DE112019002068T5 - Lichtempfangsvorrichtung und abstandsmessvorrichtung - Google Patents

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Abstract

Eine Lichtempfangsvorrichtung weist ein Pixel-Array auf, das eine Vielzahl von Pixeln enthält, wobei jedes der Vielzahl von Pixeln ein lichtempfindliches Element enthält, das dafür konfiguriert ist, als Antwort auf eine Detektion eines Photons durch das lichtempfindliche Element ein Signal zu erzeugen, wobei die Vielzahl von Pixeln ein erstes Pixel mit einer ersten Empfindlichkeit, um ein auf das erste Pixel einfallendes erstes Photon zu detektieren, und ein zweites Pixel mit einer zweiten Empfindlichkeit, um ein auf das zweite Pixel einfallendes zweites Photon zu detektieren, enthält, wobei die zweite Empfindlichkeit geringer als die erste Empfindlichkeit ist.

Description

  • [QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN]
  • Diese Anmeldung beansprucht den Nutzen der am 20. April 2018 eingereichten japanischen Prioritäts-Patentanmeldung JP 2018-081068 , deren gesamte Inhalte durch Verweis hierin einbezogen sind.
  • [Technisches Gebiet]
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Lichtempfangsvorrichtung und eine Abstandsmessvorrichtung.
  • [Hintergrundtechnik]
  • Eine Abstandsmessvorrichtung enthält als Lichtempfangseinheit ein Element, das dafür konfiguriert ist, als Antwort auf einen Photonenlichtempfang ein Signal zu erzeugen (siehe zum Beispiel PTL 1). Solch eine Abstandsmessvorrichtung gemäß einer herkömmlichen Technologie hat einen Dynamikbereich, der erhöht wird, indem eine Signalverarbeitung eines Histogramms bewerkstelligt wird, das erhalten wird, indem Ergebnisse einer Messung der Laufzeit (TOF) über eine vorbestimmte Messzeit akkumuliert werden. Konkret wird im Fall einer geringen Lichtmenge die Anzahl an Impulsen detektiert, und im Fall einer großen Lichtmenge wird eine Impulsbreite detektiert.
  • [Zitatliste]
  • [Patentliteratur]
  • [PTL 1]
  • JP 2014-81254A
  • [Zusammenfassung]
  • [Technisches Problem]
  • Die vorliegende Offenbarung ist dazu gedacht, eine Lichtempfangsvorrichtung, die imstande ist, einen Dynamikbereich ohne Bewerkstelligung einer Signalverarbeitung von Histogrammen zu erhöhen, und eine Abstandsmessvorrichtung, die die Lichtempfangsvorrichtung enthält, bereitzustellen.
  • [Lösung für das Problem]
  • Gemäß der vorliegenden Offenbarung wird eine Lichtempfangsvorrichtung bereitgestellt. Die Lichtempfangsvorrichtung weist ein Pixel-Array auf, das eine Vielzahl von Pixeln enthält, wobei jedes der Vielzahl von Pixeln ein lichtempfindliches Element enthält, das dafür konfiguriert ist, als Antwort auf eine Detektion eines Photons durch das lichtempfindliche Element ein Signal zu erzeugen, wobei die Vielzahl von Pixeln ein erstes Pixel mit einer ersten Empfindlichkeit, um ein auf das erste Pixel einfallendes erstes Photon zu detektieren, und ein zweites Pixel mit einer zweiten Empfindlichkeit, um ein auf das zweite Pixel einfallendes zweites Photon zu detektieren, umfasst, wobei die zweite Empfindlichkeit geringer als die erste Empfindlichkeit ist.
  • Gemäß der vorliegenden Offenbarung wird ein Lichtempfangssystem bereitgestellt. Das Lichtempfangssystem weist eine Lichtquelle, die dafür konfiguriert ist, ein Messobjekt mit Licht zu bestrahlen, und eine Lichtempfangsvorrichtung auf, die dafür konfiguriert ist, vom Messobjekt reflektiertes Licht zu empfangen, wobei die Lichtempfangsvorrichtung ein Pixel-Array enthält, das eine Vielzahl von Pixeln enthält, die jeweils ein lichtempfindliches Element enthalten, das dafür konfiguriert ist, als Antwort auf ein Detektieren zumindest eines auf das lichtempfindliche Element einfallenden Photons ein Signal zu erzeugen, und die Pixel-Arrayeinheit ein erstes Pixel mit einer ersten Empfindlichkeit, um ein auf das erste Pixel einfallendes erstes Photon zu detektieren, und ein zweites Pixel mit einer zweiten Empfindlichkeit, um ein auf das zweite Pixel einfallendes zweites Photon zu detektieren, enthält, wobei die zweite Empfindlichkeit geringer als die erste Empfindlichkeit ist.
  • [Vorteilhafte Effekte der Erfindung]
  • Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann eine Erhöhung des Dynamikbereichs erzielt werden, ohne eine Signalverarbeitung von Histogrammen zu bewerkstelligen.
  • Man beachte, dass die vorliegende Technologie nicht notwendigerweise auf den oben beschriebenen Effekt beschränkt ist, sondern jeden beliebigen, in der vorliegenden Beschreibung offenbarten Effekt erzielen kann. Außerdem sind die in der vorliegenden Beschreibung offenbarten Effekte nur beispielhaft, und die vorliegende Technologie ist nicht darauf beschränkt, sondern kann zusätzliche Effekte erzielen.
  • Figurenliste
    • [1] 1 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm, das eine Abstandsmessvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
    • [2] 2A und 2B sind jeweils ein Blockdiagramm, das eine spezifische Konfiguration der Abstandsmessvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
    • [3] 3A ist ein Schaltungsdiagramm, das ein erstes Beispiel einer grundlegenden Pixelschaltung einer Lichtempfangsvorrichtung veranschaulicht, die ein SPAD-Element enthält, und 3B ist ein Schaltungsdiagramm, das ein zweites Beispiel der grundlegenden Pixelschaltung der Lichtempfangsvorrichtung veranschaulicht, die das SPAD-Element enthält.
    • [4] 4A ist ein Charakteristiken- bzw. Kennliniendiagramm, das eine Strom-Spannung-Kennlinie eines PN-Übergangs des SPAD-Elements veranschaulicht, und 4B ist ein Wellenformdiagramm für eine Beschreibung einer Schaltungsoperation der Pixelschaltung.
    • [5] 5 ist ein Wellenformdiagramm für eine Beschreibung einer Totzeit DT des SPAD-Elements im Fall einer verhältnismäßig geringen Lichtbestrahlungsmenge.
    • [6] 6 ist ein Wellenformdiagramm für eine Beschreibung der Totzeit DT des SPAD-Elements im Fall einer verhältnismäßig großen Bestrahlungslichtmenge.
    • [7] 7A ist ein Kennliniendiagramm, das eine Beziehung zwischen der Totzeit DT und einer Kennlinie der Einfallslichtmenge und eines Zählwerts veranschaulicht, und 7B ist ein Kennliniendiagramm, das die Beziehung zwischen einer Photonendetektionswahrscheinlichkeit PDE und der Kennlinie einer Lichteinfallsmenge und eines Zählwerts veranschaulicht.
    • [8] 8 ist eine Draufsicht, die eine schematische Konfiguration einer Pixel-Arrayeinheit gemäß einem Beispiel 1 veranschaulicht.
    • [9] 9A ist eine Draufsicht, die eine schematische Konfiguration einer Pixel-Arrayeinheit gemäß einem Beispiel 2 veranschaulicht, und 9B ist eine Querschnittsansicht, die eine Schnittstruktur einer Lichtempfangseinheit veranschaulicht.
    • [10] 10A ist eine Draufsicht, die eine schematische Konfiguration einer Pixel-Arrayeinheit gemäß einem Beispiel 3 veranschaulicht, und 10B ist ein Kennliniendiagramm, das die Beziehung zwischen einer Übervorspannung VEX und der Wahrscheinlichkeit PDE als Empfindlichkeitsindex veranschaulicht.
    • [11] 11 ist ein Wellenformdiagramm für eine Beschreibung der Empfindlichkeit des SPDA-Elements, falls die Übervorspannung VEx klein eingestellt ist.
    • [12] 12 ist ein Schaltungsblockdiagramm, das eine schematische Konfiguration einer Lichtempfangsvorrichtung gemäß einem Beispiel 4 veranschaulicht.
    • [13] 13 ist ein Blockdiagramm, das eine beispielhafte schematische Konfiguration eines Fahrzeugsteuerungssystems als ein beispielhaftes System zur Steuerung eines beweglichen Objekts veranschaulicht, für das eine Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung verwendet wird.
    • [14] 14 ist ein Diagramm, das eine beispielhafte Installationsposition der Abstandsmessvorrichtung veranschaulicht.
  • [Beschreibung von Ausführungsformen]
  • Das Folgende beschreibt einen Modus (worauf im Folgenden als „Ausführungsform“ verwiesen wird), um die Technologie der vorliegenden Offenbarung auszuführen, im Detail unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen. Die Technologie der vorliegenden Offenbarung ist nicht auf die Ausführungsform beschränkt, und verschiedene Arten von Werten und dergleichen in der Ausführungsform sind beispielhaft. In der folgenden Beschreibung sind identische Elemente oder Elemente mit identischen Funktionen durch ein identisches Bezugszeichen bezeichnet, und deren etwaige wiederholte Beschreibung wird unterlassen. Man beachte, dass die Beschreibung in der folgenden Reihenfolge gegeben wird.
    • 1. Allgemeine Beschreibung einer Lichtempfangsvorrichtung und Abstandsmessvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung
    • 2. Abstandsmessvorrichtung gemäß einer Ausführungsform 2-1. Grundlegende Konfiguration einer Lichtempfangsvorrichtung, die ein SPAD-Element enthält
    • 2-2. Totzeit DT des SPAD-Elements
    • 3. Lichtempfangsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform 3-1. Beispiel 1 (Beispiel, in welchem eine Lichtempfangsfläche geändert wird)
    • 3-2. Beispiel 2 (Beispiel, in welchem eine Dicke einer Halbleiterschicht geändert wird)
    • 3-3. Beispiel 3 (Beispiel, in welchem eine Übervorspannung geändert wird)
    • 3-4. Beispiel 4 (Modifikation von Beispiel 3: Beispiel, in welchem eine Übervorspannung eingestellt wird)
    • 4. Beispielhafte Anwendung (beispielhaftes bewegliches Objekt) einer Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung
    • 5. Konfigurationen der vorliegenden Offenbarung
  • <Allgemeine Beschreibung einer Lichtempfangsvorrichtung und Abstandsmessvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung>
  • In einer Lichtempfangsvorrichtung und einer Abstandsmessvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann eine erste Empfindlichkeit eine Empfindlichkeit sein, die eine Detektion eines Einfallslichts mit einer geringeren Intensität als eine vorbestimmte Lichtintensität ermöglicht, und eine zweite Empfindlichkeit kann eine Empfindlichkeit sein, mit der bei oder unterhalb einer vorbestimmten Lichtmenge keine Sättigung erreicht wird.
  • In der Lichtempfangsvorrichtung und der Abstandsmessvorrichtung der vorliegenden Offenbarung mit der oben beschriebenen bevorzugten Konfiguration kann die Lichtempfangsfläche eines Pixels mit der ersten Empfindlichkeit größer als die Lichtempfangsfläche eines Pixels mit der zweiten Empfindlichkeit sein, und die Dicke einer Halbleiterschicht einer Lichtempfangseinheit des Pixels mit der ersten Empfindlichkeit kann größer als die Dicke einer Halbleiterschicht einer Lichtempfangseinheit des Pixels mit der zweiten Empfindlichkeit sein.
  • Außerdem kann in der Lichtempfangsvorrichtung und der Abstandsmessvorrichtung der vorliegenden Offenbarung mit der oben beschriebenen bevorzugten Konfiguration der Spannungswert einer Übervorspannung des Pixels mit der ersten Empfindlichkeit höher als der Spannungswert einer Übervorspannung des Pixels mit der zweiten Empfindlichkeit sein. In diesem Fall kann der Spannungswert der Übervorspannung durch den Spannungswert einer Anodenspannung eingestellt werden, die an eine Anodenelektrode der Lichtempfangseinheit angelegt wird. Außerdem kann der Spannungswert der Anodenspannung gemäß einer Umgebungslichtintensität eingestellt werden.
  • Darüber hinaus kann in der Lichtempfangsvorrichtung und der Abstandsmessvorrichtung der vorliegenden Offenbarung mit der oben beschriebenen bevorzugten Konfiguration die Lichtempfangseinheit eine Einzelphoton-Lawinendiode enthalten.
  • <Abstandsmessvorrichtung gemäß einer Ausführungsform>
  • 1 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm, das eine Abstandsmessvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. Diese Abstandsmessvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform verwendet als Messverfahren zum Messen des Abstands zu einem Objekt 10 als Messobjekt ein Laufzeit-(TOF)-Verfahren zum Messen einer Zeit, bis ein in Richtung des Objekts 10 emittiertes Licht (zum Beispiel ein Laserstrahl) nach einer Reflexion am Objekt 10 zurückkehrt. Um eine Abstandsmessung mittels des TOF-Verfahrens zu erreichen, enthält die Abstandsmessvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Lichtquelle 20 und eine Lichtempfangsvorrichtung 30. Außerdem ist die Lichtempfangsvorrichtung 30 eine Lichtempfangsvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, wie später beschrieben wird.
  • 2A und 2B veranschaulichen eine spezifische Konfiguration der Abstandsmessvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Die Lichtquelle 20 enthält beispielsweise einen Laser-Treiber 21, eine Laserlichtquelle 22 und eine Streulinse 23 und emittiert einen Laserstrahl zum Objekt 10. Der Laser-Treiber 21 steuert die Laserlichtquelle 22 unter einer Steuerung einer Steuerungseinheit 40 an. Die Laserlichtquelle 22 enthält zum Beispiel einen Halbleiterlaser und wird durch den Laser-Treiber 21 angesteuert, um einen Laserstrahl zu emittieren. Die Streulinse 23 streut den von der Laserlichtquelle 22 emittierten Laserstrahl und emittiert den gestreuten Laserstrahl zum Objekt 10.
  • Die Lichtempfangsvorrichtung 30 enthält eine Lichtempfangslinse 31, einen Lichtsensor 32 und eine Logikschaltung 33 und empfängt einen Bestrahlungs-Laserstrahl, der von einer Laserbestrahlungseinheit 20 emittiert wurde und als reflektierter Laserstrahl nach Reflexion am Objekt 10 zurückkehrt. Die Lichtempfangslinse 31 bündelt den reflektierten Laserstrahl vom Objekt 10 auf eine Lichtempfangsoberfläche des Lichtsensors 32. Der Lichtsensor 32 empfängt bei jedem Pixel den reflektierten Laserstrahl vom Objekt 10 durch die Lichtempfangslinse 31 und wandelt den Laserstrahl fotoelektrisch um.
  • Ein Ausgangssignal vom Lichtsensor 32 wird über die Logikschaltung 33 der Steuerungseinheit 40 bereitgestellt. Der Lichtsensor 32 wird später im Detail beschrieben. Die Steuerungseinheit 40 ist durch beispielsweise eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) oder dergleichen verwirklicht, steuert die Lichtquelle 20 und die Lichtempfangsvorrichtung 30 und misst eine Zeit t, bis ein von der Lichtquelle 20 zum Objekt 10 emittierter Laserstrahl nach einer Reflexion am Objekt 10 zurückkehrt. Ein Abstand L zum Objekt kann basierend auf der Zeit t berechnet werden. Die Zeit t wird mittels eines Verfahrens gemessen, bei dem ein Zeitgeber zu einem Zeitpunkt, zu dem ein Impulslicht von der Lichtquelle 20 emittiert wird, gestartet wird und der Zeitgeber zu einem Zeitpunkt gestoppt wird, zu dem das Impulslicht von der Lichtempfangsvorrichtung 30 empfangen wird. In einem anderen Zeitmessverfahren kann ein Impulslicht von der Lichtquelle 20 in einer vorbestimmten Periode emittiert werden, kann eine Periode detektiert werden, wenn das Impulslicht von der Lichtempfangsvorrichtung 30 empfangen wird, und die Zeit t kann basierend auf der Phasendifferenz zwischen der Lichtemissionsperiode und der Lichtempfangsperiode gemessen werden. Die Zeitmessung wird eine Vielzahl von Malen ausgeführt, und die Zeit t wird gemessen, indem eine Spitze eines Histogramms detektiert wird, das erhalten wird, indem die eine Vielzahl von Malen gemessenen Zeiten akkumuliert werden.
  • Der Lichtsensor 32 kann ein Sensor mit einem zweidimensionalen Array (was als Flächensensor bezeichnet wird) sein, worin Pixel, die jeweils eine Lichtempfangseinheit enthalten, in einem zweidimensionalen Array angeordnet sind, oder kann ein Sensor mit einem eindimensionalen Array (was als Zeilensensor bezeichnet wird) sein, worin Pixel, die jeweils eine Lichtempfangseinheit enthalten, geradlinig angeordnet sind.
  • Außerdem ist in der vorliegenden Ausführungsform der Lichtsensor 32 ein Sensor, in welchem die Lichtempfangseinheit jedes Pixels ein Element, das dafür konfiguriert ist, als Antwort auf einen Photonenlichtempfang ein Signal zu erzeugen, wie etwa ein Element einer Einzelphoton-Lawinendiode (SPAD), enthält. Konkret hat die Lichtempfangsvorrichtung 30 gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Konfiguration, in der die Lichtempfangseinheit jedes Pixels das SPAD-Element enthält. Man beachte, dass die Lichtempfangseinheit nicht auf das SPAD-Element beschränkt ist, sondern eines von verschiedenen Arten von Elementen wie etwa eine Lawinenfotodiode (APD) und ein stromunterstützter photonischer Demodulator (CPAD) sein kann.
  • [Grundlegende Schaltung einer Lichtempfangsvorrichtung, die ein SPAD-Element enthält]
  • 3A veranschaulicht ein erstes Beispiel einer grundlegenden Pixelschaltung der Lichtempfangsvorrichtung 30, die das SPAD-Element enthält, und 3B veranschaulicht ein zweites Beispiel davon. Hier veranschaulicht jede Zeichnung die grundlegende Konfiguration eines Pixels.
  • In einer Pixelschaltung 50 gemäß dem ersten Beispiel hat ein SPAD-Element 51 eine Kathodenelektrode, die mit einem Anschluss 52 verbunden ist, der über ein Widerstandselement R als Last mit einer Stromversorgungsspannung VDD versorgt wird, und eine Anodenelektrode, die mit einem Anschluss 53 verbunden ist, der mit einer Anodenspannung Vbd versorgt wird. Ein Anschluss 52 und ein Anschluss 53 sind mit einer Spannungsquelle gekoppelt, um eine Stromversorgungsspannung VDD bzw. eine Anodenspannung Vbd bereitzustellen. Die Anodenspannung Vbd ist eine große negative Spannung, die eine Lawinenmultiplikation hervorruft. Ein Kondensatorelement C verbindet die Anodenelektrode und die Masse. Außerdem wird eine Kathodenspannung VCA des SPAD-Elements 51 als SPAD-Ausgabe (Pixelausgabe) über einen CMOS-Inverter 54 abgeleitet, der einen MOS-Transistor Qp vom P-Typ und einen MOS-Transistor Qn vom N-Typ enthält, die miteinander in Reihe geschaltet sind.
  • Das SPAD-Element 51 wird mit einer Spannung versorgt, die gleich einer Durchbruchspannung VBD oder höher ist. Auf eine übermäßige bzw. Überspannung, die gleich der Durchbruchspannung VBD oder höher ist, wird als Übervorspannung VEX verwiesen, und sie beträgt typischerweise annähernd 2 bis 5 V. Das SPAD-Element 51 arbeitet in einem Geiger-Modus genannten Bereich, worin es keinen stabilen DC-Punkt gibt. 4A veranschaulicht eine I-(Strom)-V(Spannung)-Kennlinie des PN-Übergangs des SPAD-Elements 51.
  • Die Pixelschaltung 50 gemäß dem zweiten Beispiel ist vom ersten Beispiel insofern verschieden, als das Widerstandselement R als Last in der Pixelschaltung 50 gemäß dem ersten Beispiel durch einen MOS-Transistor QL vom P-Typ ersetzt ist. Die übrige Schaltungskonfiguration ist im Wesentlichen gleich.
  • Anschließend wird unter Bezugnahme auf ein in 4B veranschaulichtes Wellenformdiagramm eine Schaltungsoperation der wie oben beschrieben konfigurierten Pixelschaltung 50 beschrieben.
  • In einem Zustand, in dem durch das SPAD-Element 51 kein Strom fließt, wird eine Spannung VDD - Vbd an das SPAD-Element 51 angelegt. Der Spannungswert (VDD - Vbd) ist (VBD + VEX). Dann bewirken eine Dunkel-Elektronenerzeugungsrate DCR (Dunkel-Zählrate) und durch eine Lichtbestrahlung erzeugte Elektronen eine Lawinenmultiplikation am PN-Übergangsteil des SPAD-Elements 51, wodurch ein Lawinenstrom erzeugt wird. Dieses Phänomen tritt sogar in einem lichtabgeschirmten Zustand (in welchem kein Licht einfällt) stochastisch auf. Dies ist die Dunkel-Elektronenerzeugungsrate DCR.
  • Wenn die Kathodenspannung VCA abnimmt und die Spannung zwischen den Anschlüssen des SPAD-Elements 51 die Durchbruchspannung VBD einer PN-Diode wird, stoppt der Lawinenstrom. Bei der Lawinenmultiplikation erzeugte und akkumulierte Elektronen werden dann über das Widerstandselement R (oder den MOS-Transistor QL vom P-Typ) als Last entladen, und die Kathodenspannung VCA erholt sich auf die Stromversorgungsspannung VDD und kehrt zum Anfangszustand zurück. Diese Operation ist eine sogenannte Quenching-Operation.
  • Wenn Licht auf das SPAD-Element 51 einfällt und zumindest ein Paar aus einem Elektron und einem Loch erzeugt wird, erzeugt das Paar einen Lawinenstrom. Somit kann sogar der Einfall eines Photons mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit PDE (Photonendetektionseffizienz) detektiert werden. Die Wahrscheinlichkeit PDE der Detektion dieses Photons beträgt gewöhnlich annähernd etwa einige % bis 20%.
  • Die oben beschriebene Operation wird wiederholt. Außerdem wird in dieser Reihe von Operationen die Kathodenspannung VCA durch den CMOS-Inverter 54 in Bezug auf die Wellenform geformt, und ein Impulssignal mit einer Impulsbreite T mit der Ankunftszeit eines Photons als Startpunkt wird als die SPAD-Ausgabe (Pixelausgabe) erhalten.
  • Wie oben beschrieben wurde, ist das SPAD-Element 51 ein Hochleistungs-Lichtsensor, der imstande ist, den Einfall eines einzigen Photons mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit PDE zu detektieren. Nachdem eine Photonendetektion einmal durchgeführt wurde, weist jedoch das SPAD-Element 51 eine Zeitspanne, während der das SPAD-Element 51 nicht auf Photonen reagieren kann, das heißt, eine Totzeit (DT), für einige ns bis einige zehn ns auf. Dementsprechend wird, wenn eine Bedingung einer großen Lichtmenge erfüllt ist, so dass die Detektionshäufigkeit von Photonen erhöht ist, die Gesamtdauer der Totzeit DT zu lang, um den Effekt in Bezug auf die Beobachtungszeit zu ignorieren, und die Genauigkeit einer Lichtdetektion nimmt ab.
  • [Totzeit DT, während der keine Reaktion auf ein Photon möglich ist]
  • Das Folgende beschreibt unter Bezugnahme auf ein Wellenformdiagramm in 5 konkreter die Totzeit DT, während der das SPAD-Element 51 nicht auf Photonen reagieren kann. Wie oben beschrieben wurde, weist das SPAD-Element 51 die Totzeit DT auf, während der keine Reaktion auf einen Lichteinfall möglich ist, was einer Zeit zugeschrieben werden kann, in der sich die Kathodenspannung VCA auf die Stromversorgungsspannung VDD erholt. Beispielsweise tritt in einem Bereich a eine Lawinenmultiplikation zweimal auf, und dementsprechend werden zwei Impulssignale als die SPAD-Ausgabe erzeugt. In einem Bereich b tritt jedoch eine Lawinenmultiplikation zweimal auf, aber nur ein Impulssignal wird erzeugt.
  • Theoretisch erzeugt das SPAD-Element 51 keine SPAD-Ausgabe für einen Lichteinfall, der aufgetreten ist, bis die Kathodenspannung VCA bei der nächsten Phase, seit das SPAD-Element 51 einmal reagiert, eine Spannung gleich einer Schwellenspannung des CMOS-Transistors 54 oder höher wird. Folglich ist diese Dauer die Totzeit DT, und die Impulsbreite T ist ein Schwellenwert.
  • Im Fall von 5 ist die Bestrahlungslichtmenge auf dem SPAD-Element 51 verhältnismäßig gering. Falls die Bestrahlungslichtmenge verhältnismäßig groß ist und die Lichtreaktionszahl groß ist, nimmt die tatsächliche Anzahl an Reaktionen des SPAD-Elements 51 in Bereichen c und d wie in 6 veranschaulicht zu, aber aufgrund des Einflusses der Totzeit DT wird eine Auslassung einer Impulssignalzählung stark beeinflusst. Dieses Phänomen wird unter einer Bedingung einer langen Totzeit DT und einer hohen Photonendetektionswahrscheinlichkeit PDE bedeutender.
  • Im Folgenden wird ein detaillierterer logischer Ausdruck angegeben. Im folgenden Ausdruck ist m ein Impulssignal-Zählwert, ist n eine ideale Antworthäufigkeit auf eine Einfallslichtmenge, und tdead ist eine Zeit der Totzeit DT. m = n · exp (-n · tdead)
    Eine Abweichung vom theoretischen Ausdruck ist größer, je länger die Zeit tdead der Totzeit DT ist und je größer die ideale Antworthäufigkeit n in Bezug auf die Einfallslichtmenge ist.
  • Die ideale Charakteristik des SPAD-Elements 51 ist, dass sich der Impulssignal-Zählwert m in Bezug auf die Einfallslichtmenge linear ändert. Eine Abtastung mit einer größeren Totzeit DT tendiert jedoch dazu, bei schwächerem Einfallslicht eine Sättigung zu erreichen, wie in 7A veranschaulicht ist. Diese Tendenz tritt an einem SPAD mit einer höheren Photonendetektionswahrscheinlichkeit PDE (mit anderen Worten einem SPAD mit höherer Empfindlichkeit) wahrscheinlicher auf, wie in 7B veranschaulicht ist. Folglich gibt die in 7B veranschaulichte Charakteristik an, dass ein SPAD mit einer höheren Empfindlichkeit dazu tendiert, eine Sättigung schneller zu erreichen.
  • Im Übrigen kann, wie später beschrieben werden wird, die Abstandsmessvorrichtung 1, die die Lichtempfangsvorrichtung 30 enthält, in der das SPAD-Element 51 als der Lichtsensor 32 verwendet wird, an einem beweglichen Objekt wie etwa einem Automobil montiert und verwendet werden. Im automatischen Betrieb eines Automobils wird zum Beispiel gemäß einer Richtlinie gefordert, dass der Wagen ein Hindernis 300 m voraus über eine Bestrahlung mit einem Laserstrahl mit einer Begrenzung der maximalen Lichtmenge detektieren kann. Folglich muss die Empfindlichkeit des SPAD-Elements 51 hoch sein. Das SPAD-Element 51 muss jedoch selbst unter Bedingungen einer Morgensonne, starken reflektierten Lichts oder dergleichen normal arbeiten und sollte bei oder unterhalb einer vom Kunden geforderten maximalen Lichtmenge, die in 7A und 7B veranschaulicht ist, keine Sättigung erreichen. Folglich wird von der Lichtempfangsvorrichtung 30, in der das SPAD-Element 51 als der Lichtsensor 32 verwendet wird, gefordert, dass sie in einem hohen Dynamikbereich arbeitet, mit anderen Worten auf schwaches Einfallslicht reagieren kann, aber bei starkem Einfallslicht keine Sättigung erreicht.
  • <Lichtempfangsvorrichtung gemäß Ausführungsform>
  • In der vorliegenden Ausführungsform enthält, um den Dynamikbereich zu erhöhen, in der Lichtempfangsvorrichtung 30, die eine Pixel-Arrayeinheit enthält, die eine Vielzahl von Pixeln enthält, die jeweils das SPAD-Element 51 enthalten, die Pixel-Arrayeinheit ein Pixel (das als Pixel mit hoher Empfindlichkeit bezeichnet wird) mit der ersten Empfindlichkeit und ein Pixel (das als Pixel mit geringer Empfindlichkeit bezeichnet wird) mit der zweiten Empfindlichkeit, die geringer als die erste Empfindlichkeit ist. Dementsprechend reagiert das Pixel mit hoher Empfindlichkeit auf schwaches einfallendes Licht, und das Pixel mit geringer Empfindlichkeit reagiert auf starkes einfallendes Licht, was eine Erhöhung des Dynamikbereichs zur Folge hat.
  • Die Empfindlichkeit (das heißt die erste Empfindlichkeit) des Pixels mit hoher Empfindlichkeit kann eine Empfindlichkeit sein, die eine Detektion von einfallendem Licht (Photonen in einer Menge, die geringer als eine vorbestimmte Menge ist) mit einer Intensität, die geringer als eine vorbestimmte Lichtintensität ist, ermöglicht. Außerdem ist die Empfindlichkeit (das heißt, die zweite Empfindlichkeit) des Pixels mit geringer Empfindlichkeit vorzugsweise eine Empfindlichkeit, mit der bei oder unter einer vorbestimmten Lichtmenge, konkret bei oder unter der vom Kunden geforderten maximalen Lichtmenge, die in 7A und 7B veranschaulicht ist, keine Sättigung erreicht wird.
  • In diesem Beispiel ist die Pixelempfindlichkeit auf zwei Stufen bei der ersten Empfindlichkeit und der zweiten Empfindlichkeit eingestellt; die vorliegende Technologie ist aber nicht auf eine Einstellung von Empfindlichkeiten bei zwei Stufen beschränkt. Eine oder beide der ersten Empfindlichkeit und der zweiten Empfindlichkeit kann oder können weiter in einen Satz von Empfindlichkeiten in drei oder mehr Stufen unterteilt werden.
  • Das Folgende beschreibt spezifische Beispiele der vorliegenden Ausführungsform, um den Dynamikbereich zu erhöhen.
  • [Beispiel 1]
  • Beispiel 1 ist ein Beispiel, in welchem der Dynamikbereich erhöht wird, indem die Größe jedes Pixels in der Pixel-Arrayeinheit geändert wird. 8 veranschaulicht eine schematische Konfiguration der Pixel-Arrayeinheit gemäß dem Beispiel 1.
  • In Beispiel 1 enthält eine Pixel-Arrayeinheit 60, in der Pixel in einer Matrix zweidimensional angeordnet sind, ein erstes Pixel 61 mit einer verhältnismäßig großen Pixelgröße und ein zweites Pixel 62 mit einer Pixelgröße, die kleiner als diejenige des ersten Pixels 61 ist.
  • Man beachte, dass dieses Beispiel eine Pixel-Anordnung beispielhaft beschreibt, in der das erste Pixel 61 und die vier zweiten Pixel 62, die in einem Bereich mit einer Größe gleich derjenigen des ersten Pixels 61 angeordnet sind, in einem Gitter angeordnet sind. Die vorliegende Technologie ist jedoch nicht auf diese Pixel-Anordnung beschränkt, sondern ist grundsätzlich auf jede beliebige Pixel-Anordnung anwendbar, in der das erste Pixel 61 und das zweite Pixel 62 in der Pixel-Arrayeinheit 60 gemischt sind.
  • Die Differenz zwischen den Pixelgrößen des ersten Pixels 61 und des zweiten Pixels 62 bedeutet, dass sich die Lichtempfangsflächen des ersten Pixels 61 und des zweiten Pixels 62 voneinander unterscheiden. Konkret ist, wie aus 8 ersichtlich ist, die Lichtempfangsfläche des ersten Pixels 61 größer als diejenige des zweiten Pixels 62. Dementsprechend hat das erste Pixel 61 eine höhere Empfindlichkeit als diejenige des zweiten Pixels 62.
  • Wie oben beschrieben wurde, enthält die Lichtempfangsvorrichtung 30 gemäß Beispiel 1 in der Pixel-Arrayeinheit 60 das erste Pixel 61 mit einer verhältnismäßig großen Pixelgröße (Lichtempfangsfläche) und das zweite Pixel 62 mit einer verhältnismäßig kleinen Pixelgröße (Lichtempfangsfläche). Mit dieser Konfiguration können Photonen unter einer Bedingung einer geringen Einfallslichtmenge durch das erste Pixel 61 detektiert werden, und eine Detektionsoperation kann unter einer Bedingung einer hohen Einfallslichtmenge durch das zweite Pixel 62 ohne Sättigung durchgeführt werden. Infolgedessen ist der Dynamikbereich der Lichtempfangsvorrichtung 30 erhöht.
  • (Beispielhafte Anwendungen des Beispiels 1)
  • Beispiel 1 kann beispielhafte Anwendungen wie folgt aufweisen.
  • - Beispielhafte Anwendung 1
  • Die Ausgaben des ersten Pixels 61 und des zweiten Pixels 62 können gemäß den Pixelgrößen gewichtet und summiert werden, um eine Lichtmengenbestimmung durchzuführen. Eine Abstandsmessvorrichtung zur optischen Abstands- und Geschwindigkeitsmessung, wie etwa eine Laser-Detection-and-Ranging- (LIDAR-)Vorrichtung, die an einem sich bewegenden Objekt wie etwa einem Automobil montiert ist, hat die Funktion, ein Objekt zu erkennen (zum Beispiel die Funktion, eine weiße Linie auf einer Straße zu erkennen), indem die Lichtmenge eines reflektierten Lichts bestimmt wird, zusätzlich zu der Funktion, den Abstand zum Objekt zu berechnen, indem eine Zeit, bis ein Laserstrahl nach einer Reflexion am Objekt zurückkehrt, gemessen wird. Solche Funktionen erfordern eine Bestimmung der Lichtmenge eines reflektierten Lichts, und folglich kann ein Ergebnis der Bestimmung genutzt werden, um die Ausgaben des ersten Pixels 61 und des zweiten Pixels 62 gemäß den Pixelgrößen (Lichtempfangsflächen) zu gewichten und die Lichtmenge eines reflektierten Lichts basierend auf deren Summe zu bestimmen.
  • - Beispielhafte Anwendung 2
  • Nur ein Pixel (das erste Pixel 61 oder das zweite Pixel 62) mit einer jeweiligen Pixelgröße kann je nach der Intensität (Lichtmenge) eines Umgebungslichts betrieben werden. Eine Abstandsmessvorrichtung wie etwa eine LIDAR-Vorrichtung, die an einem sich bewegenden Objekt wie etwa einem Automobil montiert ist, hat einen Vorbereitungsmodus, in welchem der Grad an Umgebungslicht in einem Zustand ohne Lichtemission vor Emission eines Laserstrahls bestimmt wird. Ein Ergebnis einer Bestimmung im Vorbereitungsmodus kann genutzt werden, um auf der Basis der Umgebungslichtintensität zu bestimmen, ob das erste Pixel 61 mit einer großen Pixelgröße oder das zweite Pixel 62 mit einer kleinen Pixelgröße zu verwenden ist.
  • - Beispielhafte Anwendung 3
  • Das erste Pixel 61 mit einer verhältnismäßig großen Pixelgröße und das zweite Pixel 62 mit einer verhältnismäßig kleinen Pixelgröße können in einer zeitlich sequenziellen Art und Weise selektiv genutzt werden. Beispielsweise können das erste Pixel 61 mit einer großen Pixelgröße und das zweite Pixel 62 mit einer kleinen Pixelgröße abwechselnd betrieben werden, oder, ob das erste Pixel 61 mit einer großen Pixelgröße oder das zweite Pixel 62 mit einer kleinen Pixelgröße zu verwenden ist, kann auf der Basis eines vorherigen Auswertungsergebnisses bestimmt werden.
  • [Beispiel 2]
  • Beispiel 2 ist ein Beispiel, in welchem der Dynamikbereich erhöht wird, indem die Dicke der Halbleiterschicht der Lichtempfangseinheit eines Pixels geändert wird. 9A veranschaulicht eine schematische Konfiguration der Pixel-Arrayeinheit gemäß Beispiel 2, und 9B veranschaulicht eine Schnittstruktur der Lichtempfangseinheit.
  • Wie in 9B veranschaulicht ist, enthält ein Halbleitersubstrat, zum Beispiel ein p--Substrat 71, ein SPAD-Element, das dafür konfiguriert ist, eine Lawinenmultiplikation durch einen pn-Übergang zwischen einer n--Wanne 72 als Halbleiterschicht und der unteren Oberfläche einer p+-Diffusionsschicht 73 hervorzurufen. Ein Führungsring einer p--Wanne 74 ist an einem peripheren Teil der p+-Diffusionsschicht 73 ausgebildet. Dementsprechend wird verhindert, dass ein sanfter Durchbruch bei einer niedrigeren Spannung als der Durchbruchspannung VBD stattfindet.
  • In der Lichtempfangseinheit mit der oben beschriebenen Struktur werden Elektron-Loch-Paare bei einem Lichteinfall in dem SPAD-Element wahrscheinlicher erzeugt, in welchem die n--Wanne 72 als Halbleiterschicht eine größere Dicke t aufweist, und somit sind die Photonendetektionswahrscheinlichkeit PDE und die Empfindlichkeit hoch. Folglich werden im Beispiel 2 ein erstes Pixel 63 mit einer verhältnismäßig hohen Empfindlichkeit und ein zweites Pixel 64 mit einer verhältnismäßig geringen Empfindlichkeit in der Pixel-Arrayeinheit 60 wie in 9A veranschaulicht vorgesehen, indem die Dicke t der n--Wanne 72 des SPAD-Elements geändert wird.
  • Man beachte, dass dieses Beispiel eine Pixel-Anordnung beispielhaft veranschaulicht, in der das erste Pixel 63 als ein Pixel mit hoher Empfindlichkeit und das zweite Pixel 64 als ein Pixel mit geringer Empfindlichkeit in einem Gitter angeordnet sind. Jedoch ist die vorliegende Technologie nicht auf diese Pixel-Anordnung beschränkt, sondern ist grundsätzlich auf jede beliebige Pixel-Anordnung anwendbar, in der das erste Pixel 63 und das zweite Pixel 64 in der Pixel-Arrayeinheit 60 gemischt sind.
  • Wenn das Pixel mit hoher Empfindlichkeit und das Pixel mit geringer Empfindlichkeit in der Pixel-Arrayeinheit 60 gemischt sind, ist in Beispiel 2 die Dicke t der n--Wanne 72 des SPAD-Elements in dem ersten Pixel 63 als ein Pixel mit hoher Empfindlichkeit größer als in dem zweiten Pixel 64 als ein Pixel mit geringer Empfindlichkeit.
  • Wie oben beschrieben wurde, enthält die Lichtempfangsvorrichtung 30 gemäß Beispiel 2 in der Pixel-Arrayeinheit 60 das erste Pixel 63 mit einer verhältnismäßig großen Dicke t der n--Wanne 72 und das zweite Pixel 64 mit verhältnismäßig geringen Dicke t der n--Wanne 72. Mit dieser Konfiguration kann das erste Pixel 63 Photonen unter einer Bedingung einer geringen Einfallslichtmenge zuverlässig detektieren, und das zweite Pixel 64 kann unter einer Bedingung einer großen Lichteinfallsmenge die Detektionsoperation ohne Erreichen einer Sättigung durchführen. Infolgedessen ist der Dynamikbereich der Lichtempfangsvorrichtung 30 erhöht.
  • (Beispielhafte Anwendungen des Beispiels 2)
  • Beispiel 2 kann in Kombination mit dem Beispiel 1 genutzt werden. Konkret kann die Lichtempfangsvorrichtung 30, die in der Pixel-Arrayeinheit 60 das erste Pixel 61 mit einer verhältnismäßig großen Pixelgröße und das zweite Pixel 62 mit einer verhältnismäßig kleinen Pixelgröße zusätzlich zu dem ersten Pixel 63 mit einer verhältnismäßig großen Dicke t der n--Wanne 72 und dem zweiten Pixel 64 mit einer verhältnismäßig geringen Dicke t der n--Wanne 72 enthalten.
  • Außerdem kann Beispiel 2 beispielhafte Anwendungen ähnlich den beispielhaften Anwendungen 1 bis 3 des Beispiels 1 aufweisen.
  • - Beispielhafte Anwendung 1
  • Die Ausgaben des ersten Pixels 63 und des zweiten Pixels 64 können gemäß der Dicke t der n--Wanne 72 gewichtet und summiert werden, um eine Lichtmengenbestimmung durchzuführen. Deren spezifische Beispiele sind die gleichen wie jene in der beispielhaften Anwendung 1 des Beispiels 1.
  • - Beispielhafte Anwendung 2
  • Nur ein Pixel (das erste Pixel 63 oder das zweite Pixel 64) mit einer jeweiligen Dicke t der n--Wanne 72 kann je nach der Intensität (Lichtmenge) eines Umgebungslichts betrieben werden. Deren spezifischen Beispiele sind die gleichen wie jene in der beispielhaften Anwendung 2 des Beispiels 1.
  • - Beispielhafte Anwendung 3
  • Das erste Pixel 63 mit einer verhältnismäßig großen Dicke t der n--Wanne 72 und das zweite Pixel 64 mit einer verhältnismäßig geringen Dicke t der n--Wanne 72 können in zeitlich sequenzieller Weise selektiv genutzt werden. Deren konkrete Beispiele sind die gleichen wie jene in der beispielhaften Anwendung 3 von Beispiel 1.
  • [Beispiel 3]
  • Beispiel 3 ist ein Beispiel, in welchem der Dynamikbereich erhöht wird, indem die Lichtempfangseinheit eines Pixels, mit anderen Worten die Übervorspannung VEX des SPAD-Elements, geändert wird. Die Übervorspannung VEX ist eine an das SPAD-Element angelegte Überspannung, die gleich der Durchbruchspannung VBD oder größer ist. 10A veranschaulicht eine schematische Konfiguration der Pixel-Arrayeinheit gemäß Beispiel 3, und 10B veranschaulicht die Beziehung zwischen der Übervorspannung VEX und der Wahrscheinlichkeit PDE als Empfindlichkeitsindex.
  • Wie aus 10B ersichtlich ist, kann die Photonendetektionswahrscheinlichkeit PDE, mit anderen Worten die Empfindlichkeit, des SPAD-Elements reduziert werden, indem der Spannungswert der Übervorspannung VEX verringert wird, und somit ist es unwahrscheinlich, dass unter einer Bedingung einer großen Lichtmenge eine Lichtsättigung auftritt. Wenn der Spannungswert der Übervorspannung VEX verringert wird, wird außerdem die Impulsbreite der SPAD-Ausgabe, mit anderen Worten die Totzeit DT, während der keine Reaktion auf Photonen möglich ist, reduziert, wie in 11 veranschaulicht ist, und somit kann eine Charakteristik einer Lichtsättigung unter einer Bedingung einer großen Lichtmenge basierend auf dem oben beschriebenen theoretischen Ausdruck verbessert werden.
  • Die Übervorspannung VEX, die Photonendetektionswahrscheinlichkeit PDE, die Totzeit DT, während der keine Reaktion auf Photonen möglich ist, und die Charakteristik des SPAD-Elements weisen eine Beziehung wie folgt auf. Konkret hat das SPAD-Element mit einer verhältnismäßig hohen Übervorspannung einer verhältnismäßigen hohen Wahrscheinlichkeit PDE und einer verhältnismäßig langen Totzeit DT eine verhältnismäßig hohe Empfindlichkeit und erreicht relativ wahrscheinlich eine Sättigung. Das SPAD-Element mit einer verhältnismäßig niedrigen Übervorspannung VEX, einer verhältnismäßigen niedrigen Wahrscheinlichkeit PDE und einer verhältnismäßig kurzen Totzeit DT hat eine verhältnismäßig geringe Empfindlichkeit und erreicht relativ unwahrscheinlich eine Sättigung.
  • Auf diese Weise kann die Empfindlichkeit des SPAD-Elements auf der Basis des Spannungswerts der an das SPAD-Element angelegten Übervorspannung VEX eingestellt werden. Der Spannungswert der Übervorspannung VEX kann auf der Basis des Spannungswerts der dem Anschluss 53 in 3A und 3B bereitgestellten Anodenspannung Vbd geändert werden. Wie oben beschrieben wurde, wird die Anodenspannung Vbd durch zumindest eine Spannungsquelle bereitgestellt. Der Spannungswert der Anodenspannung Vbd ist typischerweise auf einen Pixeln in der Pixel-Arrayeinheit gemeinsamen festen Wert eingestellt.
  • In Beispiel 3 werden ein erstes Pixel 65 mit einer verhältnismäßig hohen Empfindlichkeit und ein zweites Pixel 66 mit einer verhältnismäßig geringen Empfindlichkeit in der Pixel-Arrayeinheit 60 wie in 10A veranschaulicht bereitgestellt, indem der Spannungswert der Übervorspannung VEX, die an das SPAD-Element angelegt wird, geändert wird.
  • Man beachte, dass dieses Beispiel eine Pixel-Anordnung beispielhaft beschreibt, in der das erste Pixel 65 als ein Pixel mit hoher Empfindlichkeit und das zweite Pixel 66 als ein Pixel mit geringer Empfindlichkeit in einem Gitter angeordnet sind. Die vorliegende Technologie ist jedoch nicht auf diese Pixel-Anordnung beschränkt, sondern ist grundsätzlich auf jede beliebige Pixel-Anordnung anwendbar, in der das erste Pixel 65 und das zweite Pixel 66 in der Pixel-Arrayeinheit 60 gemischt sind. Außerdem ist der Spannungswert der Übervorspannung VEX bei dem ersten Pixel 65 und dem zweiten Pixel 66 nicht auf eine Einstellung bei zwei Stufen festgelegt, sondern kann bei drei oder mehr Stufen eingestellt werden. Konkret kann die Pixel-Anordnung eine Mischung von Pixeln mit einem Pixel hoher Empfindlichkeit, einem Pixel mit einer mittleren Empfindlichkeit und einem Pixel mit geringer Empfindlichkeit enthalten.
  • Wie oben beschrieben wurde, enthält die Lichtempfangseinheit 30 gemäß dem Beispiel 3 in der Pixel-Arrayeinheit 60 das erste Pixel 65 mit einer verhältnismäßig hohen Übervorspannung VEX und das zweite Pixel 66 mit einer verhältnismäßig niedrigen Übervorspannung VEX. Mit dieser Konfiguration kann das erste Pixel 65 Photonen unter einer Bedingung einer geringen Einfallslichtmenge zuverlässig detektieren, und das zweite Pixel 66 kann die Detektionsoperation ohne Erreichen einer Sättigung unter einer Bedingung einer großen Einfallslichtmenge durchführen. Infolgedessen ist der Dynamikbereich der Lichtempfangsvorrichtung 30 erhöht.
  • (Beispielhafte Anwendungen des Beispiels 3)
  • Beispiel 3 kann in einer Kombination mit Beispiel 1, in einer Kombination mit Beispiel 2 oder in einer Kombination mit den Beispielen 1 und 2 verwendet werden. Konkret kann die Lichtempfangsvorrichtung 30 in der Pixel-Arrayeinheit 60 das erste Pixel 61 mit einer verhältnismäßig großen Pixelgröße und das zweite Pixel 62 mit einer verhältnismäßig geringen Pixelgröße zusätzlich zu dem ersten Pixel 65 mit einer verhältnismäßig hohen Übervorspannung VEX und dem zweiten Pixel 66 mit einer verhältnismäßig niedrigen Übervorspannung VEX enthalten.
  • Alternativ dazu kann die Lichtempfangsvorrichtung 30 in der Pixel-Arrayeinheit 60 das erste Pixel 63 mit einer verhältnismäßig großen Dicke t der n--Wanne 72 und das zweite Pixel 64 mit einer verhältnismäßig geringen Dicke t der n--Wanne 72 zusätzlich zu dem ersten Pixel 65 mit einer verhältnismäßig hohen Übervorspannung VEX und dem zweiten Pixel 66 mit einer verhältnismäßig niedrigen Übervorspannung VEX enthalten.
  • Alternativ dazu kann die Lichtempfangsvorrichtung 30 in der Pixel-Arrayeinheit 60 das erste Pixel 61 mit einer verhältnismäßig großen Pixelgröße und das zweite Pixel 62 mit einer verhältnismäßig geringen Pixelgröße und das erste Pixel 63 mit einer verhältnismäßig großen Dicke t der n--Wanne 72 und das zweite Pixel 64 mit einer verhältnismäßig geringen Dicke t der n--Wanne 72 zusätzlich zu dem ersten Pixel 65 mit einer verhältnismäßig hohen Übervorspannung VEX und dem zweiten Pixel 66 mit einer verhältnismäßig niedrigen Übervorspannung VEX enthalten.
  • Außerdem kann Beispiel 3 beispielhafte Anwendungen ähnlich den beispielhaften Anwendungen 1 bis 3 des Beispiels 1 aufweisen.
  • - Beispielhafte Anwendung 1
  • Die Ausgaben des ersten Pixels 65 und des zweiten Pixels 66 können gemäß der Übervorspannung VEX gewichtet und summiert werden, um eine Lichtmengenbestimmung durchzuführen. Deren spezifische Beispiele sind die gleichen wie jene in der beispielhaften Anwendung 1 des Beispiels 1.
  • - Beispielhafte Anwendung 2
  • Nur ein Pixel (das erste Pixel 65 oder das zweite Pixel 66) mit einer jeweiligen Übervorspannung VEX kann in Abhängigkeit von der Intensität (Lichtmenge) eines Umgebungslichts betrieben werden. Deren spezifische Beispiele sind die gleichen wie jene in der beispielhaften Anwendung 2 von Beispiel 1.
  • - Beispielhafte Anwendung 3
  • Das erste Pixel 65 mit einer verhältnismäßig hohen Übervorspannung VEX und das zweite Pixel 66 mit einer verhältnismäßig niedrigen Übervorspannung VEX kann in einer zeitlich sequenziellen Weise selektiv verwendet werden. Deren spezifische Beispiele sind die gleichen wie jene in der beispielhaften Anwendung 3 von Beispiel 1.
  • [Beispiel 4]
  • Beispiel 4 ist ein Modifikationsbeispiel von Beispiel 3 und ein Beispiel, in welchem die Größe des Spannungswerts der Übervorspannung VEX gemäß der Intensität (Lichtmenge) eines Umgebungslichts eingestellt wird. 12 veranschaulicht eine schematische Konfiguration der Lichtempfangsvorrichtung gemäß Beispiel 4.
  • Im Beispiel 4 wird ähnlich dem Beispiel 3 der Dynamikbereich erhöht, indem die Übervorspannung VEX des SPAD-Elements geändert wird, und die Größe des Spannungswerts der Übervorspannung VEX wird gemäß der Intensität (Lichtmenge) eines Umgebungslichts eingestellt. Folglich enthält die Lichtempfangsvorrichtung gemäß Beispiel 4 eine eine Anodenspannung einstellende Einheit 71, die dafür konfiguriert ist, die an den Anschluss 53 der Pixelschaltung 50 angelegte Anodenspannung Vbd einzustellen, und eine Umgebungslicht-Detektionseinheit 72, die dafür konfiguriert ist, die Intensität (Lichtmenge) eines Umgebungslichts zu detektieren.
  • Die eine Anodenspannung einstellende Einheit 71 stellt den Spannungswert der Anodenspannung Vbd kontinuierlich oder in Stufen gemäß der Intensität eines durch die Umgebungslicht-Detektionseinheit 72 detektierten Umgebungslichts ein. Dementsprechend wird die Größe des Spannungswerts der Übervorspannung VEX kontinuierlich oder in Stufen gemäß der Umgebungslichtintensität eingestellt. Infolgedessen kann die PixelEmpfindlichkeit geändert werden, ohne die Pixelgröße (Lichtempfangsfläche) oder die Dicke der Halbleiterschicht der Lichtempfangseinheit zu ändern, und somit kann der Dynamikbereich erhöht werden.
  • Die Umgebungslicht-Detektionseinheit 72 kann ein allgemein bekannter Lichtsensor sein. Alternativ dazu hat eine LIDAR-Vorrichtung einen Vorbereitungsmodus, in welchem der Grad an Umgebungslicht in einem Zustand ohne Lichtemission vor einer Laserstrahlemission bestimmt wird. Falls die Lichtempfangsvorrichtung gemäß Beispiel 4 als die Lichtempfangsvorrichtung einer Abstandsmessvorrichtung genutzt wird, die an einem sich bewegenden Objekt wie etwa einem Automobil montiert ist, kann somit die im Vorbereitungsmodus bestimmte Umgebungslichtintensität als Eingabe in die eine Anodenspannung einstellende Einheit 71 genutzt werden.
  • Man beachte, dass die obige Beschreibung an einem Beispiel vorgenommen wird, in welchem die in 3A veranschaulichte Pixelschaltung als die Pixelschaltung 50 der Lichtempfangsvorrichtung gemäß Beispiel 4 genutzt wird, aber die gleiche Beschreibung für einen Fall gilt, in welchem die in 3B veranschaulichte Pixelschaltung genutzt wird.
  • <Beispielshafte Anwendung der Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung
  • Die Technologe gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist auf verschiedene Produkte anwendbar. Das Folgende beschreibt spezifischer beispielhafte Anwendungsbeispiele. Beispielsweise kann die Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung als eine Abstandsmessvorrichtung verwirklicht werden, die an vielen Arten beweglicher Objekte wie etwa einem Automobil, einem Elektrofahrzeug, einem Hybrid-Elektrofahrzeug, einem Motorrad, einem Fahrrad, einer beliebigen Einrichtung für persönliche Mobilität, einem Flugzeug, einer Drohne, einem Schiff, einem Roboter, einer Baumaschine und einer Landwirtschaftsmaschine (Traktor) montiert ist.
  • [Bewegliches Objekt]
  • 13 ist ein Blockdiagramm, das eine beispielhafte schematische Konfiguration eines Fahrzeugsteuerungssystems 7000 als ein beispielhaftes System zur Steuerung beweglicher Körper veranschaulicht, für das eine Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung verwendbar ist. Das Fahrzeugsteuerungssystem 7000 enthält eine Vielzahl elektronischer Steuerungseinheiten, die über ein Kommunikationsnetzwerk 7010 miteinander verbunden sind. In dem in 13 dargestellten Beispiel umfasst das Fahrzeugsteuerungssystem 7000 eine Antriebssystem-Steuerungseinheit 7100, eine Karosseriesystem-Steuerungseinheit 7200, eine Batterie-Steuerungseinheit 7300, eine Einheit 7400 zur Detektion von Information von außerhalb, eine Einheit 7500 zur Detektion von Information aus dem Inneren und eine integrierte Steuerungseinheit 7600. Das Kommunikationsnetzwerk 7010, das diese Vielzahl von Steuerungseinheiten miteinander verbindet, kann zum Beispiel ein bordeigenes Kommunikationsnetzwerk sein, das mit einem optionalen Standard wie etwa einem Controller Area Network bzw. einem Steuergerätenetz (CAN), einem Local-Interconnect-Network (LIN), einem lokalen Netzwerk (LAN), FlexRay (eingetragenes Warenzeichen) oder dergleichen konform ist.
  • Jede Steuerungseinheit umfasst: einen Mikrocomputer, der dafür konfiguriert ist, eine arithmetische Verarbeitung gemäß verschiedenen Arten von Programmen durchzuführen; eine Speichereinheit, die dafür konfiguriert ist, zum Beispiel die von dem Mikrocomputer ausgeführten Computerprogramme und Parameter, die für verschiedene Arten von Operationen verwendet werden, zu speichern; und eine Ansteuerungsschaltung, die dafür konfiguriert ist, verschiedene Arten von Steuerungsziel-Vorrichtungen anzusteuern. Jeder Steuerungseinheit enthält eine Netzwerk-I/F, um eine Kommunikation mit einer anderen Steuerungseinheit über das Kommunikationsnetzwerk 7010 durchzuführen, und eine Kommunikations-I/F, um eine Kommunikation mit einer Vorrichtung, einem Sensor oder dergleichen innerhalb oder außerhalb eines Fahrzeugs über eine drahtgebundene Kommunikation oder Funkkommunikation durchzuführen. 13 veranschaulicht als funktionale Konfigurationen der Integrations-Steuerungseinheit 7600 einen Mikrocomputer 7610, eine universelle Kommunikations-I/F 7620, eine dedizierte Kommunikations-I/F 7630, eine Positionsbestimmungseinheit 7640, eine Datenpakete (engl.: beacon) empfangende Einheit 7650, eine I/F 7660 für Instrumente im Inneren, eine Sprach/Bild-Ausgabeeinheit 7670, eine I/F 7680 für ein bordeigenes Netzwerk und eine Speichereinheit 7690. Jede beliebige andere Steuerungseinheit enthält einen Mikrocomputer, eine Kommunikations-I/F, eine Speichereinheit und dergleichen.
  • Die Antriebssystem-Steuerungseinheit 7100 steuert gemäß verschiedenen Computerprogrammen auf das Antriebssystems des Fahrzeugs bezogene Operationen von Vorrichtungen. Beispielsweise dient die Antriebssystem-Steuerungseinheit 7100 als Steuerungsvorrichtung für eine Antriebskraft-Erzeugungsvorrichtung etwa einen Verbrennungsmotor oder einen Antriebsmotor, der dafür konfiguriert ist, eine Antriebskraft des Fahrzeugs zu erzeugen, einen Antriebskraft-Übertragungsmechanismus, der dafür konfiguriert ist, die Antriebskraft auf Räder zu übertragen, einen Lenkmechanismus, der dafür konfiguriert ist, den Winkel des Fahrzeugs einzustellen, und eine Bremsvorrichtung, die dafür konfiguriert ist, die Bremskraft des Fahrzeugs zu erzeugen. Die Antriebssystem-Steuerungseinheit 7100 kann die Funktion einer Steuerungsvorrichtung eines Antiblockier-Bremssystems (ABS) oder einer elektronischen Stabilitätskontrolle (ESC) haben.
  • Die Antriebssystem-Steuerungseinheit 7100 ist mit einer Einheit 7110 zur Detektion des Fahrzeugzustands verbunden. Die Einheit 7110 zur Detektion des Fahrzeugzustands umfasst beispielsweise einen Gyro-Sensor, der dafür konfiguriert ist, die Winkelgeschwindigkeit einer axialen Drehbewegung der Fahrzeugkarosserie zu detektieren, einen Beschleunigungssensor, der dafür konfiguriert ist, eine Beschleunigung des Fahrzeugs zu detektieren, und zumindest einen von Sensoren, die dafür konfiguriert sind, den Umfang einer Betätigung des Gaspedals, den Umfang einer Betätigung des Bremspedals, den Lenkwinkel des Lenkrades, die Motordrehzahl und die Rotationsgeschwindigkeit der Räder zu detektieren. Die Antriebssystem-Steuerungseinheit 7100 führt unter Verwendung eines von der Einheit 7110 zur Detektion des Fahrzeugzustands eingespeisten Signals eine arithmetische Verarbeitung durch und steuert den Verbrennungsmotor, einen Antriebsmotor, eine elektrische Servolenkvorrichtung, eine Bremsvorrichtung und dergleichen.
  • Die Karosseriesystem-Steuerungseinheit 7200 steuert gemäß verschiedenen Computerprogrammen Operationen verschiedener an der Fahrzeugkarosserie vorgesehener Vorrichtungen. Beispielsweise dient die Karosseriesystem-Steuerungseinheit 7200 als Steuerungsvorrichtung eines schlüssellosen Zugangssystems, eines Systems für intelligente Schlüssel, einer automatischen Fenstervorrichtung und verschiedener Leuchten wie etwa eines Frontscheinwerfers, eines Heckscheinwerfer, einer Bremsleuchte, eines Fahrtrichtungsanzeigers oder einer Nebelleuchte. In diesem Fall kann das Karosseriesystem-Steuerungseinheit 7200 eine Funkwelle, die von einer tragbaren Vorrichtung als ein alternativer Schlüssel emittiert wird, oder verschiedene Schaltersignale empfangen. Die Karosseriesystem-Steuerungseinheit 12020 empfängt eine Einspeisung der Funkwelle oder Signale und steuert eine Türverriegelungsvorrichtung, eine automatische Fenstervorrichtung, eine Leuchte und dergleichen des Fahrzeugs.
  • Die Batterie-Steuerungseinheit 7300 steuert eine Sekundärbatterie 7310 als eine elektrische Stromversorgungsquelle des Antriebsmotors gemäß verschiedenen Computerprogrammen. Beispielsweise empfängt die Batterie-Steuerungseinheit 7300 Information wie etwa die Batterietemperatur, die Ausgangsspannung der Batterie oder die restliche Kapazität der Batterie von einer die Sekundärbatterie 7310 enthaltenden Batterievorrichtung. Die Batterie-Steuerungseinheit 7300 führt unter Verwendung dieser Signale eine arithmetische Verarbeitung durch und steuert eine Einstellung der Temperatur der Sekundärbatterie 7310 oder eine in der Batterievorrichtung enthaltene Kühlvorrichtung oder dergleichen.
  • Die Einheit 7400 zur Detektion von Information von außerhalb detektiert Information über die äußere Umgebung des Fahrzeugs, an dem das Fahrzeugsteuerungssystem 7000 montiert ist. Beispielsweise ist die Einheit 7400 zur Detektion von Information von außerhalb mit zumindest eine einer Bildaufnahmeeinheit 7410 und/oder einer Einheit 7420 zur Detektion von Information von außerhalb verbunden. Die Bildaufnahmeeinheit 7410 enthält zumindest eine einer Laufzeit-(ToF)Kamera, einer Stereokamera, einer Monokular-Kamera, einer Infrarotkamera oder irgendeiner anderen Kamera. Die Einheit 7420 zur Detektion von Information von außerhalb enthält beispielsweise zumindest einen eines Umgebungssensors, um aktuelle Wetter- oder Klimabedingungen zu detektieren, oder eines eine periphere Information detektierenden Sensors, um ein anderes Fahrzeug, ein Hindernis, einen Fußgänger oder dergleichen um das Fahrzeug herum zu detektieren, an dem das Fahrzeugsteuerungssystem 7000 montiert ist.
  • Der Umgebungssensor kann zum Beispiel zumindest einer eines Regentropfensensors, der dafür konfiguriert ist, Regen zu detektieren, eines Nebelsensors, der dafür konfiguriert ist, Nebel zu detektieren, eines Sonnensensors, der dafür konfiguriert ist, einen Grad der Sonneneinstrahlung zu detektieren, oder eines Schneesensors sein, der dafür konfiguriert ist, Schneefall zu detektieren. Der Sensor zur Detektion einer Umgebungsinformation kann zumindest einer eines Ultraschallsensors, einer Radarvorrichtung und/oder einer Lichtdetektions- und Entfernungsmessvorrichtung, Laser-Imaging-Detection-and-Ranging- (LIDAR-)Vorrichtung sein. Die Bildaufnahmeeinheit 7410 und die Einheit 7420 zur Detektion von Information von außerhalb können als unabhängige Sensoren oder Vorrichtungen bereitgestellt werden oder können als Vorrichtungen, in denen eine Vielzahl von Sensoren oder Vorrichtungen integriert ist, bereitgestellt werden.
  • 14 veranschaulicht hier beispielhafte Installationspositionen der Bildaufnahmeeinheit 7410 und der Einheit 7420 zur Detektion von Information von außerhalb dar. Die Bildaufnahmeeinheiten 7910, 7912, 7914, 7916 und 7918 sind zum Beispiel an zumindest einer der Stellen der Frontpartie, der Seitenspiegel, der hinteren Stoßstange, der einer Hecktür und eines oberen Teils einer Windschutzscheibe eines Fahrzeugs 7900 vorgesehen. Die an der Frontpartie vorgesehene Bildaufnahmeeinheit 7910 und die am oberen Teil der Windschutzscheibe im Inneren des Fahrzeugs vorgesehene Bildaufnahmeeinheit 7918 erfassen vorwiegend ein Bild vor dem Fahrzeug 7900. Die an den Seitenspiegeln vorgesehenen Bildaufnahmeeinheiten 7912 und 7914 erfassen vorwiegend ein Bild seitlich des Fahrzeugs 7900. Die an der hinteren Stoßstange oder der Hecktür vorgesehene Bildaufnahmeeinheit 7916 erfasst vorwiegend ein Bild des Bereichs hinter dem Fahrzeug 7900. Die an dem oberen Teil der Windschutzscheibe im Inneren des Fahrzeugs vorgesehene Bildaufnahmeeinheit 7918 wird vorwiegend genutzt, um beispielsweise ein vorausfahrendes Fahrzeug, einen Fußgänger, ein Hindernis, eine Verkehrsampel, ein Verkehrszeichen und eine Fahrbahn zu detektieren.
  • Man beachte, das 14 ein Beispiel von Bildaufnahmebereichen der Bildaufnahmeeinheiten 7910, 7912, 7914 und 7916 veranschauclicht. Ein Bildaufnahmebereich repräsentiert den Bildaufnahmebereich der an der Frontpartie vorgesehenen Bildaufnahmeeinheit 7910. Bildaufnahmebereiche b und c geben die Bildaufnahmebereiche der Bildaufnahmeeinheiten 7912 und 7914 an, die an den jeweiligen Seitenspiegeln vorgesehen sind, und ein Bildaufnahmebereich d gibt den Bildaufnahmebereich der an der hinteren Stoßstange oder der Hecktür vorgesehenen Bildaufnahmeeinheit 7916 an. Beispielsweise werden Bilddaten, die von den Bildaufnahmeeinheiten 7910, 7912, 7914 und 7916 aufgenommen werden, überlagert, um von oben betrachtet ein Bild aus der Vogelperspektive des Fahrzeugs 7900 zu erhalten.
  • Einheiten 7920, 7922, 7924, 7926, 7928 und 7930 zur Detektion von Information von außerhalb, die an der Vorderseite, der Rückseite, den Seiten, den Ecken und einem oberen Teil der Windschutzscheibe des Fahrzeugs 7900 vorgesehen sind, können zum Beispiel ein Ultraschallsensor oder eine Radarvorrichtung sein. Die Einheiten 7920, 7926 und 7930 zur Detektion von Information von außerhalb, die an der Frontpartie, der hinteren Stoßstange, der Hecktür und dem oberen Teil der Windschutzscheibe im Inneren des Fahrzeugs 7900 vorgesehen sind, können beispielsweise eine LIDAR-Vorrichtung sein. Diese Einheiten 7920 bis 7930 zur Detektion von Information von außerhalb werden vorwiegend zur Detektion eines vorausfahrenden Fahrzeugs, eines Fußgängers, eines Hindernisses und dergleichen genutzt.
  • Die Beschreibung setzt sich mit Verweis auf 13 fort. Die Einheit 7400 zur Detektion von Information von außerhalb lässt die Bildaufnahmeeinheit 7410 ein Bild des Äußeren aufnehmen und empfängt die aufgenommenen Bilddaten. Außerdem empfängt die Einheit 7400 zur Detektion von Information von außerhalb eine Detektionsinformation von der damit verbundenen Einheit 7420 zur Detektion von Information von außerhalb. Falls die Einheit 7420 zur Detektion von Information von außerhalb ein Ultraschallsensor, eine Radarvorrichtung oder eine LIDAR-Vorrichtung ist, emittiert die Einheit 7400 zur Detektion von Information von außerhalb zum Beispiel eine Ultraschallwelle oder eine elektromagnetische Welle und empfängt eine Information einer empfangenen reflektierten Welle. Auf der Basis der empfangenen Information kann die Einheit 7400 zur Detektion von Information von außerhalb eine Verarbeitung zur Objektdetektion oder eine Verarbeitung zur Abstandsdetektion einer Person, eines Fahrzeugs, eines Hindernisses, eines Verkehrszeichens, eines Zeichens auf einer Straßenoberfläche und dergleichen durchführen. Die Einheit 7400 zur Detektion von Information von außerhalb kann auf der Basis der empfangenen Information eine Verarbeitung zur Umgebungswahrnehmung zum Erkennen eines Niederschlags, eines Nebels, eines Zustands der Straßenoberfläche und dergleichen durchführen.
  • Außerdem kann auf der Basis der empfangenen Bilddaten die Einheit 7400 zur Detektion von Information von außerhalb eine Verarbeitung zur Bilderkennung oder einer Verarbeitung zur Abstandsdetektion zum Erkennen einer Person, eines Fahrzeugs, eines Hindernisses, eines Verkehrszeichens, eines Zeichens auf einer Straßenoberfläche und dergleichen durchführen. Die Einheit 7400 zur Detektion von Information von außerhalb kann an den empfangenen Bilddaten eine Verarbeitung wie etwa eine Verzerrungskorrektur oder eine Ausrichtung durchführen und die Bilddaten mit von einer irgendeiner anderen Bildaufnahmeeinheit 7410 aufgenommenen Bilddaten synthetisieren, um ein Bild aus der Vogelperspektive oder ein Panoramabild zu erzeugen. Die Einheit 7400 zur Detektion von Information von außerhalb kann unter Verwendung von von irgendeiner anderen Bildaufnahmeeinheit 7410 aufgenommenen Bilddaten eine Verarbeitung zur Blickwinkel- bzw. Perspektivkonversion durchführen.
  • Die Einheit 7500 zur Detektion von Information aus dem Inneren detektiert Information aus dem Innenraum. Die Einheit 7500 zur Detektion von Information aus dem Inneren ist zum Beispiel mit einer Einheit 7510 zur Detektion des Fahrerzustands verbunden, die dafür konfiguriert ist, den Zustand des Fahrers zu detektieren. Die Einheit 7510 zur Detektion des Fahrerzustands kann beispielsweise eine Kamera, die dafür konfiguriert ist, den Fahrer aufzunehmen, einen Sensor für einen lebendigen Körper, der dafür konfiguriert ist, eine Information über einen lebendigen Körper des Fahrers zu detektieren, oder ein Mikrophon, das dafür konfiguriert ist, Sprache im Innenraum zu erfassen, umfassen. Der Sensor für einen lebendigen Körper ist an beispielsweise einer Sitzfläche, dem Lenkrad oder dergleichen vorgesehen und detektiert eine Information über einen auf einem Sitz sitzenden Insassen oder den das Lenkrad haltenden Fahrer. Auf der Grundlage einer von der Einheit 7510 zur Detektion des Fahrerzustands eingegebenen Information kann die Einheit 7500 zur Detektion von Information aus dem Inneren den Ermüdungsgrad des Fahrers oder Konzentrationsgrad des Fahrers berechnen oder kann bestimmen, ob der Fahrer eindöst. Die Einheit 7500 zur Detektion von Information aus dem Inneren kann eine Verarbeitung wie etwa eine Verarbeitung zur Rauschunterdrückung an einem erfassten Sprachsignal durchführen.
  • Die Integrations-Steuerungseinheit 7600 steuert die allgemeine Operation im Fahrzeugsteuerungssystem 7000 gemäß verschiedenen Computerprogrammen. Die Integrations-Steuerungseinheit 7600 ist mit einer Eingabeeinheit 7800 verbunden. Die Eingabeeinheit 7800 ist mittels einer Vorrichtung wie etwa eines Berührungsfelds, einer Taste, eines Mikrophons, eines Schalters oder eines Hebels verwirklicht. Die Integrations-Steuerungseinheit 7600 kann mittels Spracherkennung einer über ein Mikrophon eingegebenen Sprache erfasste Daten empfangen. Die Eingabeeinheit 7800 kann zum Beispiel eine Fernsteuerungsvorrichtung, die Infrarotstrahlung oder andere Funkwellen nutzt, oder ein Instrument für eine externe Vorbindung wie etwa ein Mobiltelefon oder ein persönlicher digitaler Assistent (PDA) sein, das eine Operation des Fahrzeugsteuerungssystems 7000 unterstützt. Die Eingabeeinheit 7800 kann zum Beispiel eine Kamera sein, die dem Insassen ermöglicht, eine Information über eine Geste einzugeben. Alternativ dazu können Daten eingegeben werden, die erhalten werden, indem eine Bewegung einer vom Insassen getragenen Vorrichtung detektiert wird. Ferner kann die Eingabeeinheit 7800 beispielsweise eine Eingabesteuerungsschaltung oder dergleichen enthalten, die dafür konfiguriert ist, ein Eingangssignal auf der Basis einer Information zu erzeugen, die von einem Insassen oder dergleichen unter Verwendung der oben beschriebenen Eingabeeinheit 7800 eingegeben wird, und das erzeugte Eingangssignal an die Integrations-Steuerungseinheit 7600 abzugeben. Der Insasse oder dergleichen bedient die Eingabeeinheit 7800, um verschiedene Arten von Daten einzugeben oder eine Anweisung für eine Verarbeitungsoperation an das Fahrzeugsteuerungssystem 7000 zu erteilen.
  • Die Speichereinheit 7690 kann einen Nurlesespeicher (ROM), der dafür konfiguriert ist, verschiedene, vom Mikrocomputer ausgeführte Computerprogramme zu speichern, und einen Direktzugriffspeicher (RAM) enthalten, der dafür konfiguriert ist, verschiedene Parameter, Berechnungsergebnisse oder Sensorwerte zu speichern. Außerdem kann die Speichereinheit 7690 mittels beispielsweise einer Magnetspeichervorrichtung wie etwa eines Festplattenlaufwerks (HDD), einer Halbleiter-Speichervorrichtung, einer optischen Speichervorrichtung oder einer magneto-optischen Speicher verwirklicht sein.
  • Die universelle Kommunikations-I/F 7620 ist eine weithin verwendete Kommunikations-I/F, die dafür konfiguriert ist, eine Kommunikation mit verschiedenen, in einer äußeren Umgebung 7750 vorhandenen Instrumenten vermittelt. Die universelle Kommunikations-/F 7620 kann ein zellulares Kommunikationsprotokoll wie etwa ein globales System für mobile Kommunikation (GSM (eingetragenes Warenzeichen)), WiMAX, Long Term Evolution (LTE) oder erweitertes LTE (LTE-A) oder ein anderes drahtloses Kommunikationsprotokoll wie etwa ein drahtloses LAN (worauf auch als Wi-Fi (eingetragenes Warenzeichen)) verwiesen wird, Bluetooth (eingetragenes Warenzeichen) oder dergleichen implementieren. Beispielsweise kann die universelle Kommunikations-I/F 7620 über eine Basisstation oder einen Zugangspunkt mit einem Instrument (zum Beispiel einem Anwendungsserver oder einem Steuerungs-Server) auf einem externen Netzwerk (zum Beispiel dem Internet, einem Cloud-Netzwerk oder einem unternehmensspezifischen Netzwerk) verbunden sein. Außerdem kann die universelle Kommunikations-I/F 7620 zum Beispiel unter Verwendung einer Peer-to-Peer-(P2P)Technologie mit einem Endgerät (zum Beispiel einem Endgerät eines Fahrers, eines Fußgängers oder eines Ladens) oder einem Endgerät für eine Maschine-Typ-Kommunikation (engl.: machine type communication) (MTC) nahe dem Fahrzeug verbunden sein.
  • Die dedizierte Kommunikations-I/F 7630 ist eine Kommunikations-I/F, die ein zur Verwendung in einem Fahrzeug entwickeltes Kommunikationsprotokoll unterstützt. Die dedizierte Kommunikations-I/F 7630 kann ein Standardprotokoll wie etwa einen drahtlosen Zugang in einer Fahrzeugumgebung (WAVE), eine Nahbereichskommunikation (engl.: dedicated short-range communications) (DSRC) oder ein zellulares Kommunikationsprotokoll als Kombination von IEEE802.11p der Schicht auf niedrigerer Ebene und IEEE1609 der Schicht auf höherer Ebene implementieren. Die dedizierte Kommunikations-I/F 7630 führt typischerweise eine V2X-Kommunikation als Konzept aus, die eine oder mehrere einer Kommunikation von Fahrzeug zu Fahrzeug, einer Kommunikation zwischen Infrastruktur und Fahrzeug, einer Kommunikation zwischen Heim und einem Fahrzeug und einer Kommunikation zwischen Fahrzeug und Fußgänger umfasst.
  • Die Positionsbestimmungseinheit 7640 empfängt zum Beispiel Signale eines globalen Satellitennavigationssystems (GNNS) von GNSS-Satelliten (zum Beispiel Signale eines globalen Positionsbestimmungssystems (GPS) von GPS-Satelliten), führt eine Positionsbestimmung aus und erzeugt eine Positionsinformation, die Länge, Breite und Höhenlage des Fahrzeugs enthält. Man beachte, dass die Positionsbestimmungseinheit 7640 die aktuelle Position über einen Signalaustausch mit einem drahtlosen Zugangspunkt bestimmen kann oder eine Positionsinformation von einem Endgerät wie etwa einem Mobiltelefon, einem PHS oder einem Smartphone, das eine Positionsbestimmungsfunktion aufweist, erfassen kann.
  • Die Beacon bzw. Datenpakete empfangende Einheit 7650 empfängt zum Beispiel eine Funkwelle oder elektromagnetische Welle, die von einer an einer Straße installierten Drahtlosstation emittiert wird, und erfasst eine Information wie etwa die aktuelle Position, einen Verkehrsstau, eine Straßensperrung oder eine erforderliche Fahrzeug. Man beachte, dass die Funktion der Datenpakete empfangenden Einheit 7650 in der oben beschriebenen dedizierten Kommunikations-I/F 7630 enthalten sein kann.
  • Die I/F 7660 für Instrumente im Inneren ist eine Kommunikationsschnittstelle, die dafür konfiguriert ist, eine Verbindung zwischen dem Mikrocomputer 7610 und verschiedenen Instrumenten 7760 im Inneren im Fahrzeug zu vermitteln. Die I/F 7660 für Instrumente im Inneren kann eine drahtlose Verbindung unter Verwendung eines Protokolls für drahtlose Kommunikation wie etwa drahtloses LAN, Bluetooth (eingetragenes Warenzeichen), Nahfeldkommunikation (NFC) oder eines USB einrichten. Außerdem kann die I/F 7660 für Instrumente im Inneren eine drahtgebundene Verbindung wie etwa einen universellen seriellen Bus (USB), eine High-Definition-Multimedia-Schnittstelle (HDMI) (eingetragenes Warenzeichen) oder einen mobilen High-Definition-Link (MHL) über einen (nicht veranschaulichten) Verbindungsanschluss (und nötigenfalls ein Kabel) einrichten. Die Instrumente 7760 im Inneren können beispielsweise zumindest eine einer mobilen Vorrichtung oder einer tragbaren Vorrichtung, die einem Insasse gehört, und/oder einer Informationsvorrichtung umfassen, die in das Fahrzeug transportiert oder daran angebracht wird. Die Instrumente 7760 im Inneren können außerdem eine Navigationsvorrichtung einschließen, die dafür konfiguriert ist, nach einem Weg zu einem wahlfreien Ziel zu suchen. Die I/F 7660 für Instrumente im Inneren tauscht ein Steuerungssignal oder ein Datensignal mit diesen Instrumenten 7760 im Inneren aus.
  • Die I/F 7680 für ein bordeigenes Netzwerk ist eine Schnittstelle, die dafür konfiguriert ist, eine Kommunikation zwischen dem Mikrocomputer 7610 und dem Kommunikationsnetzwerk 7010 zu vermitteln. Die I/F 7680 für ein bordeigenes Netzwerk kommuniziert ein Signal oder dergleichen gemäß einem vom Kommunikationsnetzwerk 7010 unterstützten vorbestimmten Protokoll.
  • Der Mikrocomputer 7610 der Integrations-Steuerungseinheit 7600 steuert das Fahrzeugsteuerungssystem 7000 gemäß verschiedenen Computerprogrammen auf der Basis von Information, die über zumindest eine der universellen Kommunikations-I/F 7620, der dedizierten Kommunikations-I/F 7630, der Positionsbestimmungseinheit 7640, der Datenpakete empfangenden Einheit 7650, der I/F 7660 für Instrument im Inneren und der I/F 7680 für ein bordeigenes Netzwerk erfasst wird. Beispielsweise kann der Mikrocomputer 7610 einen Steuerungszielwert einer Antriebskraft-Erzeugungsvorrichtung, eines Lenkmechanismus oder einer Bremsvorrichtung auf der Basis der erfassten Information aus dem Inneren und von außerhalb berechnen und kann einen Steuerungsbefehl an die Antriebssystem-Steuerungseinheit 7100 ausgeben. Beispielsweise kann der Mikrocomputer 7610 eine kooperative Steuerung durchführen, um die Funktion eines fortgeschrittenen Fahrzeugassistenzsystems (ADAS) zu implementieren, die beispielsweise eine Kollisionsvermeidung oder eine Aufprallabschwächung des Fahrzeugs, eine Nachfolgefahrt basierend auf dem Abstand zwischen Fahrzeugen, eine die Fahrzeuggeschwindigkeit beibehaltenden Fahrt, eine Warnung vor einer Kollision des Fahrzeugs oder eine Warnung vor einer Abweichung des Fahrzeugs von der Fahrbahn einschließt. Außerdem kann der Mikrocomputer 7610 eine kooperative Steuerung durchführen, um zum Beispiel automatisches Fahren zu verwirklichen, wobei das Fahrzeug autonom unabhängig vom Eingriff des Fahrers fährt, indem die Antriebskraft-Erzeugungsvorrichtung, der Lenkmechanismus, die Bremsvorrichtung und dergleichen auf der Basis der erfassten Information um das Fahrzeug herum gesteuert wird.
  • Der Mikrocomputer 7610 kann eine Information bezüglich des dreidimensionale Abstands zwischen einem Fahrzeug und einem Umgebungsobjekt wie etwa einer Struktur oder einer Person auf der Basis einer Information erzeugen, die über zumindest eine der universellen Kommunikations-I/F 7620, der dedizierten Kommunikations-I/F 7630, der Positionsbestimmungseinheit 7640, der Datenpakete empfangenden Einheit 7650, der I/F 7660 für Instrument im Inneren oder der I/F 7680 für ein bordeigenes Netzwerk erhalten wird, und kann eine lokale Karteninformation erzeugen, die eine Information über die Umgebung der aktuellen Position des Fahrzeugs enthält. Überdies kann der Mikrocomputer 7610 eine Gefahr wie etwa eine Kollision des Fahrzeugs, eine Annäherung eines Fußgängers oder dergleichen oder eine Einfahrt in eine gesperrte Straße auf der Basis der erfassten Information vorhersagen und kann ein Warnsignal erzeugen. Das Warnsignal kann beispielsweise ein Signal zum Erzeugen eines Warntons oder Aufleuchten einer Warnleuchte sein.
  • Die Sprach/Bild-Ausgabeeinheit 7670 überträgt zumindest eines eines Sprachausgabesignals oder eines Bildausgabesignals zu einer Ausgabevorrichtung, die einem Insassen im Fahrzeug oder der äußeren Umgebung eine Information optisch oder akustisch mitteilen kann. In dem Beispiel von 13 ist die Ausgabevorrichtung ein Audio-Lautsprecher 7710, eine Anzeigeeinheit 7720 oder ein Armaturenbrett 7730. Die Anzeigeeinheit 7720 kann beispielsweise zumindest eine einer bordeigenen Anzeige und/oder einer Head-up-Display umfassen. Die Anzeigeeinheit 7720 kann eine Funktion zur Anzeige einer erweiterten Realität (AR) enthalten. Die Ausgabevorrichtung kann anstelle dieser Vorrichtungen ein Kopfhörer, eine tragbare Vorrichtung wie etwa eine brillenartige Vorrichtung (engl.: spectacle device), die am Insassen getragen wird, ein Projektor, eine Lampe oder eine andere Vorrichtung sein. Falls die Ausgabevorrichtung eine Anzeigevorrichtung ist, zeigt die Anzeigevorrichtung ein Ergebnis, das über verschiedene Arten einer vom Mikrocomputer 7610 durchgeführten Verarbeitung erhalten wird, oder eine von einer anderen Steuerungseinheit empfangene Information in verschiedenen Formaten eines Texts, eines Bilds, einer Tabelle, einer graphischen Darstellung und dergleichen an. Außerdem wandelt, falls die Ausgabevorrichtung eine Ton-Ausgabevorrichtung ist, die Ton-Ausgabevorrichtung ein Audiosignal, das zum Beispiel wiedergegebene Sprachdaten oder akustische Daten enthält, in ein analoges Signal um und gibt das Signal akustisch ab.
  • Man beachte, dass in dem in 13 veranschaulichten Beispiel zumindest zwei Steuerungseinheiten, die über das Kommunikationsnetzwerk 7010 miteinander verbunden sind, in eine Steuerungseinheit integriert werden können. Alternativ dazu kann eine individuelle Steuerungseinheit eine Vielzahl von Steuerungseinheiten umfassen. Überdies kann das Fahrzeugsteuerungssystem 7000 eine (nicht veranschaulichte) andere Steuerungseinheit enthalten. Zusätzlich kann ein Teil der, oder die gesamten, Funktionen irgendeiner Steuerungseinheit in der obigen Beschreibung durch eine andere Steuerungseinheit verwirklicht werden. Mit anderen Worten kann eine vorbestimmte arithmetische Verarbeitung bei jeder beliebigen Steuerungseinheit durchgeführt werden, sofern Information über das Kommunikationsnetzwerk 7010 übertragen und empfangen wird. Ähnlich kann ein Sensor oder eine Vorrichtung, der oder die mit irgendeiner Steuerungseinheit verbunden ist, mit einer anderen Steuerungseinheit verbunden sein, und eine Vielzahl von Steuerungseinheiten kann über das Kommunikationsnetzwerk 7010 Detektionsinformation wechselseitig übertragen und empfangen.
  • Das Obige beschreibt ein beispielhaftes Fahrzeugsteuerungssystem 7000, für das die Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung verwendbar ist. Die Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist für zum Beispiel die Bildaufnahmeeinheiten 7910, 7912, 7914, 7916 und 7918 und die Einheiten 7920, 7922, 7924, 7926, 7928 und 7930 für Information von außerhalb unter den oben beschriebenen Konfigurationen verwendbar. Wenn die Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung verwendet wird, kann der Dynamikbereich der Lichtempfangsvorrichtung erhöht werden, ist eine Reaktion auf schwaches Einfallslicht möglich und kann bei starkem Einfallslicht eine Operation durchgeführt werden, ohne eine Sättigung zu erreichen, wodurch beispielsweise eine Fahrzeugsteuerungssystem verwirklicht wird, das imstande ist, ein Bildaufnahmeziel sehr genau zu detektieren.
  • <Konfigurationen der vorliegenden Offenbarung>
  • Die vorliegenden Offenbarung kann wie unten beschrieben konfiguriert sein.
  • «A. Lichtempfangsvorrichtung»
  • [A-1] Eine Lichtempfangsvorrichtung, umfassend eine Pixel-Arrayeinheit, die eine Vielzahl von Pixeln enthält, die jeweils eine Lichtempfangseinheit enthalten, die dafür konfiguriert ist, als Antwort auf einen Photonenlichtempfang ein Signal zu erzeugen, worin die Pixel-Arrayeinheit ein Pixel mit einer ersten Empfindlichkeit und ein Pixel mit einer zweiten Empfindlichkeit aufweist, die geringer als die erste Empfindlichkeit ist.
  • [A-2] Die Lichtempfangsvorrichtung gemäß [A-1], worin die erste Empfindlichkeit eine Empfindlichkeit ist, die eine Detektion eines Einfallslichts mit einer geringeren Intensität als eine vorbestimmte Lichtintensität ermöglicht, und
    die zweite Empfindlichkeit eine Empfindlichkeit ist, mit der bei einer vorbestimmten Lichtmenge oder geringer keine Sättigung erreicht wird.
  • [A-3] Die Lichtempfangsvorrichtung gemäß [A-2], worin eine Lichtempfangsfläche des Pixels mit der ersten Empfindlichkeit größer ist als eine Lichtempfangsfläche des Pixels mit der zweiten Empfindlichkeit.
  • [A-4] Die Lichtempfangsvorrichtung gemäß [A-2], worin eine Dicke einer Halbleiterschicht der Lichtempfangseinheit des Pixels mit der ersten Empfindlichkeit größer ist als eine Dicke einer Halbleiterschicht der Lichtempfangseinheit des Pixels mit der zweiten Empfindlichkeit.
  • [A-5] Die Lichtempfangsvorrichtung gemäß [A-2], worin ein Spannungswert einer Übervorspannung des Pixels mit der ersten Empfindlichkeit höher ist als ein Spannungswert einer Übervorspannung des Pixels mit der zweiten Empfindlichkeit.
  • [A-6] Die Lichtempfangsvorrichtung gemäß [A-5], worin der Spannungswert der Übervorspannung durch einen Spannungswert einer Anodenspannung eingestellt wird, die an eine Anodenelektrode der Lichtempfangseinheit angelegt wird.
  • [A-7] Die Lichtempfangsvorrichtung gemäß [A-6], worin der Spannungswert der Anodenspannung gemäß einer Umgebungslichtintensität eingestellt wird.
  • [A-8] Die Lichtempfangsvorrichtung gemäß einem von [A-1] bis [A-7], worin die Lichtempfangseinheit eine Einzelphoton-Lawinendiode enthält.
  • «B. Abstandsmessvorrichtung»
  • [B-1] Eine Abstandsmessvorrichtung, umfassend:
    • eine Lichtquelle, die dafür konfiguriert ist, ein Messobjekt mit Licht zu bestrahlen; und
    • eine Lichtempfangsvorrichtung, die dafür konfiguriert ist, an dem Messobjekt reflektiertes Licht zu empfangen, worin die Lichtempfangsvorrichtung eine Pixel-Arrayeinheit enthält, die eine Vielzahl von Pixeln enthält, die jeweils eine Lichtempfangseinheit enthalten, die dafür konfiguriert ist, als Antwort auf einen Photonenlichtempfang ein Signal zu erzeugen, und
    • die Pixel-Arrayeinheit ein Pixel mit einer ersten Empfindlichkeit und ein Pixel mit einer zweiten Empfindlichkeit enthält, die geringer als die erste Empfindlichkeit ist.
  • [B-2] Die Abstandsmessvorrichtung gemäß [B-1], worin die erste Empfindlichkeit eine Empfindlichkeit ist, die eine Detektion eines Einfallslichts mit einer Intensität ermöglicht, die geringer als eine vorbestimmte Lichtintensität ist, und die zweite Empfindlichkeit eine Empfindlichkeit ist, mit der bei einer vorbestimmten Lichtmenge oder geringer keine Sättigung erreicht wird.
  • [B-3] Die Abstandsmessvorrichtung gemäß [B-2], worin eine Lichtempfangsfläche des Pixels mit der ersten Empfindlichkeit größer ist als eine Lichtempfangsfläche des Pixels mit der zweiten Empfindlichkeit.
  • [B-4] Die Abstandsmessvorrichtung gemäß [B-2], worin eine Dicke einer Halbleiterschicht der Lichtempfangseinheit des Pixels mit der ersten Empfindlichkeit größer ist als eine Dicke einer Halbleiterschicht der Lichtempfangseinheit des Pixels mit der zweiten Empfindlichkeit.
  • [B-5] Die Abstandsmessvorrichtung gemäß [B-2], worin ein Spannungswert einer Übervorspannung des Pixels mit der ersten Empfindlichkeit höher ist als ein Spannungswert einer Übervorspannung des Pixels mit der zweiten Empfindlichkeit.
  • [B-6] Die Abstandsmessvorrichtung gemäß [B-5], worin der Spannungswert der Übervorspannung durch einen Spannungswert einer Anodenspannung eingestellt wird, die an eine Anodenelektrode der Lichtempfangseinheit angelegt wird.
  • [B-7] Die Abstandsmessvorrichtung gemäß [B-6], worin der Spannungswert der Anodenspannung gemäß einer Umgebungslichtintensität eingestellt wird.
  • [B-8] Die Abstandsmessvorrichtung gemäß einem von [B-1] bis [B-7], worin die Lichtempfangseinheit eine Einzelphoton-Lawinendiode enthält.
  • [C-1] Eine Lichtempfangsvorrichtung, aufweisend:
    • ein Pixel-Array, das eine Vielzahl von Pixeln enthält, wobei jedes der Vielzahl von Pixeln ein lichtempfindliches Element enthält, das dafür konfiguriert ist, als Antwort auf eine Detektion eines Photons durch das lichtempfindliche Element ein Signal zu erzeugen,
    • wobei die Vielzahl von Pixeln ein erstes Pixel mit einer ersten Empfindlichkeit, um ein auf das erste Pixel einfallendes erstes Photon zu detektieren, und ein zweites Pixel mit einer zweiten Empfindlichkeit, um ein auf das zweite Pixel einfallendes zweites Photon zu detektieren, enthält, wobei die zweite Empfindlichkeit geringer als die erste Empfindlichkeit ist.
  • [C-2] Die Lichtempfangsvorrichtung gemäß [C-1], ferner aufweisend einen Prozessor in Kommunikation mit dem Pixel-Array, wobei der Prozessor dafür konfiguriert ist, eine Anzahl von Signalen zu zählen, die durch jedes der lichtempfindlichen Elemente während eines Zeitintervalls erzeugt werden.
  • [C-3] Die Lichtempfangsvorrichtung gemäß [C-1] oder [C-2], wobei
    das lichtempfindliche Element des ersten Pixels dafür konfiguriert ist, bei einer Einfallslichtmenge zu sättigen, die geringer als eine Einfallslichtmenge ist, bei der zu sättigen das lichtempfindliche Element des zweiten Pixels konfiguriert ist.
  • [C-4] Die Lichtempfangsvorrichtung gemäß einem von [C-1] bis [C-3], wobei eine Lichtempfangsfläche des ersten Pixels größer ist als eine Lichtempfangsfläche des zweiten Pixels.
  • [C-5] Die Lichtempfangsvorrichtung gemäß einem von [C-1] bis [C-3], wobei eine Dicke einer Halbleiterschicht des lichtempfindlichen Elements im ersten Pixel größer ist als eine Dicke einer Halbleiterschicht des lichtempfindlichen Elements im zweiten Pixel.
  • [C-6] Die Lichtempfangsvorrichtung gemäß [C5], wobei eine Dicke eines n-Wannengebiets des lichtempfindlichen Elements im ersten Pixel größer ist als eine Dicke eines n-Wannengebiets des lichtempfindlichen Elements im zweiten Pixel.
  • [C-7] Die Lichtempfangsvorrichtung gemäß einem von [C-1] bis [C-3], ferner aufweisend zumindest eine Spannungsquelle, wobei die zumindest eine Spannungsquelle dafür konfiguriert ist, eine erste Übervorspannung dem ersten Pixel bereitzustellen und eine zweite Übervorspannung dem zweiten Pixel bereitzustellen, wobei die erste Übervorspannung höher als die zweite Übervorspannung ist.
  • [C-8] Die Lichtempfangsvorrichtung gemäß [C-7], wobei die erste Übervorspannung gemäß einer Anodenspannung eingestellt wird, die von einer Anodenelektrode des lichtempfindlichen Elements im ersten Pixel empfangen wird.
  • [C-9] Die Lichtempfangsvorrichtung gemäß [C-8], ferner aufweisend:
    • einen Umgebungslichtdetektor, der dafür konfiguriert ist, eine Umgebungslichtintensität zu detektieren,
    • wobei die Anodenspannung gemäß der Umgebungslichtintensität eingestellt wird.
  • [C-10] Die Lichtempfangsvorrichtung gemäß einem von [C-1] bis [C-9], wobei das lichtempfindliche Element eine Einzelphoton-Lawinendiode enthält.
  • [C-11] Die Lichtempfangsvorrichtung gemäß einem von [C-1] bis [C-10], wobei die Lichtempfangsvorrichtung dafür konfiguriert ist, in einem Fahrzeug montiert zu werden.
  • [C-12] Die Lichtempfangsvorrichtung gemäß [C-2] oder [C-3], wobei der Prozessor dafür konfiguriert ist, einen Gewichtungsfaktor auf das von dem ersten Pixel und/oder dem zweiten Pixel abgegebene Signal als Antwort auf die erste Empfindlichkeit und/oder die zweite Empfindlichkeit anzuwenden.
  • [C-13] Die Lichtempfangsvorrichtung gemäß [C-2] oder [C-3], wobei der Prozessor dafür konfiguriert ist, einen Abstand von der Lichtempfangsvorrichtung zu einem Objekt basierend auf der Anzahl von durch den Prozessor gezählten Signalen zu bestimmen.
  • [C-14] Die Lichtempfangsvorrichtung gemäß [C-2] oder [C-3], wobei der Prozessor dafür konfiguriert ist, ein Objekt basierend auf der Anzahl von durch den Prozessor gezählten Signalen zu erkennen.
  • [C-15] Die Lichtempfangsvorrichtung gemäß [C-2] oder [C-3], wobei der Prozessor dafür konfiguriert ist, eine Umgebungslichtintensität zu detektieren,
    wobei eine Operation des ersten Pixels und/oder des zweiten Pixels basierend auf der Umgebungslichtintensität bestimmt wird.
  • [C-16] Ein Lichtempfangssystem, aufweisend:
    • eine Lichtquelle, die dafür konfiguriert ist, ein Messobjekt mit Licht zu bestrahlen; und
    • eine Lichtempfangsvorrichtung, die dafür konfiguriert ist, von dem Messobjekt reflektiertes Licht zu empfangen, wobei
    • die Lichtempfangsvorrichtung ein Pixel-Array enthält, das eine Vielzahl von Pixeln enthält, die jeweils ein lichtempfindliches Element enthalten, das dafür konfiguriert ist, ein Signal als Antwort auf ein Detektieren zumindest eines auf das lichtempfindliche Element einfallenden Photons zu erzeugen, und
    • die Pixel-Arrayeinheit ein erstes Pixel mit einer ersten Empfindlichkeit, um ein auf das erste Pixel einfallendes erstes Photon zu detektieren, und ein zweites Pixel mit einer zweiten Empfindlichkeit, um ein auf das zweite Pixel einfallendes zweites Photon zu detektieren, enthält, wobei die zweite Empfindlichkeit geringer als die erste Empfindlichkeit ist.
  • [C-17] Das Lichtempfangssystem gemäß [C-16], wobei das lichtempfindliche Element des ersten Pixels dafür konfiguriert ist, bei einer Einfallslichtmenge zu sättigen, die geringer als eine Einfallslichtmenge ist, bei der zu sättigen das lichtempfindliche Element des zweiten Pixels konfiguriert ist.
  • [C-18] Das Lichtempfangssystem gemäß [C-16] oder [C-17], ferner aufweisend zumindest eine Spannungsquelle, wobei die zumindest eine Spannungsquelle dafür konfiguriert ist, dem ersten Pixel eine erste Übervorspannung bereitzustellen und dem zweiten Pixel eine zweite Übervorspannung bereitzustellen, wobei die erste Übervorspannung höher als die zweite Übervorspannung ist.
  • [C-19] Das Lichtempfangssystem gemäß [C-18], wobei die erste Übervorspannung gemäß einer Anodenspannung eingestellt wird, die von einer Anodenelektrode des lichtempfindlichen Elements im ersten Pixel empfangen wird.
  • [C-20] Das Lichtempfangssystem gemäß einem von [C-16] bis [C-19], wobei das lichtempfindliche Element eine Einzelphoton-Lawinendiode enthält.
  • Es sollte sich für den Fachmann verstehen, dass verschiedene Modifikationen, Kombinationen, Teilkombinationen und Änderungen je nach Designanforderungen und anderen Faktoren erfolgen können, sofern sie innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche oder deren Äquivalente liegen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Abstandsmessvorrichtung
    10
    Objekt (Messobjekt)
    20
    Lichtquelle
    21
    Laser-Treiber
    22
    Laserlichtquelle
    23
    Streulinse
    30
    Lichtempfangsvorrichtung
    31
    Lichtempfangslinse
    32
    Lichtsensor
    33
    Logikschaltung
    40
    Steuerungseinheit
    50
    Pixelschaltung
    51
    SPAD-Element
    60
    Pixel-Arrayeinheit
    61, 63, 65
    erstes Pixel (Pixel mit hoher Empfindlichkeit)
    62, 64, 66
    zweites Pixel (Pixel mit geringer Empfindlichkeit)
    71
    Anodenspannung einstellende Einheit
    72
    Umgebungslicht-Detektionseinheit
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2018081068 [0001]
    • JP 2014081254 A [0004]

Claims (20)

  1. Lichtempfangsvorrichtung, aufweisend: ein Pixel-Array, das eine Vielzahl von Pixeln enthält, wobei jedes der Vielzahl von Pixeln ein lichtempfindliches Element enthält, das dafür konfiguriert ist, als Antwort auf eine Detektion eines Photons durch das lichtempfindliche Element ein Signal zu erzeugen, wobei die Vielzahl von Pixeln ein erstes Pixel mit einer ersten Empfindlichkeit, um ein auf das erste Pixel einfallendes erstes Photon zu detektieren, und ein zweites Pixel mit einer zweiten Empfindlichkeit, um ein auf das zweite Pixel einfallendes zweites Photon zu detektieren, enthält, wobei die zweite Empfindlichkeit geringer als die erste Empfindlichkeit ist.
  2. Lichtempfangsvorrichtung nach Anspruch 1, ferner aufweisend einen Prozessor in Kommunikation mit dem Pixel-Array, wobei der Prozessor dafür konfiguriert ist, eine Anzahl von Signalen zu zählen, die durch jedes der lichtempfindlichen Elemente während eines Zeitintervalls erzeugt werden.
  3. Lichtempfangsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei das lichtempfindliche Element des ersten Pixels dafür konfiguriert ist, bei einer Einfallslichtmenge zu sättigen, die geringer als eine Einfallslichtmenge ist, bei der zu sättigen das lichtempfindliche Element des zweiten Pixels konfiguriert ist.
  4. Lichtempfangsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine Lichtempfangsfläche des ersten Pixels größer ist als eine Lichtempfangsfläche des zweiten Pixels.
  5. Lichtempfangsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine Dicke einer Halbleiterschicht des lichtempfindlichen Elements im ersten Pixel größer ist als eine Dicke einer Halbleiterschicht des lichtempfindlichen Elements im zweiten Pixel.
  6. Lichtempfangsvorrichtung nach Anspruch 5, wobei eine Dicke eines n-Wannengebiets des lichtempfindlichen Elements im ersten Pixel größer ist als eine Dicke eines n-Wannengebiets des lichtempfindlichen Elements im zweiten Pixel.
  7. Lichtempfangsvorrichtung nach Anspruch 1, ferner aufweisend zumindest eine Spannungsquelle, wobei die zumindest eine Spannungsquelle dafür konfiguriert ist, eine erste Übervorspannung dem ersten Pixel bereitzustellen und eine zweite Übervorspannung dem zweiten Pixel bereitzustellen, wobei die erste Übervorspannung höher als die zweite Übervorspannung ist.
  8. Lichtempfangsvorrichtung nach Anspruch 7, wobei die erste Übervorspannung gemäß einer Anodenspannung eingestellt wird, die von einer Anodenelektrode des lichtempfindlichen Elements im ersten Pixel empfangen wird.
  9. Lichtempfangsvorrichtung nach Anspruch 8, ferner aufweisend: einen Umgebungslichtdetektor, der dafür konfiguriert ist, eine Umgebungslichtintensität zu detektieren, wobei die Anodenspannung gemäß der Umgebungslichtintensität eingestellt wird.
  10. Lichtempfangsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das lichtempfindliche Element eine Einzelphoton-Lawinendiode enthält.
  11. Lichtempfangsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Lichtempfangsvorrichtung dafür konfiguriert ist, in einem Fahrzeug montiert zu werden.
  12. Lichtempfangsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Prozessor dafür konfiguriert ist, einen Gewichtungsfaktor auf das von dem ersten Pixel und/oder dem zweiten Pixel abgegebene Signal als Antwort auf die erste Empfindlichkeit und/oder die zweite Empfindlichkeit anzuwenden.
  13. Lichtempfangsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Prozessor dafür konfiguriert ist, einen Abstand von der Lichtempfangsvorrichtung zu einem Objekt basierend auf der Anzahl von durch den Prozessor gezählten Signalen zu bestimmen.
  14. Lichtempfangsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Prozessor dafür konfiguriert ist, ein Objekt basierend auf der Anzahl von durch den Prozessor gezählten Signalen zu erkennen.
  15. Lichtempfangsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Prozessor dafür konfiguriert ist, eine Umgebungslichtintensität zu detektieren, wobei eine Operation des ersten Pixels und/oder des zweiten Pixels basierend auf der Umgebungslichtintensität bestimmt wird.
  16. Lichtempfangssystem, aufweisend: eine Lichtquelle, die dafür konfiguriert ist, ein Messobjekt mit Licht zu bestrahlen; und eine Lichtempfangsvorrichtung, die dafür konfiguriert ist, von dem Messobjekt reflektiertes Licht zu empfangen, wobei die Lichtempfangsvorrichtung ein Pixel-Array enthält, das eine Vielzahl von Pixeln enthält, die jeweils ein lichtempfindliches Element enthalten, das dafür konfiguriert ist, ein Signal als Antwort auf ein Detektieren zumindest eines auf das lichtempfindliche Element einfallenden Photons zu erzeugen, und die Pixel-Arrayeinheit ein erstes Pixel mit einer ersten Empfindlichkeit, um ein auf das erste Pixel einfallendes erstes Photon zu detektieren, und ein zweites Pixel mit einer zweiten Empfindlichkeit, um ein auf das zweite Pixel einfallendes zweites Photon zu detektieren, enthält, wobei die zweite Empfindlichkeit geringer als die erste Empfindlichkeit ist.
  17. Lichtempfangssystem nach Anspruch 16, wobei das lichtempfindliche Element des ersten Pixels dafür konfiguriert ist, bei einer Einfallslichtmenge zu sättigen, die geringer als eine Einfallslichtmenge ist, bei der zu sättigen das lichtempfindliche Element des zweiten Pixels konfiguriert ist.
  18. Lichtempfangssystem nach Anspruch 16, ferner aufweisend zumindest eine Spannungsquelle, wobei die zumindest eine Spannungsquelle dafür konfiguriert ist, dem ersten Pixel eine erste Übervorspannung bereitzustellen und dem zweiten Pixel eine zweite Übervorspannung bereitzustellen, wobei die erste Übervorspannung höher als die zweite Übervorspannung ist.
  19. Lichtempfangssystem nach Anspruch 18, wobei die erste Übervorspannung gemäß einer Anodenspannung eingestellt wird, die von einer Anodenelektrode des lichtempfindlichen Elements im ersten Pixel empfangen wird.
  20. Lichtempfangssystem nach Anspruch 16, wobei das lichtempfindliche Element eine Einzelphoton-Lawinendiode enthält.
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