DE112020006482T5

DE112020006482T5 - Lichtempfangsvorrichtung, entfernungsmessvorrichtung und lichtempfangsschaltung

Info

Publication number: DE112020006482T5
Application number: DE112020006482.4T
Authority: DE
Inventors: Kumiko Mahara; Osamu Ozawa; Tomohiro MATSUKAWA; Yasuhiro SHINOZUKA; Keitarou Amagawa
Original assignee: Sony Semiconductor Solutions Corp
Current assignee: Sony Semiconductor Solutions Corp
Priority date: 2020-01-10
Filing date: 2020-12-23
Publication date: 2022-12-01
Also published as: WO2021140912A1; CN114902068A; JPWO2021140912A1; US20230048083A1

Abstract

[Problem] Bereitstellen einer Lichtempfangsvorrichtung, einer Lichtempfangsschaltung und einer Entfernungsmessvorrichtung, mit denen sich eine Totzeit auf ein Minimum reduzieren lässt. [Lösung] Die Lichtempfangsvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung kann mit Folgendem versehen sein: einer Lichtempfangsschaltung, die ein Lichtempfangselement beinhaltet; einer Leistungsversorgungsschaltung, ausgelegt zum Liefern eines Leistungsversorgungspotenzials an die Lichtempfangsschaltung; und einer Steuerschaltung, ausgelegt zum Steuern des durch die Leistungsversorgungsschaltung gelieferten Leistungsversorgungspotenzials auf der Grundlage eines Signals, das die Lichtempfangsschaltung aufgrund einer Reaktion mit einem Photon ausgibt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Lichtempfangsvorrichtung, eine Entfernungsmessvorrichtung und eine Lichtempfangsschaltung.
STAND DER TECHNIK
Auf mehreren Gebieten, wie etwa In-Vehicle und Mobile, wurden Fortschritte bei Anwendungen einer Technologie zum Messen einer Entfernung zu einem Objekt auf der Grundlage einer Flugzeit (ToF: Time of Flight), bis Bestrahlungslicht von einem lichtemittierenden Element durch das Objekt reflektiert wird und zu einem Lichtempfangselement zurückkehrt, gemacht. Eine Avalanche-Fotodiode (APD) ist als Lichtempfangselement bekannt. Bei der Geiger-Modus-APD wird eine Spannung, die gleich oder höher als eine Durchbruchspannung ist, über Anschlüsse angelegt, und es tritt ein Avalanche-Phänomen aufgrund des Einfalls eines einzelnen Photons auf. Eine APD, die ein einzelnes Photon durch ein Avalanche-Phänomen multipliziert, wird als Einzelphotonen-Avalanche-Diode (SPAD: Single Photon Avalanche Diode) bezeichnet.
Bei der SPAD kann das Avalanche-Phänomen gestoppt werden, indem die Spannung an den Anschlüssen auf die Durchbruchspannung verringert wird. Das Reduzieren der Spannung an den Anschlüssen und das Stoppen des Avalanche-Phänomens wird als Quenchen bezeichnet. Wird dann die Spannung an den Anschlüssen der SPAD wieder auf eine Vorspannung aufgeladen, die gleich oder höher als die Durchbruchspannung ist, so kann das Photon erneut detektiert werden.
LISTE BEKANNTER SCHRIFTEN
PATENTDOKUMENT

Patentdokument 1: Japanische Patentanmeldung mit der Offenlegungs-Nr. 2010-091377
Patentdokument 2: Japanische Patentanmeldung mit der Offenlegungs-Nr. 2014-081254
Patentdokument 3: Japanische Patentanmeldung mit der Offenlegungs-Nr. 2018-179732
Patentdokument 4: Nationale Veröffentlichung der japanischen Patentanmeldung (Offenlegungs-)Nr. 2008-542706

KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDE PROBLEME
Vor Beginn der Entfernungsmessung mittels ToF ist es wünschenswert, eine Einstellung durchzuführen, um die Totzeit zu verkürzen, während der Photonen nicht detektiert werden können.
Daher stellt die vorliegende Offenbarung eine Lichtempfangsvorrichtung, eine Lichtempfangsschaltung und eine Entfernungsmessvorrichtung bereit, die in der Lage sind, die Totzeit auf ein Minimum zu reduzieren.
LÖSUNGEN DER PROBLEME
Eine Lichtempfangsvorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet Folgendes: eine Lichtempfangsschaltung, die ein Lichtempfangselement beinhaltet; eine Leistungsversorgungsschaltung, ausgelegt zum Liefern eines Leistungsversorgungspotenzials an die Lichtempfangsschaltung; und eine Steuerschaltung, ausgelegt zum Steuern des von der Leistungsversorgungsschaltung gelieferten Leistungsversorgungspotenzials auf der Grundlage eines Signals, das von der Lichtempfangsschaltung in einer Reaktion mit einem Photon ausgegeben wird.
Die Lichtempfangsvorrichtung kann ferner eine Lastschaltung beinhalten, die mit der Lichtempfangsschaltung verbunden ist und einen Wiederaufladestrom an das Lichtempfangselement liefert, und die Steuerschaltung kann dazu ausgelegt sein, einen Parameter, darunter der Wiederaufladestrom der Lastschaltung und/oder ein Widerstandswert der Lastschaltung, auf der Grundlage des Signals zu ändern.
Die Lichtempfangsvorrichtung kann mehrere der Lichtempfangsschaltungen beinhalten, und die Steuerschaltung kann dazu ausgelegt sein, das Leistungsversorgungspotenzial der Leistungsversorgungsschaltung und/oder den Parameter der Lastschaltung, die mit mindestens einer der Lichtempfangsschaltungen verbunden ist, auf der Grundlage des von den mehreren der Lichtempfangsschaltungen ausgegebenen Signals zu ändern.
Die Lichtempfangsvorrichtung kann ferner einen Fehlerdetektor beinhalten, ausgelegt zum Durchführen einer Fehlerbestimmung auf der Grundlage einer Wellenform des Signals, und die Steuerschaltung kann dazu ausgelegt sein, das Leistungsversorgungspotenzial der Leistungsversorgungsschaltung und/oder den Parameter der Lastschaltung, die mit mindestens einer der Lichtempfangsschaltungen verbunden ist, basierend auf der Anzahl von Fehlerbestimmungen für das von den mehreren Lichtempfangsschaltungen ausgegebene Signal zu ändern.
Mindestens eine der Lichtempfangsschaltungen kann zum Durchführen von passivem Wiederaufladen ausgelegt sein, und die Steuerschaltung kann dazu ausgelegt sein, den Wiederaufladestrom der Lichtempfangsschaltung so anzupassen, dass die Anzahl von Fehlerbestimmungen kleiner als ein erster Schwellenwert ist.
Mindestens eine der Lichtempfangsschaltungen kann zum Durchführen von aktivem Wiederaufladen ausgelegt sein, und die Steuerschaltung kann dazu ausgelegt sein, eine Zeitverzögerung, in der ein Impuls für das aktive Wiederaufladen in der Lichtempfangsschaltung erzeugt wird, auf der Grundlage der Anzahl von Fehlerbestimmungen anzupassen.
Der Fehlerdetektor kann zum Durchführen einer Fehlerbestimmung für das Signal, dessen Impulsbreite einen zweiten Schwellenwert überschreitet, und/oder das Signal, dessen Abstand zwischen Impulsen kleiner als ein dritter Schwellenwert ist, ausgelegt sein.
Die Lichtempfangsvorrichtung kann ferner eine Fehlerkorrekturschaltung beinhalten, ausgelegt zum Durchführen einer Fehlerbestimmung auf der Grundlage einer Wellenform des von der Lichtempfangsschaltung ausgegebenen Signals und Korrigieren der Wellenform des Signals, für das die Fehlerbestimmung durchgeführt wurde.
Die Fehlerkorrekturschaltung kann zum Durchführen einer Fehlerbestimmung für das Signal, dessen Impulsbreite einen zweiten Schwellenwert überschreitet, und/oder das Signal, dessen Abstand zwischen Impulsen kleiner als ein dritter Schwellenwert ist, ausgelegt sein.
Die Steuerschaltung kann dazu ausgelegt sein, das Leistungsversorgungspotenzial der Leistungsversorgungsschaltung und/oder den Parameter der Lastschaltung, die mit mindestens einer der Lichtempfangsschaltungen verbunden ist, auf der Grundlage der Anzahl von Fehlerbestimmungen für das von den mehreren der Lichtempfangsschaltungen ausgegebene Signal zu ändern.
Mindestens eine der Lichtempfangsschaltungen kann zum Durchführen von passivem Wiederaufladen ausgelegt sein, und die Steuerschaltung kann dazu ausgelegt sein, den Wiederaufladestrom der Lichtempfangsschaltung so anzupassen, dass die Anzahl von Fehlerbestimmungen kleiner als ein erster Schwellenwert ist.
Mindestens eine der Lichtempfangsschaltungen kann zum Durchführen von aktivem Wiederaufladen ausgelegt sein, und die Steuerschaltung kann dazu ausgelegt sein, eine Zeitverzögerung, in der ein Impuls für das aktive Wiederaufladen in der Lichtempfangsschaltung erzeugt wird, auf der Grundlage der Anzahl von Fehlerbestimmungen anzupassen.
Das Lichtempfangselement kann eine Avalanche-Fotodiode sein.
Eine Entfernungsmessvorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann Folgendes beinhalten: ein lichtemittierendes Element; mehrere Lichtempfangsschaltungen, die das Lichtempfangselement beinhalten; eine Leistungsversorgungsschaltung, ausgelegt zum Liefern eines Leistungsversorgungspotenzials an die mehreren Lichtempfangsschaltungen; und eine Steuerschaltung, ausgelegt zum Steuern des Leistungsversorgungspotenzials auf der Grundlage eines von den mehreren Lichtempfangsschaltungen ausgegebenen Signals in einer Reaktion mit einem Photon während einer Periode, in der das lichtemittierende Element kein Licht emittiert.
Die Lichtempfangsvorrichtung kann ferner mehrere Lastschaltungen beinhalten, die mit jeder der Lichtempfangsschaltungen verbunden sind und einen Wiederaufladestrom an das Lichtempfangselement liefern, und die Steuerschaltung kann dazu ausgelegt sein, einen Widerstandswert und/oder den Wiederaufladestrom der mehreren Lastschaltungen auf der Grundlage des Signals zu steuern.
Die Steuerschaltung kann dazu ausgelegt sein, eine Zeitverzögerung, in der ein Impuls zum aktiven Wiederaufladen in mindestens einer der Lichtempfangsschaltungen erzeugt wird, auf der Grundlage des Signals anzupassen.
Eine Lichtempfangsschaltung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann Folgendes beinhalten: ein Lichtempfangselement; eine Stromquelle; einen Schalter, der entweder eine mit einem Referenzpotenzial verbundene erste Kontaktseite oder eine mit dem Lichtempfangselement verbundene zweite Kontaktseite einschalten kann; eine Stromspiegelschaltung, ausgelegt zum Liefern, von einer Ausgangsseite, eines zweiten Stroms, der durch Spiegeln eines zwischen dem Referenzpotenzial und der Stromquelle fließenden ersten Stroms erhalten wird; und einen Transistor mit einer ersten Signalelektrode, die mit dem Referenzpotenzial verbunden ist, einer zweiten Signalelektrode, die mit dem Lichtempfangselement und der Ausgangsseite der Stromspiegelschaltung verbunden ist, und einer Steuerelektrode, die mit dem Schalter verbunden ist.
Die Lichtempfangsschaltung kann mehrere des Schalters und des Transistors umfassen und kann so ausgelegt sein, dass ein dritter Strom, der durch Multiplizieren des ersten Stroms mit N (N ist eine positive ganze Zahl) erhalten wird, als Reaktion auf ein Schalten des Schalters an das Lichtempfangselement geliefert wird.
Die Lichtempfangsschaltung kann ferner eine Ausleseschaltung beinhalten, ausgelegt zum Erzeugen eines Impulses, wenn das Lichtempfangselement mit einem Photon reagiert.
Eine Lichtempfangsschaltung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann Folgendes beinhalten: ein Lichtempfangselement; mehrere Widerstände, die zwischen einem Referenzpotenzial und dem Lichtempfangselement parallel geschaltet sind; mehrere Schalter, die jeweils mit dem Widerstand in Reihe geschaltet sind; und eine Ausleseschaltung, ausgelegt zum Erzeugen eines Impulses, wenn das Lichtempfangselement mit einem Photon reagiert, und kann so ausgelegt sein, dass ein an das Lichtempfangselement gelieferter Strom gemäß einem Schalten der Schalter angepasst wird.
Figurenliste

1 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer Lichtempfangsvorrichtung veranschaulicht.
2 ist ein Diagramm, das schematisch ein Beispiel einer Entfernungsmessung unter Verwendung der Lichtempfangsvorrichtung veranschaulicht.
3 ist ein Schaltbild, das ein Beispiel einer Lichtempfangsschaltung veranschaulicht, die passives Wiederaufladen durchführt.
4 ist ein Graph, der ein Beispiel einer Spannungswellenform in der Lichtempfangsschaltung von 4 veranschaulicht.
5 ist ein Schaltbild, das ein Beispiel einer Lichtempfangsschaltung veranschaulicht, die aktives Wiederaufladen durchführt.
6 ist ein Graph, der ein Beispiel einer Spannungswellenform in der Lichtempfangsschaltung von 5 veranschaulicht.
7 ist ein Schaltbild, das ein Beispiel einer Konfiguration eines Impulsgenerators veranschaulicht.
8 ist ein Diagramm, das schematisch ein Beispiel der Lichtempfangsvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
9 ist ein Graph, der ein Beispiel einer Fehlerbestimmung durch einen Fehlerdetektor veranschaulicht.
10 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel einer Verarbeitung in der Lichtempfangsvorrichtung oder einer Entfernungsmessvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
11 ist eine Tabelle, die ein Beispiel von Einstellungen und der Anzahl von Fehlerbestimmungen in der Lichtempfangsvorrichtung oder der Entfernungsmessvorrichtung veranschaulicht.
12 ist ein Schaltbild, das ein Beispiel einer Lastschaltung veranschaulicht, deren Widerstandswert angepasst werden kann.
13 ist ein Schaltbild, das ein Beispiel einer Lastschaltung veranschaulicht, deren Stromwert angepasst werden kann.
14 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel einer Verarbeitung zum Bestimmen einer Einstellung einer Lastschaltung veranschaulicht.
15 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel einer Verarbeitung zum Bestimmen einer Einstellung einer Leistungsversorgungsschaltung veranschaulicht.
16 ist eine Tabelle, die ein Beispiel eines Leistungsversorgungspotenzials und der Anzahl von Fehlerbestimmungen veranschaulicht.
17 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer Entfernungsmessvorrichtung gemäß Modifikation 2 veranschaulicht.
18 ist ein Graph, der ein Beispiel einer Korrekturverarbeitung einer Spannungswellenform in der Entfernungsmessvorrichtung von 17 veranschaulicht.
19 ist ein Graph, der ein Beispiel einer Korrekturverarbeitung einer Spannungswellenform in der Entfernungsmessvorrichtung von 17 veranschaulicht.
20 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer Entfernungsmessvorrichtung gemäß Modifikation 3 veranschaulicht.
21 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer Lichtempfangsvorrichtung gemäß Modifikation 4 veranschaulicht.
22 ist ein Schaltbild, das ein Beispiel einer Schaltung gemäß Modifikation 5 veranschaulicht.
23 ist ein Schaltbild, das ein Beispiel einer Schaltung gemäß Modifikation 6 veranschaulicht.
24 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer schematischen Konfiguration eines Fahrzeugsteuersystems veranschaulicht.
25 ist ein erklärendes Diagramm, das ein Beispiel von Installationspositionen eines Fahrzeugaußenbereichsinformationsdetektionsteils und einer Bildgebungseinheit zeigt.

AUSFÜHRUNGSWEISE DER ERFINDUNG
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen ausführlich beschrieben. Es sei angemerkt, dass in der vorliegenden Beschreibung und den Zeichnungen den Bestandteilen mit im Wesentlichen der gleichen funktionalen Konfiguration die gleichen Bezugszeichen gegeben werden und redundante Erläuterungen weggelassen werden.
Das Blockdiagramm von 1 veranschaulicht ein Beispiel einer Lichtempfangsvorrichtung. Ferner veranschaulicht 2 schematisch ein Beispiel einer Entfernungsmessung unter Verwendung der Lichtempfangsvorrichtung. Eine Lichtempfangsvorrichtung 200 von 1 beinhaltet eine Kommunikationsschaltung 210, eine Steuerschaltung 220, eine SPAD-Steuerung 221, ein SPAD-Array 240, einen Schaltungsblock 241, eine Verarbeitungsschaltung 230, eine Übertragungsschaltung 211, eine PLL 250, einen Taktgenerator 251, eine Stromquelle 252, einen Temperatursensor 253, eine Triggerschaltung 254 und eine Leistungsversorgungsschaltung 256. Die Verarbeitungsschaltung 230 beinhaltet einen Histogrammgenerator 232 und eine Entfernungsberechnungseinheit 233 als interne Komponenten. Außerdem ist die Lichtempfangsvorrichtung 200 in 2 über einen Anschluss T_OUT mit einem lichtemittierenden Element 255 verbunden.
Die Kommunikationsschaltung 210 und die Übertragungsschaltung 211 kommunizieren mit einer externen Schaltung. Die Steuerschaltung 220 steuert jede Komponente der Lichtempfangsvorrichtung 200. Das SPAD-Array 240 entspricht einer Detektionseinheit 1 in 2. In dem SPAD-Array 240 sind beispielsweise mehrere SPADs und eine jeder SPAD entsprechende Lichtempfangsschaltung montiert. Das SPAD-Array beinhaltet mehrere Einzelphotonen-Avalanche-Dioden (SPADs). Die Lichtempfangsschaltung ist dazu ausgelegt, einen Impuls an eine nachfolgende Schaltung auszugeben, wenn die SPAD mit einem Photon reagiert. Darüber hinaus beinhaltet die Lichtempfangsschaltung eine Schaltung, die die SPAD quencht und Wiederaufladen durchführt. Die SPAD-Steuerung 221 steuert die Lichtempfangsschaltung. Die SPAD-Steuerung 221 führt zum Beispiel ein Schalten eines Schalters in der Lichtempfangsschaltung, eine Steuerung eines Stromwerts und eine Steuerung eines Impulserzeugungszeittimings durch.
Der Schaltungsblock 241 beinhaltet beispielsweise einen Abtaster, der mit einer nachfolgenden Stufe jeder Lichtempfangsschaltung verbunden ist. Der Abtaster wird auch als Puffer bezeichnet und digitalisiert ein von der Lichtempfangsschaltung eingegebenes Signal. Das Weiteren kann der Schaltungsblock 241 einen Fehlerdetektor und eine Fehlerkorrekturschaltung beinhalten. Details des Fehlerdetektors und der Fehlerkorrekturschaltung werden später beschrieben. Die Triggerschaltung 254 steuert das Lichtemissionstiming des lichtemittierenden Elements 255.
Der Histogrammgenerator 232 tastet den Spannungspegel des digitalisierten Ausgangssignals jeder Lichtempfangsschaltung ab und erzeugt ein Histogramm. Der Histogrammgenerator 232 kann die Abtastoperation mehrere Male wiederholen, um ein Histogramm zu erzeugen. Durch mehrmaliges Durchführen der Abtastoperation ist es möglich, reflektiertes Licht rl von Licht, das von dem lichtemittierenden Element emittiert wird, von anderem Licht zu unterscheiden. Der Histogrammgenerator 232 kann eine Operation, wie etwa eine Mittelung von Messergebnissen, über mehrere Male durchführen, wenn er das Histogramm erzeugt. Die Entfernungsberechnungseinheit 233 berechnet die Entfernung zwischen der Lichtempfangsvorrichtung 200 und dem Objekt auf der Grundlage von von der Triggerschaltung 254 übertragenen Informationen bezüglich eines Bestrahlungszeitpunkts t0 des Lichts und des Spitzenzeitpunkts t1 des Histogramms. Wenn beispielsweise eine Lichtgeschwindigkeit c ist, lässt sich eine Entfernung zwischen der Lichtempfangsvorrichtung 200 und einem Objekt OBJ durch eine Gleichung L = c/2 (t1-t0) erhalten. In der Gleichung entspricht t1 - t0 einer Flugzeit. Die Übertragungsschaltung 211 kann verwendet werden, um Informationen einschließlich der berechneten Entfernung an eine externe Schaltung zu übertragen. Eine Vorrichtung mit einer Funktion zum Berechnen einer Entfernung zu einem Objekt, wie etwa die Lichtempfangsvorrichtung 200, wird als Entfernungsmessvorrichtung bezeichnet.
Die Leistungsversorgungsschaltung 256 ist eine Schaltung, die ein Leistungsversorgungspotenzial Vdd an eine Lichtempfangsschaltung liefert, die als ein Pixel in dem SPAD-Array 240 montiert ist. Als Lichtempfangsschaltung in dem SPAD-Array 240 kann jede der in den obigen Schaltbildern beschriebenen Schaltungen verwendet werden. Das heißt, die Leistungsversorgungsschaltung 256 ist elektrisch mit einer Signalleitung des Leistungsversorgungspotenzials Vdd in einem später beschriebenen Schaltbild verbunden. Außerdem ist die Leistungsversorgungsschaltung 256 über eine Steuersignalleitung mit der SPAD-Steuerung 221 verbunden. Die SPAD-Steuerung 221 kann den Wert des Leistungsversorgungspotenzials Vdd ändern, indem sie ein Steuersignal an die Leistungsversorgungsschaltung 256 überträgt.
Die Leistungsversorgungsschaltung 256 kann durch eine andere Komponente als die SPAD-Steuerung 221 gesteuert werden. Beispielsweise kann die Steuerschaltung 220, die die Wiederauflademethode in der Lichtempfangsschaltung bestimmt, die Leistungsversorgungsschaltung 256 direkt steuern.
Beispielsweise können die Komponenten der Verarbeitungsschaltung 230 einschließlich des Histogrammgenerators 232 und der Entfernungsberechnungseinheit 233 durch eine Hardwareschaltung, wie etwa ein feldprogrammierbares Gate-Array (FPGA) oder eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), implementiert werden. Die Funktion der Verarbeitungsschaltung 230 kann jedoch durch eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) und ein auf der CPU ausgeführtes Programm implementiert werden. In diesem Fall kann die Verarbeitungsschaltung 230 einen Arbeitsspeicher oder einen Speicher umfassen, der ein Programm und Daten speichert, die zum Ausführen des Programms erforderlich sind.
Es sei angemerkt, dass die Lichtempfangsvorrichtung 200 in 1 lediglich ein Beispiel der Konfiguration der Lichtempfangsvorrichtung ist. Dementsprechend kann sich die Konfiguration der Lichtempfangsvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung von der der Lichtempfangsvorrichtung 200 unterscheiden. Die Lichtempfangsvorrichtung beinhaltet möglicherweise nicht alle Komponenten der Lichtempfangsvorrichtung 200. Beispielsweise kann in der Lichtempfangsvorrichtung mindestens eines der PLL 250, des Taktgenerators 251, der Stromquelle 252, des Temperatursensors 253, der Triggerschaltung 254 und der Kommunikationsschaltung 210 weggelassen werden. Darüber hinaus können andere Komponenten hinzugefügt oder andere Komponenten weggelassen werden.
Das Schaltbild von 3 veranschaulicht ein Beispiel einer Lichtempfangsschaltung, die zur Photonendetektion verwendet wird. Ferner veranschaulicht der Graph von 4 ein Beispiel einer Spannungswellenform in der Lichtempfangsschaltung. Die Lichtempfangsschaltung 13 in 3 beinhaltet eine Fotodiode PD, einen Transistor TR0 und einen Inverter INV. Der Transistor TR0 ist ein PMOS-Transistor. Als Fotodiode PD kann beispielsweise eine SPAD verwendet werden. Die Source des Transistors TR0 ist mit dem Leistungsversorgungspotenzial Vdd verbunden. Der Drain des Transistors TR0 ist mit der Kathode der Fotodiode PD verbunden. Eine Spannung Van wird an die Anode der Fotodiode PD angelegt. An den Anschlüssen der Fotodiode PD wird durch die Spannung Van eine Sperrspannung angelegt, die gleich oder höher als die Durchbruchspannung ist. Die Eingangsseite des Inverters INV ist mit dem Drain des Transistors TR0 und der Kathode der Fotodiode PD verbunden. Außerdem ist eine nachfolgende Schaltung, wie etwa ein Puffer, mit der Ausgangsseite des Inverters INV verbunden.
Der Transistor TR0 ist ein Beispiel eines Lastelements 90 der Lichtempfangsschaltung 13. Die Konfiguration des Lastelements kann jedoch davon abweichen. Beispielsweise kann als Lastelement ein Widerstand verwendet werden, oder es kann eine Kombination aus einem Transistor und einem Widerstand verwendet werden. Ferner kann eine Lastschaltung, die mehrere Elemente beinhaltet, mit der Position des Lastelements verbunden sein.
Wenn ein Photon in die Fotodiode PD eintritt und ein Strom, der über Anschlüsse der Fotodiode PD fließt, aufgrund einer Avalanche-Vervielfachung zunimmt, nimmt ein Kathodenpotenzial Vca gemäß einem Spannungsabfall in dem Lastelement 90 ab. Nimmt die Spannung an den Anschlüssen der Fotodiode PD auf die Durchbruchspannung ab, so endet das Avalanche-Phänomen und der über die Anschlüsse der Fotodiode PD fließende Strom nimmt ab. Als Ergebnis nimmt die Spannung an den Anschlüssen der Fotodiode PD einen Wert an, der gleich oder höher als die Durchbruchspannung ist, und Photonen können erneut detektiert werden (Vca des Graphen 60). Dagegen gibt der Inverter INV in einer Periode, in der das Kathodenpotenzial Vca gleich oder kleiner als ein Schwellenwert thi ist, einen HIGH-Impuls (positive Polarität) aus (Vp des Graphen 60). Da die Lichtempfangsschaltung 13 zum Zeitpunkt der Photonendetektion einen Impuls ausgibt, können verschiedene Prozesse wie Photonenzählung, Histogrammerzeugung und Flugzeitberechnung in einer nachfolgenden Schaltung durchgeführt werden.
Es sei angemerkt, dass die Schaltung, die die in dem Graphen 60 veranschaulichte Operation durchführt, als eine passive Wiederaufladeschaltung bezeichnet wird. Die oben beschriebene Lichtempfangsschaltung 13 ist ein Beispiel einer passiven Wiederaufladeschaltung. Als passive Wiederaufladeschaltung kann eine Schaltung mit einer anderen Konfiguration als die Lichtempfangsschaltung 13 verwendet werden. Beispielsweise kann eine Schaltung verwendet werden, deren Polarität umgekehrt ist. Außerdem kann eine Schaltung verwendet werden, bei der ein weiteres Element zu der Lichtempfangsschaltung 13 hinzugefügt ist. Wird die passive Wiederaufladeschaltung verwendet, so kann der Leistungsverbrauch gering gehalten werden.
Während einer Periode von der Reaktion der Fotodiode PD mit dem Photon bis zum Stoppen (Quenchen) des Avalanche-Phänomens und Wiederaufladen der Spannung an den Anschlüssen der Fotodiode PD auf gleich oder höher als die Durchbruchspannung kann die Fotodiode PD keine Photonen erfassen. Diese Periode wird als Totzeit bezeichnet. Ist der von dem Lastelement 90 gelieferte Strom unzureichend, so wird eine Zeit tup, bis die in dem Graphen 60 veranschaulichte Spannung Vca ansteigt, lang, und die Totzeit wird lang. Ein Strom, der von dem Lastelement oder der Lastschaltung geliefert wird, um den Spannungspegel des Anschlusses des Lichtempfangselements (beispielsweise der Fotodiode PD) zurückzusetzen, wird als Wiederaufladestrom bezeichnet. In einem Fall, in dem eine passive Wiederaufladeschaltung als Lichtempfangsschaltung verwendet wird, ist es bevorzugt, den Wiederaufladestrom der Lichtempfangsschaltung vor Beginn einer Verarbeitung, wie etwa einer Entfernungsmessung, derart einzustellen, dass die Totzeit auf ein Minimum reduziert wird. Beispielsweise ist es bei der Kalibrierungsverarbeitung, die zum Zeitpunkt des Werksversands, der Erstinbetriebnahme oder des Initialisierungsvorgangs der Entfernungsmessvorrichtung durchgeführt wird, möglich, den Wiederaufladestrom in der Lichtempfangsschaltung (Pixel) in dem SPAD-Array 240 zu bestimmen, die Totzeit auf ein Minimum zu reduzieren und die Entfernungsmessleistungsfähigkeit zu verbessern.
Es sei angemerkt, dass in der passiven Wiederaufladeschaltung, wenn der Wiederaufladestrom zu groß ist, die Spannung an den Anschlüssen der Fotodiode PD nicht auf die Durchbruchspannung abnimmt, sodass kein Quenchen durchgeführt werden kann (Vca in dem Graphen 61). Da zu diesem Zeitpunkt die Ausgangsspannung des Inverters INV gleich bleibt, ist es schwierig, Photonen zu detektieren. Um die Entfernungsmessleistungsfähigkeit zu verbessern, ist es daher wünschenswert, die Wahrscheinlichkeit des Auftretens einer Blockierung der Ausgangsspannung zu unterdrücken, ohne einen übermäßigen Wiederaufladestrom an das Lichtempfangselement zu liefern.
Das Schaltbild von 5 veranschaulicht ein Beispiel einer Schaltung gemäß der vorliegenden Offenbarung. Eine Lichtempfangsschaltung 10 in 5 beinhaltet eine Fotodiode PD, einen Schalter SW1, einen Transistor TR0, einen Transistor TR1, einen Schalter SW2, einen Transistor TR2, einen Schalter SW3, einen Inverter INV und einen Impulsgenerator PG. Der Transistor TR0, der Transistor TR1 und der Transistor TR2 sind alle PMOS-Transistoren. Als Fotodiode PD kann beispielsweise eine SPAD verwendet werden.
Der Schalter SW1, der Schalter SW2 und der Schalter SW3 sind beispielsweise durch MOS-Transistoren implementiert. Beispielsweise kann das Gate jedes MOS-Transistors mit der SPAD-Steuerung 221 verbunden sein. In diesem Fall schaltet die SPAD-Steuerung 221 den Schalter ein/aus, indem sie die an das Gate jedes MOS-Transistors angelegte Spannung steuert. Es sei angemerkt, dass das Gate des Transistors TR0 mit der SPAD-Steuerung 221 verbunden sein kann. In diesem Fall kann die SPAD-Steuerung 221 die an das Gate des Transistors TR0 angelegte Spannung steuern, um den Widerstandswert zwischen der Source und dem Drain des Transistors TR0 anzupassen. Es sei angemerkt, dass die Steuerschaltung 220 die oben beschriebene Steuerung anstelle der SPAD-Steuerung 221 durchführen kann.
Die Source des Transistors TR0 ist mit dem Leistungsversorgungspotenzial Vdd verbunden. Der Schalter SW1 ist zwischen den Drain des Transistors TR0 und die Kathode der Fotodiode PD geschaltet. Eine Spannung Van wird an die Anode der Fotodiode PD angelegt. Der Wert der Spannung Van kann so bestimmt werden, dass eine Sperrspannung, die gleich oder höher als die Durchbruchspannung ist, an den Anschlüssen der Fotodiode PD angelegt wird. Ein Eingangsanschluss des Inverters INV ist über eine Signalleitung Lin mit einer Kathode der Fotodiode PD und dem Schalter SW1 verbunden.
Die Source des Transistors TR1 und die Source des Transistors TR2 sind beide mit dem Leistungsversorgungspotenzial Vdd verbunden. Der Schalter SW2 ist zwischen den Drain des Transistors TR1 und die Signalleitung Lin geschaltet. Dagegen ist der Schalter SW3 zwischen den Drain des Transistors TR2 und die Signalleitung Lin geschaltet. Der Ausgangsanschluss des Inverters INV ist über eine Signalleitung Lout mit dem Gate des Transistors TR2 und dem Eingangsanschluss des Impulsgenerators PG verbunden. Der Ausgangsanschluss des Impulsgenerators PG ist mit dem Gate des Transistors TR1 verbunden.
In der Lichtempfangsschaltung 10 kann die Methode zum Wiederaufladen der Fotodiode PD gemäß der Schaltereinstellung umgeschaltet werden. Wenn der Schalter SW1 ausgeschaltet ist und der Schalter SW2 und der Schalter SW3 eingeschaltet sind, kann bewirkt werden, dass die Lichtempfangsschaltung 10 aktives Wiederaufladen durchführt. In der in 5 veranschaulichten Lichtempfangsschaltung 10 ist ein Schalter zum Durchführen von aktivem Wiederaufladen gesetzt. Außerdem kann, wenn der Schalter SW1 eingeschaltet ist und der Schalter SW2 und der Schalter SW3 ausgeschaltet sind, bewirkt werden, dass die Lichtempfangsschaltung 10 passives Wiederaufladen durchführt. In diesem Fall arbeitet die Lichtempfangsschaltung 10 ähnlich wie die Lichtempfangsschaltung 13 (passive Wiederaufladeschaltung) in 3. Zudem kann, wenn der Schalter SW1 und der Schalter SW2 eingeschaltet sind, bewirkt werden, dass die Lichtempfangsschaltung 10 sowohl das aktive Wiederaufladen als auch das aktive Wiederaufladen durchführt. In diesem Fall kann der Schalter SW3 EIN oder AUS sein.
Der Graph von 6 veranschaulicht ein Beispiel einer Spannungswellenform in der Lichtempfangsschaltung 10. Ein Graph 63 in 6 entspricht einer Spannungswellenform in einem Fall, in dem aktives Wiederaufladen durch die Lichtempfangsschaltung 10 durchgeführt wird. Es sei angemerkt, dass Vg in dem Graphen 63 die Gate-Spannung des Transistors TR1 angibt. In jedem Graphen stellt die horizontale Achse die Zeit dar.
Es wird ein Betrieb beschrieben, wenn bewirkt wird, dass die Lichtempfangsschaltung 10 aktives Wiederaufladen durchführt (wenn der Schalter gesetzt ist st1). Wenn ein Photon in die Fotodiode PD eintritt und ein Strom, der über Anschlüsse der Fotodiode PD fließt, aufgrund einer Avalanche-Vervielfachung zunimmt, nimmt ein Kathodenpotenzial Vca gemäß einem Spannungsabfall an Source/Drain des Transistors TR1 und des Transistors TR2 ab. Nimmt die Spannung an den Anschlüssen der Fotodiode PD auf die Durchbruchspannung ab, so endet (quencht) das Avalanche-Phänomen ähnlich wie in dem Fall, in dem passives Wiederaufladen durchgeführt wird.
Der Inverter INV gibt einen HIGH-Impuls (positive Polarität) in einer Periode aus, in der die Spannung der Signalleitung Lin gleich oder kleiner als ein Schwellenwert thi ist (Vp des Graphen 64). Eine Messschaltung 30 in der nachfolgenden Stufe kann verschiedene Arten von Verarbeitung auf der Grundlage des Impulses durchführen. Da die Spannung der Signalleitung Lin LOW wird, wird die Spannung der Signalleitung Lout an der Ausgangsseite des Inverters INV HIGH. Wird ein HIGH-Signal eingegeben, so gibt der Impulsgenerator PG einen LOW-Impuls (negative Polarität) mit einer Zeitverzögerung td aus. Dementsprechend wird eine LOW-Spannung an das Gate des Transistors TR1 angelegt und die Source/der Drain des Transistors TR1 wird eingeschaltet. In Vg des Graphen 64 wird der LOW-Impuls über die Periode tr ausgegeben. Als Ergebnis wird das Kathodenpotenzial Vca durch das Leistungsversorgungspotenzial Vdd vergrößert und Photonen können wieder durch die Fotodiode PD detektiert werden.
Wird die Spannung der Signalleitung Lin durch Wiederaufladen HOCH wird, so wird die Spannung der Signalleitung Lout an der Ausgangsseite des Inverters INV LOW. Zu diesem Zeitpunkt wird eine LOW-Spannung an das Gate des Transistors TR2 angelegt und die Source/der Drain des Transistors TR2 wird eingeschaltet. Auf diese Weise hält der Transistor TR2 den Zustand des Transistors TR1 fest. Der Transistor TR2 kann die Erzeugung eines Durchgangsstroms unterdrücken und verhindern, dass das Kathodenpotenzial Vca unbestimmt wird.
Es sei angemerkt, dass in einem Fall, in dem nicht nur der Schalter SW2 und der Schalter SW3, sondern auch der Schalter SW1 eingeschaltet ist (Schaltereinstellung st3), der Spannungsabfall an der Source und dem Drain des Transistors TR0 weiter zum Quenchen des Transistors TR0 der Fotodiode PD beiträgt. Nimmt der zwischen den Anschlüssen der Fotodiode PD fließende Strom aufgrund des Quenchens ab, so steigt die Spannung an den Anschlüssen der Fotodiode PD ähnlich wie bei der Lichtempfangsschaltung 13 in 3 an.
Wie in Graph 63 von 6 veranschaulicht, muss der Wert der Zeitverzögerung td eingestellt werden, um das aktive Wiederaufladen durchzuführen und die Totzeit der Fotodiode PD zu verkürzen. Hier bezieht sich die Zeitverzögerung td auf eine Zeitdifferenz von dem Zeitpunkt, an dem das Kathodenpotenzial Vca der Fotodiode PD gleich oder kleiner als der Schwellenwert thi wird, bis zu dem Zeitpunkt, an dem der LOW-Impuls von dem Impulsgenerator PG ausgegeben wird. Ein Graph 64 von 6 veranschaulicht eine Spannungswellenform in einem Fall, in dem die Zeitverzögerung td zu kurz eingestellt ist. Ist die Zeitverzögerung td zu kurz eingestellt, so kann das Kathodenpotenzial Vca wieder abnehmen, selbst wenn ein Rücksetzimpuls von dem Impulsgenerator PG ausgegeben wird. Das Kathodenpotenzial Vca liegt unter dem Schwellenwert thi, und der Impulsgenerator PG erzeugt in kurzer Zeit mehrere Impulse. Daher tritt bei dem Kathodenpotenzial Vca Pendeln auf, und es kann keine Photonendetektion unter Verwendung der Lichtempfangsschaltung 10 durchgeführt werden. Um die Entfernungsmessleistungsfähigkeit zu verbessern, ist es wünschenswert, einen ausreichenden Wert der Zeitverzögerung td sicherzustellen, mit der der aktive Wiederaufladeimpuls in der Lichtempfangsschaltung erzeugt wird, und das Pendeln der Spannung zu verhindern.
In einem Fall, in dem eine aktive Wiederaufladeschaltung als Lichtempfangsschaltung verwendet wird, ist es bevorzugt, die Zeitverzögerung td, mit der ein aktiver Wiederaufladeimpuls von der Lichtempfangsschaltung erzeugt wird, vor Beginn einer Verarbeitung, wie etwa einer Entfernungsmessung, derart einzustellen, dass die Totzeit auf ein Minimum reduziert wird. Beispielsweise ist es bei der Kalibrierungsverarbeitung, die zum Zeitpunkt des Werksversands, der Erstinbetriebnahme oder des Initialisierungsvorgangs der Entfernungsmessvorrichtung durchgeführt wird, möglich, die Zeitverzögerung td zu bestimmen, mit der der aktive Wiederaufladeimpuls in der Lichtempfangsschaltung (Pixel) in dem SPAD-Array 240 erzeugt wird, die Totzeit auf eine Minimum zu reduzieren und die Entfernungsmessleistungsfähigkeit zu verbessern.
In der Lichtempfangsschaltung 10 entspricht ein Abschnitt, der den Transistor TR1, den Transistor TR2, den Schalter SW2, den Schalter SW3 und den Impulsgenerator PG beinhaltet, einer aktiven Wiederaufladeschaltung 91. Ferner entspricht in der Lichtempfangsschaltung 10 ein Abschnitt, der den Transistor TR0 (Lastelement 90) und den Schalter SW1 beinhaltet, einer passiven Wiederaufladeschaltung. Die Lichtempfangsschaltung 10 ist ein Beispiel einer Lichtempfangsschaltung, die eine passive Wiederaufladeschaltung und eine aktive Wiederaufladeschaltung beinhaltet.
Es sei angemerkt, dass eine Schaltung mit einer anderen Konfiguration als der der Lichtempfangsschaltung 10 (5) verwendet werden kann. Beispielsweise kann eine Schaltung verwendet werden, bei ein Element zu der Lichtempfangsschaltung 10 hinzugefügt wird. Außerdem kann eine Schaltung verwendet werden, die durch Umkehren der Polarität der Lichtempfangsschaltung 10 erhalten wird. In einem Fall, in dem eine Schaltung mit umgekehrter Polarität verwendet wird, wird der PMOS-Transistor durch einen NMOS-Transistor ersetzt. Außerdem wird, wenn die Polarität der Lichtempfangsschaltung 10 umgekehrt ist, eine positive Vorspannung an die Kathode der Fotodiode PD angelegt. Dementsprechend wird das Kathodenpotenzial der Fotodiode PD in der obigen Beschreibung durch das Anodenpotenzial ersetzt. Es sei angemerkt, dass nicht nur die Lichtempfangsschaltung 10, sondern auch andere in der vorliegenden Beschreibung beschriebene Schaltungen eine Konfiguration verwenden können, bei der die Polarität umgekehrt ist.
Das Schaltbild von 7 veranschaulicht ein Beispiel einer Konfiguration eines Impulsgenerators. Der Impulsgenerator PG von 7 beinhaltet ein Flipflop FP und einen Inverter INV2. Das Flipflop FP ist ein D-Flipflop. Die Signalleitung Lout ist mit dem D-Anschluss des Flipflops F1 verbunden. Die Signalleitung dctr ist mit dem Taktanschluss des Flipflops F1 verbunden. Der Inverter INV2 ist zwischen den Q-Anschluss des Flipflops F1 und das Gate des Transistors TR1 geschaltet.
In dem Impulsgenerator PG von 7 kann durch Steuern des an die Signalleitung dctr gelieferten Taktsignals die Zeitverzögerung td von dem Zeitpunkt, an dem die Spannung der Signalleitung Lout den HIGH-Pegel annimmt, bis zu dem Zeitpunkt, an dem die Spannung Vg auf den LOW-Pegel geändert wird, geändert werden. Wenn beispielsweise der Abstand der Impulse im Taktsignal erhöht wird, kann die Zeitverzögerung td erhöht werden. Außerdem kann, wenn der Abstand der Impulse in dem Taktsignal verringert wird, die Zeitverzögerung td verringert werden. Bei Verwendung des Impulsgenerators PG von 7 lässt sich die Zeitverzögerung einfach durch das von außen gelieferte Taktsignal steuern. Beispielsweise kann die SPAD-Steuerung 221 oder der Taktgenerator 251 ein Taktsignal an die Signalleitung dctr liefern.
Es sei angemerkt, dass die Schaltung von 7 lediglich ein Beispiel des Impulsgenerators PG ist. Dementsprechend kann ein Impulsgenerator mit einer anderen Konfiguration verwendet werden. Beispielsweise kann der Impulsgenerator durch eine Inverterkette implementiert werden. Außerdem kann ein Impulsgenerator implementiert werden, indem eine Verzögerungseinheit und ein logisches Operationselement kombiniert werden. Das heißt, der Impulsgenerator kann mit einer beliebigen Schaltungskonfiguration verwendet werden, solange der Impuls mit einer Zeitverzögerung nach Änderung des Pegels der Eingangsspannung an das Gate des Transistors TR1 ausgegeben werden kann.
8 veranschaulicht schematisch ein Beispiel der Lichtempfangsvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung. Eine Lichtempfangsvorrichtung 101 von 8 beinhaltet mehrere Lichtempfangsschaltungen 11, mehrere Abtaster 20, mehrere Fehlerdetektoren 21, eine Messschaltung 30 und eine Steuerschaltung 40. Die Lichtempfangsschaltung 11 beinhaltet eine SPAD und eine Lichtempfangsschaltung. Die Messschaltung 30 beinhaltet einen Histogrammgenerator 31 als interne Komponente.
Die mehreren Lichtempfangsschaltungen 11 entsprechen beispielsweise dem SPAD-Array 240 der Lichtempfangsvorrichtung 200 (1). Die mehreren Abtaster 20 und die mehreren Fehlerdetektoren 21 sind beispielsweise in dem Schaltungsblock 241 angeordnet. Die Messschaltung 30 entspricht beispielsweise der Verarbeitungsschaltung 230. Die Steuerschaltung 40 entspricht beispielsweise der Steuerschaltung 220 und der SPAD-Steuerung 221.
Jede Lichtempfangsschaltung 11 ist über eine Signalleitung l_rd mit dem Abtaster 20 in der nachfolgenden Stufe verbunden. Der Abtaster wird auch als Puffer bezeichnet und digitalisiert ein von der Lichtempfangsschaltung eingegebenes Signal. Eine Ausgangsseite jedes Abtasters 20 ist mit dem Fehlerdetektor 21 verbunden. Dann ist die Messschaltung 30 mit einer nachfolgenden Stufe jedes Fehlerdetektors 21 verbunden. Die Messschaltung 30 ist mit der Steuerschaltung 40 verbunden. Die Steuerschaltung 40 ist über die Signalleitung l_ct mit jeder Lichtempfangsschaltung 11 verbunden. Es sei angemerkt, dass, obgleich in 8 mehrere Signalleitungen l_ct veranschaulicht sind, die Anzahl der Signalleitungen zur Steuerung nicht beschränkt ist. Beispielsweise kann die Steuerschaltung 40 die mehreren Lichtempfangsschaltungen 11 mit einer Signalleitung steuern. Es sei angemerkt, dass die Konfiguration der Lichtempfangsschaltung 11 nicht beschränkt ist. Beispielsweise kann die in 3 und 5 verwendete Lichtempfangsschaltung als Lichtempfangsschaltung 11 verwendet werden. Die Lichtempfangsschaltung 11 kann eine Wiederaufladeschaltung oder eine aktive Wiederaufladeschaltung sein. Darüber hinaus können Schaltungen mit unterschiedlichen Konfigurationen in den mehreren Lichtempfangsschaltungen 11 gemischt werden.
Reagiert die SPAD mit einem Photon, so gibt die Lichtempfangsschaltung 11 ein Spannungssignal an die Signalleitung l_rd aus. Der Fehlerdetektor 21 ist dazu ausgelegt, eine Fehlerdetektion auf der Grundlage des von der Lichtempfangsschaltung 11 ausgegebenen Spannungssignals durchzuführen. Außerdem digitalisiert der Abtaster 20 das von der Lichtempfangsschaltung 11 ausgegebene Spannungssignal. Der Histogrammgenerator 31 erzeugt ein Histogramm auf der Grundlage des Impulses, der in dem von jedem Abtaster eingegebenen Signal enthalten ist.
Es sei angemerkt, dass die Konfiguration der in 8 veranschaulichten Lichtempfangsvorrichtung lediglich ein Beispiel ist. Beispielsweise kann der Fehlerdetektor 21 zwischen die Lichtempfangsschaltung 11 und den Abtaster 20 geschaltet sein. Außerdem kann eine Schaltung, in der die Funktion des Abtasters 20 und die Funktion des Fehlerdetektors 21 integriert sind, zwischen jede Lichtempfangsschaltung 11 und den Eingangsanschluss der Messschaltung 30 geschaltet sein. Ferner können die mehreren Signalleitungen l_rd mit einem gemeinsamen Fehlerdetektor verbunden sein, ohne dass der Fehlerdetektor 21 für jede der Signalleitungen l_rd bereitgestellt wird. In diesem Fall ist es erforderlich, dass ein Fehlerdetektor die Fehlerbestimmung der mehreren Signalleitungen l_rd durchführt, jedoch lässt sich die erforderliche Schaltungsfläche reduzieren. Außerdem kann eine dem Fehlerdetektor 21 entsprechende Funktion auf der Seite der Messschaltung 30 montiert sein. In diesem Fall kann man sagen, dass die Messschaltung 30 die Funktion des Fehlerdetektors 21 hat.
Der Graph von 9 veranschaulicht ein Beispiel einer Fehlerdetektion durch den Fehlerdetektor 21. Der Fehlerdetektor 21 kann eine Fehlerbestimmung beispielsweise durch ein nachstehend beschriebenes Verfahren durchführen. Die Graphen 65 bis 67 von 9 veranschaulichen Wellenformen des Kathodenpotenzials Vca der Fotodiode PD und der Ausgangsspannung Vp der Lichtempfangsschaltung 11 (Inverter INV). In jedem Graphen stellt die horizontale Achse die Zeit dar.
Der Graph 65 veranschaulicht einen Fall, in dem die Fotodiode PD erneut mit einem Photon reagiert, bevor das Kathodenpotenzial Vca auf eine Spannung ansteigt, die höher als der Schwellenwert des Inverters INV ist, und die von dem Inverter INV ausgegebene Impulsbreite zu groß wird. Beispielsweise detektiert der Fehlerdetektor 21 einen Anstieg eines Impulses in dem von der Lichtempfangsschaltung 11 ausgegebenen Spannungssignal. Dann überwacht der Fehlerdetektor 21 die Impulsbreite. Der Fehlerdetektor 21 nimmt eine Fehlerbestimmung vor, falls die Impulsbreite den Schwellenwert t_h überschreitet. Beispielsweise tastet der Fehlerdetektor 21 die Spannung des Signals in einem Zyklus t_s ab und kann eine Fehlerbestimmung vornehmen, wenn die abgetastete Spannung sukzessive n_h-mal hintereinander HIGH wird. In diesem Fall können die Werte von t_s und n_h so eingestellt werden, dass die Beziehung t_h = t_s × n_h erfüllt ist. Die Fehlerbestimmung kann jedoch durch ein anderes Verfahren als dieses Verfahren durchgeführt werden.
Da in dem Graphen 66 der Wiederaufladestrom in der Lichtempfangsschaltung 11 zu groß ist, nimmt die Spannung an den Anschlüssen der Fotodiode PD nicht auf die Durchbruchspannung ab, und das Quenchen kann nicht durchgeführt werden. Daher bleibt die Ausgangsspannung der Lichtempfangsschaltung 11 gleich. Beispielsweise detektiert der Fehlerdetektor 21 einen Anstieg eines Impulses in dem von der Lichtempfangsschaltung 11 ausgegebenen Spannungssignal. Dann misst der Fehlerdetektor 21 eine Periode, während der die Ausgangsspannung der Lichtempfangsschaltung 11 HIGH ist. Der Fehlerdetektor 21 nimmt eine Fehlerbestimmung vor, wenn die Periode, während der die Ausgangsspannung der Lichtempfangsschaltung 11 HIGH ist, den Schwellenwert t_h überschreitet. In dem Beispiel des Graphen 66 kann eine Fehlerbestimmung durch ein Verfahren ähnlich dem Fall des Graphen 65 durchgeführt werden.
In dem Diagramm 67 wird nach der Reaktion mit dem Photon eine Restladung in der Fotodiode PD erzeugt. Daher reagiert die Fotodiode PD, selbst wenn die Quench- und Wiederaufladeoperationen durch die Lichtempfangsschaltung 11 durchgeführt werden, erneut mit einem Photon. Das Pendeln des Kathodenpotenzials Vca tritt aufgrund der erneuten Reaktion mit einem Photon auf. Beispielsweise führt der Fehlerdetektor 21 die Fehlerbestimmung in einem Fall durch, in dem die Periode, während der die Ausgangsspannung der Lichtempfangsschaltung 11 LOW ist, kürzer als der Schwellenwert t_1 ist, nachdem der Impuls in dem Spannungssignal der Lichtempfangsschaltung 11 abfällt. Beispielsweise tastet der Fehlerdetektor 21 die Spannung des Signals in dem Zyklus t_s ab und führt die Fehlerbestimmung durch, falls die abgetastete Spannung weniger als n_1-mal nacheinander LOW wird. In diesem Fall können die Werte von t-s und n_l derart eingestellt werden, dass die Beziehung t_l = t_s × n_l erfüllt ist. Außerdem kann die Fehlerbestimmung durch ein anderes Verfahren als dieses Verfahren durchgeführt werden.
Hier wurde die Fehlerbestimmung in einem Fall beschrieben, in dem die Lichtempfangsschaltung 11 einen Impuls mit einem HIGH-Pegel (positive Polarität) zum Zeitpunkt der Photonendetektion ausgibt. Der Fehlerdetektor 21 kann auch eine Fehlerbestimmung in einem Fall durchführen, in dem die Lichtempfangsschaltung 11 einen Impuls mit einem LOW-Pegel (negative Polarität) ausgibt. In diesem Fall reicht es aus, dass der Fehlerdetektor 21 eine Operation durchführt, bei der in der oben beschriebenen Beschreibung HIGH durch LOW ersetzt wird, LOW durch HIGH ersetzt wird, das Abfallen des Impulses durch das Ansteigen des Impulses ersetzt wird und das Ansteigen des Impulses durch das Abfallen des Impulses ersetzt wird.
In einem Fall, in dem eine Fehlerbestimmung vorgenommen wird, gibt der Fehlerdetektor 21 ein Fehlersignal an die Messschaltung 30 aus. Beispielsweise kann ein Fehlersignal unter Verwendung einer Signalleitung übertragen werden, die von einer Signalleitung getrennt ist, durch die zum Zeitpunkt der Photonendetektion ein Impuls übertragen wird. Außerdem kann ein Fehlersignal übertragen werden, indem es einer Signalleitung überlagert wird, an die zum Zeitpunkt der Photonendetektion ein Impuls übertragen wird. Der Fehlerdetektor 21 kann ein Fehlersignal ausgeben, das einen Fehlercode beinhaltet, der die Art des erfassten Fehlers angibt. Der Fehlercode kann beispielsweise Informationen beinhalten, die (1) einen übermäßig kleinen Wiederaufladestrom, (2) einen übermäßig großen Wiederaufladestrom, (3) eine übermäßig kurze Zeitverzögerung td und (4) eine übermäßig lange Zeitverzögerung td angeben. Ferner kann das Fehlersignal Informationen, die den Typ der oben beschriebenen Fehlerwellenform spezifizieren, oder Informationen bezüglich der detektierten Wellenform beinhalten.
Als Nächstes wird ein Beispiel einer Verarbeitung zum Suchen nach einer Einstellung beschrieben, die die Totzeit mittels Fehlerbestimmung basierend auf von mehreren Pixeln (Lichtempfangsschaltungen) in dem SPAD-Array 240 ausgegebenen Spannungssignalen auf ein Minimum reduziert.
Das Flussdiagramm von 10 veranschaulicht ein Beispiel einer Verarbeitung in der Lichtempfangsvorrichtung oder einer Entfernungsmessvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung. Die Verarbeitung wird nachstehend unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm von 10 beschrieben.
Zuerst wird das SPAD-Array 240 aktiviert (Schritt S101). Dann zählt die Messschaltung 30 Fehler in den mehreren Lichtempfangsschaltungen in dem SPAD-Array 240 (Schritt S102). Die Fehlerbestimmung und -detektion in Schritt S102 werden beispielsweise durch den oben beschriebenen Fehlerdetektor 21 oder die oben beschriebene Messschaltung 30 durchgeführt. In einem Fall, in dem der Fehlerdetektor 21 einen Fehler detektiert, kann die Messschaltung 30 in der nachfolgenden Stufe durch ein Fehlersignal Informationen über die Anzahl von Fehlerbestimmungen in dem SPAD-Array 240 erhalten. Hier kann die Messschaltung 30 die Anzahl von Fehlerbestimmungen für jeden Fehlercode zählen.
Beispielsweise werden Informationen, die die Anzahl von Fehlerbestimmungen in dem SPAD-Array 240 und/oder die Anzahl von Fehlerbestimmungen für jeden Fehlercode beinhalten, als Fehlerinformationen bezeichnet. Die durch die Messschaltung 30 erhaltenen Fehlerinformationen werden an die Steuerschaltung 40 (Steuerschaltung 220) übertragen. In einem Fall, in dem die das lichtemittierende Element beinhaltende Entfernungsmessvorrichtung verwendet wird, wird die Lichtemission des lichtemittierenden Elements während der Ausführungsdauer von Schritt S102 gestoppt, und der Einfluss von dem lichtemittierenden Element kann entfernt werden.
Die Steuerschaltung 40 bestimmt, ob der Fehlerzählwert innerhalb eines Referenzbereichs liegt oder nicht (Schritt S103). Beispielsweise kann die Steuerschaltung 40 bestimmen, ob die Anzahl von Fehlerbestimmungen in dem SPAD-Array 240 kleiner als ein Schwellenwert ist oder nicht. Darüber hinaus kann die Steuerschaltung 40 die Anzahl von Fehlerbestimmungen für jeden Fehlercode mit einem Schwellenwert vergleichen und bestimmen, ob der Fehlerzählwert in einem Referenzbereich liegt oder nicht. Dementsprechend kann der als Nächstes durchzuführende Anpassungsinhalt spezifiziert werden.
Die durchzuführende Verarbeitung zweigt je nach Bestimmungsergebnis in Schritt S103 ab. In einem Fall, in dem die Steuerschaltung 40 bestimmt, dass der Fehlerzählwert innerhalb des Referenzbereichs liegt (JA in Schritt S103), wird die Anpassungsverarbeitung abgeschlossen (Schritt S105). Nach Schritt S205 kann die Entfernungsmessvorrichtung die Entfernungsmessverarbeitung durch Bestrahlen des Objekts OBJ mit Licht von dem lichtemittierenden Element starten.
In einem Fall, in dem die Steuerschaltung 40 bestimmt, dass der Fehlerzählwert außerhalb des Referenzbereichs liegt (NEIN in Schritt S103), ändert die Steuerschaltung 40 den Wiederaufladestrom und/oder die Zeitverzögerung, mit der der Impuls durch den Impulsgenerator PG erzeugt wird (Schritt S104). Zu Beispielen für den Fall, in dem die Bestimmung in Schritt S103 negativ ist, gehört ein Fall, in dem die Anzahl von Fehlerbestimmungen größer als ein Schwellenwert ist, oder ein Fall, in dem die Anzahl von Fehlerbestimmungen eines spezifischen Fehlercodes größer als ein Schwellenwert ist. Der Anpassungsinhalt in Schritt S104 hängt von der Art der Lichtempfangsschaltung in dem SPAD-Array 240 ab. Beispielsweise wird in einem Fall, in dem die Lichtempfangsschaltung eine passive Wiederaufladeschaltung ist, der Wiederaufladestrom angepasst. Ferner wird in einem Fall, in dem die Lichtempfangsschaltung eine passive Wiederaufladeschaltung ist, die Zeitverzögerung td, mit der der Impuls durch den Impulsgenerator PG erzeugt wird, angepasst. Die SPAD-Steuerung 221 kann die Einstellung jeder Lichtempfangsschaltung in dem SPAD-Array 240 ändern. In diesem Fall kann die Steuerschaltung 40 der SPAD-Steuerung 221 die Adresse des Pixels (Lichtempfangsschaltung), dessen Einstellung geändert werden soll, und die Einstellungsinhalte mitteilen.
Beispielsweise kann die Steuerschaltung 40 in einem Fall, in dem bestimmt wird, dass der Betrag des Wiederaufladestroms unzureichend ist, den Wiederaufladestrom in der Lichtempfangsschaltung so anpassen, dass er größer ist. In diesem Fall kann die Steuerschaltung 40 den Widerstandswert in dem Lastelement oder der Lastschaltung so anpassen, dass er kleiner ist. Ferner kann die Steuerschaltung 40 in einem Fall, in dem bestimmt wird, dass der Wiederaufladestrom übermäßig ist, den Wiederaufladestrom in der Lichtempfangsschaltung so anpassen, dass er kleiner ist. In diesem Fall kann die Steuerschaltung 40 den Widerstandswert in dem Lastelement oder der Lastschaltung so anpassen, dass er kleiner ist.
Ferner kann die Steuerschaltung 40 in einem Fall, in dem bestimmt wird, dass die Zeitverzögerung td, mit der der Impuls durch den Impulsgenerator PG erzeugt wird, zu kurz ist, die Zeitverzögerung td so anpassen, dass sie länger ist. In einem Fall, in dem bestimmt wird, dass die Zeitverzögerung td, mit der der Impuls in dem Impulsgenerator PG erzeugt wird, zu lang ist, kann die Steuerschaltung 40 die Zeitverzögerung td so anpassen, dass sie kürzer ist.
Wenn die Verarbeitung in Schritt S104 abgeschlossen ist, wird die Verarbeitung in den Schritten S102 und S103 erneut durchgeführt. Das heißt, die Fehler in den mehreren Lichtempfangsschaltungen werden erneut gezählt, und es wird bestimmt, ob der Fehlerzählwert innerhalb des Referenzbereichs liegt oder nicht. Wenn der Fehlerzählwert innerhalb des Referenzbereichs liegt (JA in Schritt S103), wird die Anpassungsverarbeitung abgeschlossen (Schritt S105). Nach Schritt S105 kann die Entfernungsmessvorrichtung die Entfernungsmessverarbeitung durch Bestrahlen des Objekts OBJ mit Licht von dem lichtemittierenden Element starten.
Die Ausführungszeit der oben beschriebenen Verarbeitung von 10 ist nicht auf die Zeit der Kalibrierung der Vorrichtung beschränkt. Dementsprechend kann die Verarbeitung von 10 zu einer anderen Zeit als der Zeit der Kalibrierung der Vorrichtung durchgeführt werden. Beispielsweise kann die Verarbeitung von 10 durchgeführt werden, nachdem der Betrieb der Vorrichtung gestartet wurde.
Eine Tabelle T1 von 11 veranschaulicht die Anzahl von Fehlerbestimmungen bei Verwendung des Wiederaufladestroms mit dem jeweiligen Wert in der Lichtempfangsschaltung in dem SPAD-Array 240. Beispielsweise misst die Messschaltung 30 oder die Steuerschaltung 40 die Anzahl von Fehlerbestimmungen unter Verwendung unterschiedlicher Wiederaufladeströme und erzeugt die Tabelle T1. Unter Bezugnahme auf 11 nimmt die Anzahl von Fehlerbestimmungen ab, wenn der Wiederaufladestrom gering gehalten wird. Beispielsweise kann die Steuerschaltung 40 den Wiederaufladestrom auf der Grundlage eines Schwellenwerts the der Anzahl von Fehlerbestimmungen anpassen. In diesem Fall vergleicht die Steuerschaltung 40 die Anzahl von Fehlerbestimmungen e_c1 bei Verwendung eines Wiederaufladestroms i_c1 mit dem Schwellenwert the. In einem Fall, in dem z_c1 > the gilt, ändert die Steuerschaltung 40 den Wiederaufladestrom auf i_c2 (i_c1 ≠ i_c2). Die Steuerschaltung 40 kann auf der Grundlage der Informationen über den Fehlercode bestimmen, ob i_c2 größer als i_c1 oder i_c2 kleiner als i_c1 zu verwenden ist. Dann, wenn die Steuerschaltung 40 bestimmt, dass die Anzahl von Fehlerbestimmungen kleiner als der Schwellenwert ist, kann eine Entfernungsmessung unter Verwendung des Wiederaufladestroms zu diesem Zeitpunkt durchgeführt werden.
Beispielsweise kann in einem Fall, in dem Daten der Tabelle T1 in der Anpassungsverarbeitung erhalten werden, die Anzahl von Fehlerbestimmungen 3 als Schwellenwert the verwendet werden. Der Schwellenwert kann sich jedoch davon unterscheiden. Es sei angemerkt, dass die in der Tabelle von 11 enthaltenen Stromwerte lediglich Beispiele sind und den Wert des in der Lichtempfangsschaltung verwendeten Wiederaufladestroms nicht einschränken sollen.
Es sei angemerkt, dass in einem Fall, in dem die Anzahl von Fehlerbestimmungen unter Verwendung unterschiedlicher Wiederaufladeströme gemessen wird, die Messung der Anzahl von Fehlerbestimmungen von dem maximalen Wert imax des Wiederaufladestroms, der in der Lichtempfangsschaltung eingestellt werden kann, gestartet werden kann, oder die Messung der Anzahl von Fehlerbestimmungen von dem minimalen Wert imin des Wiederaufladestroms, der in der Lichtempfangsschaltung eingestellt werden kann, gestartet werden kann. Außerdem kann die Messung der Anzahl von Fehlerbestimmungen von einem Wiederaufladestrom mit einem Wert zwischen imax und imin gestartet werden. Das heißt, der Wiederaufladestrom zu Beginn der Anpassungsverarbeitung ist nicht beschränkt.
Die Steuerschaltung 40 kann die Anpassungsverarbeitung fortsetzen, nachdem die Anzahl von Fehlerbestimmungen kleiner als der Schwellenwert the wird. Beispielsweise kann in einem Fall, in dem es erwünscht ist, einen möglichst großen Wiederaufladestrom zu verwenden, um die Totzeit zu verkürzen, die Anzahl von Fehlerbestimmungen unter Verwendung eines größeren Wiederaufladestroms gezählt werden, und die Anzahl von Fehlerbestimmungen kann mit dem Schwellenwert the verglichen werden. In einem Fall, in dem die Anzahl von Fehlerbestimmungen selbst nach der Änderung des Wiederaufladestroms kleiner als der Schwellenwert the ist, kann eine Entfernungsmessung unter Verwendung eines größeren Wiederaufladestroms durchgeführt werden. Ferner kann in einem Fall, in dem es erwünscht ist, einen kleineren Wiederaufladestrom zu verwenden, um den Leistungsverbrauch gering zu halten, die Anzahl von Fehlerbestimmungen unter Verwendung eines kleineren Wiederaufladestroms gezählt werden, und die Anzahl von Fehlerbestimmungen kann mit dem Schwellenwert the verglichen werden. In einem Fall, in dem die Anzahl von Fehlerbestimmungen selbst nach der Änderung des Wiederaufladestroms kleiner als der Schwellenwert the ist, kann eine Entfernungsmessung unter Verwendung eines kleineren Wiederaufladestroms durchgeführt werden.
Eine Tabelle T2 von 11 veranschaulicht die Anzahl von Fehlerbestimmungen bei Verwendung des Wiederaufladestroms mit dem jeweiligen Wert in der Lichtempfangsschaltung in dem SPAD-Array 240. Beispielsweise misst die Messschaltung 30 oder die Steuerschaltung 40 die Anzahl von Fehlerbestimmungen unter Verwendung unterschiedlicher Zeitverzögerungen td und erzeugt die Tabelle T2. Unter Bezugnahme auf 11 wird in einem Fall, in dem der Impulsgenerator PG einen Impuls mit einer kürzeren Zeitverzögerung td erzeugt, die Anzahl von Fehlerbestimmungen verringert. Beispielsweise kann die Steuerschaltung 40 die Zeitverzögerung td auf der Grundlage eines Schwellenwerts the der Anzahl von Fehlerbestimmungen anpassen. In diesem Fall vergleicht die Steuerschaltung 40 die Anzahl von Fehlerbestimmungen e_d1 bei Verwendung einer Zeitverzögerung td₁ mit dem Schwellenwert the. In einem Fall, in dem z_d1 > the gilt, ändert die Steuerschaltung 40 die Zeitverzögerung auf td₂ (td₁ ≠ td₂). Die Steuerschaltung 40 kann auf der Grundlage der Informationen über den Fehlercode bestimmen, ob td₂ größer als td₁ oder td₂ kleiner als td₁ zu verwenden ist. Dann, wenn die Steuerschaltung 40 bestimmt, dass die Anzahl von Fehlerbestimmungen kleiner als der Schwellenwert ist, ist es möglich, einen aktiven Wiederaufladeimpuls mit einer Zeitverzögerung zu diesem Zeitpunkt zu erzeugen und eine Entfernungsmessung durchzuführen.
Beispielsweise kann in einem Fall, in dem Daten der Tabelle T2 in der Anpassungsverarbeitung erhalten werden, die Anzahl von Fehlerbestimmungen 3 als Schwellenwert the verwendet werden. Der Schwellenwert kann sich jedoch davon unterscheiden. Es sei angemerkt, dass der in der Tabelle von 11 enthaltene Wert der Zeitverzögerung lediglich ein Beispiel ist und den Wert der Zeitverzögerung, mit der der Impuls erzeugt wird, nicht beschränken soll.
Es sei angemerkt, dass in einem Fall, in dem die Anzahl von Fehlerbestimmungen unter Verwendung unterschiedlicher Wiederaufladeströme gemessen wird, die Messung der Anzahl von Fehlerbestimmungen von dem minimalen wert td_min der Zeitverzögerung, der in dem Impulsgenerator PG eingestellt werden kann, gestartet werden kann, oder die Messung der Anzahl der Fehlerbestimmungen von dem minimalen Wert td_max der Zeitverzögerung, der in dem Impulsgenerator PG eingestellt werden kann, gestartet werden kann. Außerdem kann die Messung der Anzahl von Fehlerbestimmungen von einem Zeitverzögerungswert eines Werts zwischen td_min und td_max gestartet werden. Das heißt, die Zeitverzögerung zu Beginn der Anpassungsverarbeitung ist nicht beschränkt.
Die Steuerschaltung 40 kann die Anpassungsverarbeitung fortsetzen, nachdem die Anzahl von Fehlerbestimmungen kleiner als der Schwellenwert the wird. Beispielsweise kann in einem Fall, in dem es erwünscht ist, eine möglichst kurze Zeitverzögerung zu verwenden, um die Totzeit zu verkürzen, die Anzahl von Fehlerbestimmungen unter Verwendung einer kürzeren Zeitverzögerung gezählt werden, und die Anzahl von Fehlerbestimmungen kann mit dem Schwellenwert the verglichen werden. In einem Fall, in dem die Anzahl von Fehlerbestimmungen selbst nach der Änderung zu der kürzeren Zeitverzögerung kleiner als der Schwellenwert the ist, kann eine Entfernungsmessung unter Verwendung einer weiteren kleineren Zeitverzögerung durchgeführt werden. Ferner kann in einem Fall, in dem es erwünscht ist, eine möglichst lange Zeitverzögerung zu verwenden, um den Leistungsverbrauch gering zu halten, die Anzahl von Fehlerbestimmungen unter Verwendung einer längeren Zeitverzögerung gezählt werden, und die Anzahl von Fehlerbestimmungen kann mit dem Schwellenwert the verglichen werden. In einem Fall, in dem die Anzahl von Fehlerbestimmungen selbst nach der Änderung der Zeitverzögerung kleiner als der Schwellenwert the ist, kann eine Entfernungsmessung unter Verwendung einer weiteren längeren Zeitverzögerung durchgeführt werden.
Als Nächstes wird ein Beispiel einer Lastschaltung beschrieben, die in der Lichtempfangsvorrichtung, der Entfernungsmessvorrichtung und der Lichtempfangsschaltung gemäß der vorliegenden Offenbarung verwendet werden kann.
3 und 5 veranschaulichen Beispiele der Lichtempfangsschaltung, in denen der Transistor TR0 als Lastelement 90 verwendet wird, das den Wiederaufladestrom steuert. Um jedoch den Wiederaufladestrom mit höherer Genauigkeit zu steuern, kann anstelle des Lastelements 90 eine Lastschaltung verwendet werden, die mehrere Elemente beinhaltet. Ein Beispiel einer Lastschaltung, die in der Lage ist, einen Widerstandswert oder einen Wiederaufladestrom zu steuern, wird nachstehend beschrieben.
Das Schaltbild von 12 veranschaulicht ein Beispiel einer Lastschaltung, deren Widerstandswert angepasst werden kann. 12 veranschaulicht eine Lastschaltung 90A, die mit der Lichtempfangsschaltung verbunden ist. Die Lastschaltung 90A ist über einen Schalter SW1 mit einer Kathode einer Fotodiode PD und einer Signalleitung Lin verbunden. Beispielsweise kann der Transistor TR0 in den Schaltbildern von 3 und 5 durch die Lastschaltung 90A ersetzt werden. Der Schalter SW1 ist ein Schalter zum Freigeben/Sperren des passiven Wiederaufladens. In einem Fall, in dem das passive Wiederaufladen in der Lichtempfangsschaltung nicht gesperrt ist, kann der Schalter SW1 weggelassen werden, und die Lastschaltung 90A kann direkt mit der Kathode der Fotodiode PD und der Signalleitung Lin verbunden sein.
Die Lastschaltung 90A beinhaltet mehrere Paare von Widerständen und Schaltern, die in Reihe geschaltet sind. Ein Widerstand R1 ist mit einem gepaarten Schalter s1 in Reihe geschaltet. Außerdem ist ein Widerstand R2 mit einem gepaarten Schalter s2 in Reihe geschaltet. Ein Widerstand R3 ist mit einem gepaarten Schalter s3 in Reihe geschaltet. Ein Widerstand R4 ist gleichermaßen mit einem gepaarten Schalter s4 in Reihe geschaltet. Die Lastschaltung 90A von 12 beinhaltet vier Paare aus Widerständen und Schaltern. Die Anzahl der in der Lastschaltung enthaltenen Paare aus Widerständen und Schaltern kann jedoch davon abweichen. Beispielsweise kann eine Lastschaltung verwendet werden, bei der die Anzahl der Widerstand/Schalter-Paare eine beliebige ganze Zahl gleich oder größer als zwei beträgt. Außerdem sind der Widerstand und der Schalter als Paar parallel zueinander geschaltet. Ein Leistungsversorgungspotenzial Vdd wird an einen Endpunkt gegenüber der Fotodiode PD jedes Paares angelegt.
Es wird angenommen, dass die Schalter s1 bis s4 in der Lastschaltung 90A durch eine Schaltung geschaltet werden, die das SPAD-Array 240 steuert. Beispielsweise werden die Schalter s1 bis s4 durch mindestens eine der Steuerschaltung 40, der Steuerschaltung 220, der SPAD-Steuerung 221 und der externen Verarbeitungsschaltung 300 ein-/ausgeschaltet. Die Schalter s1 bis s4 sind beispielsweise durch MOS-Transistoren implementiert. Jedoch ist ein Montageverfahren der Schalter s1 bis s4 nicht beschränkt.
In der Lastschaltung 90A kann der Widerstandswert gemäß der Anzahl einzuschaltender Schalter angepasst werden. Wird die Anzahl der einzuschaltenden Schalter erhöht, so wird die Anzahl der parallel geschalteten Widerstände erhöht, sodass der Widerstandswert der Lastschaltung 90A abnimmt. Beispielsweise wird angenommen, dass die Widerstandswerte der Widerstände R1 bis R4 gleich sind. Sind zwei Schalter eingeschaltet, so wird in diesem Fall der Widerstandswert der Lastschaltung 90A 1/2 verglichen mit einem Fall, in dem ein Schalter eingeschaltet ist. Ähnlich dazu wird, wenn drei Schalter eingeschaltet sind, der Widerstandswert der Lastschaltung 90A 1/3 verglichen mit einem Fall, in dem ein Schalter eingeschaltet ist. Darüber hinaus wird, wenn vier Schalter eingeschaltet sind, der Widerstandswert der Lastschaltung 90A 1/4 verglichen mit einem Fall, in dem ein Schalter eingeschaltet ist.
Es sei angemerkt, dass die Widerstandswerte der mehreren Widerstände der Lastschaltung nicht notwendigerweise gleich sein müssen. Dementsprechend kann die Lastschaltung Widerstände mit unterschiedlichen Widerstandswerten beinhalten.
In einem Fall, in dem das gleiche Leistungsversorgungspotenzial Vdd verwendet wird, verringert ein Erhöhen des Widerstandswerts der Lastschaltung 90A den Wiederaufladestrom. Darüber hinaus kann der Wiederaufladestrom erhöht werden, wenn der Widerstandswert der Lastschaltung 90A verringert wird. Wie oben beschrieben, kann in der Lichtempfangsvorrichtung, der Lichtempfangsschaltung und der Entfernungsmessvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung der Wiederaufladestrom angepasst werden, indem die Anzahl von Schaltern, die in der Lastschaltung 90A einzuschalten sind, geändert wird. Wird die Lastschaltung 90A verwendet, so lässt sich der Wiederaufladestrom mit hoher Genauigkeit anpassen.
Wie in dem Beispiel von 12 gezeigt, kann die Lichtempfangsschaltung gemäß der vorliegenden Offenbarung Folgendes beinhalten: ein Lichtempfangselement; mehrere Widerstände, die zwischen einem Referenzpotenzial und dem Lichtempfangselement parallel geschaltet sind; mehrere Schalter, die jeweils mit dem Widerstand in Reihe geschaltet sind; und eine Ausleseschaltung, ausgelegt zum Erzeugen eines Impulses, wenn das Lichtempfangselement mit einem Photon reagiert. Die Lichtempfangsschaltung gemäß der vorliegenden Offenbarung kann so ausgelegt sein, dass ein an das Lichtempfangselement gelieferter Strom gemäß dem Schalten der Schalter angepasst wird. Das oben beschriebene Leistungsversorgungspotenzial Vdd ist ein Beispiel eines Referenzpotenzials. Die oben beschriebene Fotodiode PD ist ein Beispiel eines Lichtempfangselements. Die Ausleseschaltung entspricht beispielsweise einem Abschnitt der in 3 und 5 veranschaulichten Schaltung, der nicht den Transistor TR0, den Schalter SW1 und die Fotodiode PD beinhaltet.
Das Schaltbild von 13 veranschaulicht ein Beispiel einer Lastschaltung, deren Stromwert angepasst werden kann. 13 veranschaulicht eine Lastschaltung 90B, die mit der Lichtempfangsschaltung verbunden ist. Die Lastschaltung 90B ist über einen Schalter SW1 mit einer Kathode einer Fotodiode PD und einer Signalleitung Lin verbunden. Beispielsweise kann der Transistor TR0 in den Schaltbildern von 3 und 5 durch die Lastschaltung 90B ersetzt werden. Der Schalter SW1 ist ein Schalter zum Freigeben/Sperren des passiven Wiederaufladens. In einem Fall, in dem das passive Wiederaufladen in der Lichtempfangsschaltung nicht gesperrt ist, kann der Schalter SW1 weggelassen werden, und die Lastschaltung 90B kann direkt mit der Kathode der Fotodiode PD und der Signalleitung Lin verbunden sein. Die Lastschaltung 90B wird nachstehend unter der Annahme beschrieben, dass der Schalter SW1 eingeschaltet ist.
Die Lastschaltung 90B beinhaltet eine Stromquelle CS, einen Transistor tr0, einen Transistor tr1, einen Transistor tr3, einen Transistor tr4, einen Schalter se2, einen Schalter se3 und einen Schalter se4. Als Stromquelle CS kann ein Stromquellentransistor verwendet werden. Als Stromquellentransistor kann ein MOS-Transistor verwendet werden. Jedoch ist ein Montageverfahren der Stromquelle CS nicht beschränkt. Die Stromquelle CS kann eine Konstantstromquelle sein. Die Transistoren tr0 bis tr4 sind PMOS-Transistoren. Die Schalter se2 bis se4 sind Schalter, die das elektrische Verbindungsziel zwischen dem Kontakt c0 und dem Kontakt c1 schalten können.
Jede der Sources der Transistoren tr0 bis tr4 ist mit dem Leistungsversorgungspotenzial Vdd verbunden. Außerdem sind die Drains der Transistoren tr2 bis tr4 über den Schalter SW1 mit der Fotodiode PD und der Signalleitung Lin verbunden. Die Transistoren tr0 und tr1 bilden eine Stromspiegelschaltung, die einen Strom ics zwischen dem Leistungsversorgungspotenzial Vdd und der Stromquelle CS spiegelt. Daher sind das Gate und der Drain des Transistors tr0 kurzgeschlossen. Außerdem ist das Gate des Transistors tr0 über die Signalleitung Lc mit dem Gate des Transistors tr1 verbunden.
Der Schalter se2 ist mit dem Gate des Transistors tr2 verbunden. Ferner ist der Schalter se3 mit dem Gate des Transistors tr3 verbunden. Zudem ist der Schalter se4 mit dem Gate des Transistors tr4 verbunden. Die Kontakte c0 der Schalter se2 bis se4 sind alle mit dem Leistungsversorgungspotenzial Vdd verbunden. Außerdem sind die Kontakte c1 der Schalter se2 bis se4 alle mit der Signalleitung Lc verbunden.
Es wird angenommen, dass die Schalter se2 bis se4 in der Lastschaltung 90B durch eine Schaltung geschaltet werden können, die das SPAD-Array 240 steuert. Beispielsweise werden die Schalter se2 bis se4 durch mindestens eine der Steuerschaltung 40, der Steuerschaltung 220, der SPAD-Steuerung 221 und der externen Verarbeitungsschaltung 300 geschaltet.
Die Lastschaltung 90B von 13 beinhaltet drei Paare aus einem Transistor und einem mit dem Gate des Transistors verbundenen Schalter. Die Anzahl der Paare aus Transistoren und Schaltern kann jedoch davon abweichen. Beispielsweise kann die Lastschaltung eine beliebige Anzahl von Paaren aus Transistoren und Schaltern umfassen, beispielsweise eines oder mehrere. In einem Fall, in dem ein Paar aus einem Transistor und einem Schalter zu der Schaltung von 13 hinzugefügt wird, folgt die Verdrahtung des zusätzlichen Transistors und Schalters einer bestehenden Verdrahtungsmethode von Transistoren und Schaltern. In einem Fall, in dem ein Schalter hinzugefügt wird, wird ein Kontakt c0 mit dem Leistungsversorgungspotenzial Vdd verbunden, und ein Kontakt c1 wird mit der Signalleitung Lc verbunden. Außerdem wird in einem Fall, in dem ein Transistor hinzugefügt wird, das Gate mit dem Schalter verbunden, die Source mit dem Leistungsversorgungspotenzial Vdd verbunden und der Drain mit dem Drain eines anderen Transistors verbunden.
In der Lastschaltung 90B kann der Stromwert gemäß der Anzahl von Schaltern, bei denen die Seite des Kontakts c1 eingeschaltet ist, angepasst werden. Beispielsweise wird in einem Fall, in dem die Anzahl von Schaltern, in denen die Seite des Kontakts c1 eingeschaltet ist, null beträgt, ein Wiederaufladestrom, der gleich dem Strom ics der Stromquelle CS ist, an die Lichtempfangsschaltung geliefert. In einem Fall, in dem es einen Schalter gibt, bei dem die Seite des Kontakts c1 eingeschaltet ist, wird ein Wiederaufladestrom, der das Zweifache (2 × ics) des Stroms der Stromquelle CS beträgt, an die Lichtempfangsschaltung geliefert. Ferner wird in einem Fall, in dem es zwei Schalter gibt, bei denen die Seite des Kontakts c1 eingeschaltet ist, ein Wiederaufladestrom, der das Dreifache (3 × ics) des Stroms der Stromquelle CS beträgt, an die Lichtempfangsschaltung geliefert. Zudem wird in einem Fall, in dem es drei Schalter gibt, bei denen die Seite des Kontakts c2 eingeschaltet ist, ein Wiederaufladestrom, der das Vierfache (4 × ics) des Stroms der Stromquelle CS beträgt, an die Lichtempfangsschaltung geliefert. Wie oben beschrieben, kann in der Lichtempfangsvorrichtung, der Lichtempfangsschaltung und der Entfernungsmessvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung der Wiederaufladestrom angepasst werden, indem die Anzahl von Schaltern in der Lastschaltung 90B, bei denen die Seite des Kontakts c1 eingeschaltet ist, geändert wird. Wird die Lastschaltung 90B verwendet, so lässt sich der Wiederaufladestrom mit hoher Genauigkeit anpassen.
Es sei angemerkt, dass in einem Fall, in dem die Photonendetektion unter Verwendung der Schaltung durchgeführt wird, in der die Polarität der Lichtempfangsschaltung umgekehrt ist, die Polarität der Lastschaltung 90B umgekehrt sein kann. Durch Ersetzen des PMOS-Transistors in 13 durch einen NMOS-Transistor ist es möglich, die Polarität der Lastschaltung 90B umzukehren.
Wie in dem Beispiel von 13 gezeigt, kann die Lichtempfangsschaltung gemäß der vorliegenden Offenbarung ein Lichtempfangselement, eine Stromquelle, einen Schalter, eine Stromspiegelschaltung und einen Transistor beinhalten. Der Schalter kann entweder die mit dem Referenzpotenzial verbundene erste Kontaktseite oder die mit dem Lichtempfangselement verbundene zweite Kontaktseite einschalten. Die Stromspiegelschaltung ist dazu ausgelegt, von der Ausgangsseite einen zweiten Strom zu liefern, der durch Spiegeln eines zwischen dem Referenzpotenzial und der Stromquelle fließenden ersten Stroms erhalten wird. In dem Transistor ist eine erste Signalelektrode mit dem Referenzpotenzial verbunden, eine zweite Signalelektrode ist mit der Ausgangsseite des Lichtempfangselements und der Stromspiegelschaltung verbunden und eine Steuerelektrode ist mit dem Schalter verbunden.
Hier entspricht der erste Kontakt beispielsweise dem Kontakt c0 in den oben beschriebenen Schaltern se2 bis se4. Der zweite Kontakt entspricht beispielsweise dem Kontakt c1 in den oben beschriebenen Schaltern se2 bis se4. Die Stromspiegelschaltung ist beispielsweise eine Stromspiegelschaltung, die durch Transistor tr0 und Transistor tr1, die oben beschrieben wurden, gebildet wird. Die Ausgangsseite der Stromspiegelschaltung entspricht beispielsweise dem Drain des Transistors tr1. Die erste Signalelektrode ist beispielsweise eine Source eines MOS-Transistors. Die zweite Signalelektrode ist beispielsweise ein Drain eines MOS-Transistors. Jedoch kann die Entsprechungsbeziehung zwischen der ersten Signalelektrode, der zweiten Signalelektrode und der Elektrode des MOS-Transistors umgekehrt werden. Die Steuerelektrode ist beispielsweise ein Gate eines MOS-Transistors.
Darüber hinaus kann, wie in dem Beispiel von 13 veranschaulicht, die Lichtempfangsschaltung gemäß der vorliegenden Offenbarung mehrere Schalter und Transistoren beinhalten. Die Lichtempfangsschaltung gemäß der vorliegenden Offenbarung kann so ausgelegt sein, dass ein dritter Strom, der durch Multiplizieren des ersten Stroms mit N (N ist eine positive ganze Zahl) erhalten wird, als Reaktion auf ein Schalten des Schalters an das Lichtempfangselement geliefert wird. Darüber hinaus kann die Lichtempfangsschaltung gemäß der vorliegenden Offenbarung ferner eine Ausleseschaltung beinhalten, ausgelegt zum Erzeugen eines Impulses, wenn das Lichtempfangselement mit einem Photon reagiert.
Bei Steuerung der SPAD-Wiederauflademethode kann das in der Lichtempfangsschaltung verwendete Leistungsversorgungspotenzial Vdd geändert werden. Der Wiederaufladestrom zum Zeitpunkt des passiven Wiederaufladens kann angepasst werden, indem das Leistungsversorgungspotenzial Vdd geändert wird. In einem Fall, in dem ein gemeinsames Leistungsversorgungspotenzial an die Pixel in dem SPAD-Array geliefert wird, kann die Einstellung des Wiederaufladestroms aller Pixel in dem SPAD-Array in kurzer Zeit geändert werden. Es können jedoch eine Lichtempfangsvorrichtung und eine Entfernungsmessvorrichtung mit einer Konfiguration verwendet werden, bei der kein gemeinsames Leistungsversorgungspotenzial an die Pixel in dem SPAD-Array geliefert wird. Beispielsweise können mehrere Leistungsversorgungsschaltungen verwendet werden, um das Leistungsversorgungspotenzial an die Pixel in dem SPAD-Array zu liefern.
In der Lichtempfangsvorrichtung und der Entfernungsmessvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung können eine Leistungsversorgungsschaltung, die in der Lage ist, den Wert des Leistungsversorgungspotenzials Vdd anzupassen, und die oben beschriebene Lastschaltung 90A oder 90B in Kombination verwendet werden. Durch Verwendung einer Kombination mehrerer Komponenten ist es möglich, in der Lichtempfangsschaltung einen Wiederaufladestromwert in einem weiten Bereich einzustellen.
Durch Optimieren der Einstellung der Lastschaltung und der Einstellung der Leistungsversorgungsschaltung ist es möglich, die Totzeit in der Lichtempfangseinrichtung oder der Entfernungsmesseinrichtung auf ein Minimum zu reduzieren. Im Folgenden wird ein Beispiel einer Verarbeitung zum Bestimmen der Einstellung der Lastschaltung und der Einstellung der Leistungsversorgungsschaltung beschrieben.
Das Flussdiagramm von 14 veranschaulicht ein Beispiel einer Verarbeitung zum Bestimmen einer Einstellung einer Lastschaltung. Die Verarbeitung wird nachstehend unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm von 14 beschrieben.
Zuerst wird das SPAD-Array 240 aktiviert (Schritt S201). Dann zählt die Messschaltung 30 Fehler in den mehreren Lichtempfangsschaltungen in dem SPAD-Array 240 (Schritt S202). Die Fehlerbestimmung und -detektion in Schritt S202 werden beispielsweise durch den oben beschriebenen Fehlerdetektor 21 oder die oben beschriebene Messschaltung 30 durchgeführt. In einem Fall, in dem der Fehlerdetektor 21 einen Fehler detektiert, kann die Messschaltung 30 in der nachfolgenden Stufe durch ein Fehlersignal Informationen über die Anzahl von Fehlerbestimmungen in dem SPAD-Array 240 erhalten. Hier kann die Messschaltung 30 die Anzahl von Fehlerbestimmungen für jeden Fehlercode zählen, der die Art des Fehlers spezifiziert.
Beispielsweise werden Informationen, die die Anzahl von Fehlerbestimmungen in dem SPAD-Array 240 und/oder die Anzahl von Fehlerbestimmungen für jeden Fehlercode beinhalten, als Fehlerinformationen bezeichnet. Die durch die Messschaltung 30 erhaltenen Fehlerinformationen werden an die Steuerschaltung 40 (Steuerschaltung 220) übertragen. In einem Fall, in dem die das lichtemittierende Element beinhaltende Entfernungsmessvorrichtung verwendet wird, wird die Lichtemission des lichtemittierenden Elements während der Ausführungsdauer von Schritt S202 gestoppt. Dadurch lässt sich der Einfluss des lichtemittierenden Elements beseitigen.
Die Steuerschaltung 40 bestimmt, ob der Fehlerzählwert innerhalb eines Referenzbereichs liegt oder nicht (Schritt S203). Beispielsweise kann die Steuerschaltung 40 bestimmen, ob die Anzahl von Fehlerbestimmungen in dem SPAD-Array 240 kleiner als ein Schwellenwert ist oder nicht. Darüber hinaus kann die Steuerschaltung 40 die Anzahl von Fehlerbestimmungen für jeden Fehlercode mit einem Schwellenwert vergleichen und bestimmen, ob der Fehlerzählwert in einem Referenzbereich liegt oder nicht. Beispielsweise kann die Steuerschaltung 40 auf der Grundlage der Anzahl von Fehlerbestimmungen und des Fehlercodes in Schritt S203 schätzen, ob der Wiederaufladestrom übermäßig klein oder der Wiederaufladestrom übermäßig groß ist.
Die durchzuführende Verarbeitung zweigt je nach Bestimmungsergebnis in Schritt S203 ab. In einem Fall, in dem die Steuerschaltung 40 bestimmt, dass der Fehlerzählwert innerhalb des Referenzbereichs liegt (JA in Schritt S203), wird die Anpassungsverarbeitung abgeschlossen (Schritt S205). Nach Schritt S205 kann die Entfernungsmessvorrichtung die Entfernungsmessverarbeitung durch Bestrahlen des Objekts OBJ mit Licht von dem lichtemittierenden Element starten.
In einem Fall, in dem die Steuerschaltung 40 bestimmt, dass der Fehlerzählwert außerhalb des Referenzbereichs liegt (NEIN in Schritt S203), ändert die Steuerschaltung 40 den Wiederaufladestrom und/oder den Widerstandswert der Lastschaltung (Schritt S204). Zu Beispielen für den Fall, in dem die Bestimmung in Schritt S203 negativ ist, gehört ein Fall, in dem die Anzahl von Fehlerbestimmungen größer als ein Schwellenwert ist, oder ein Fall, in dem die Anzahl von Fehlerbestimmungen eines spezifischen Fehlercodes größer als ein Schwellenwert ist. Wie oben beschrieben, kann die SPAD-Steuerung 221 die Einstellung jeder Lichtempfangsschaltung in dem SPAD-Array 240 ändern. In diesem Fall kann die Steuerschaltung 40 der SPAD-Steuerung 221 die Adresse des Pixels (Lichtempfangsschaltung), dessen Einstellung geändert werden soll, und die Einstellungsinhalte mitteilen.
Beispielsweise kann die Steuerschaltung 40 in einem Fall, in dem bestimmt wird, dass der Betrag des Wiederaufladestroms unzureichend ist, den Wiederaufladestrom in der Lichtempfangsschaltung so ändern, dass er größer ist. In diesem Fall kann die Steuerschaltung 40 den Widerstandswert in der Lastschaltung so ändern, dass er kleiner ist. Als Lastschaltung kann beispielsweise die Lastschaltung 90A in 12 oder die Lastschaltung 90B in 13 verwendet werden. Ferner kann die Steuerschaltung 40 in einem Fall, in dem das in dem Graphen 62 von 4 veranschaulichte Phänomen in der Lichtempfangsschaltung in dem SPAD-Array 240 detektiert wird und bestimmt wird, dass der Wiederaufladestrom zu groß ist, den Wiederaufladestrom in der Lichtempfangsschaltung so ändern, dass er kleiner ist. In diesem Fall kann die Steuerschaltung 40 den Widerstandswert in der Lastschaltung so ändern, dass er größer ist.
Wenn die Verarbeitung in Schritt S204 abgeschlossen ist, wird die Verarbeitung in den Schritten S202 und S203 erneut durchgeführt. Das heißt, die Fehler in den mehreren Lichtempfangsschaltungen werden erneut gezählt, und es wird bestimmt, ob der Fehlerzählwert innerhalb des Referenzbereichs liegt oder nicht. Wenn der Fehlerzählwert innerhalb des Referenzbereichs liegt (JA in Schritt S203), wird die Kalibrierungsverarbeitung abgeschlossen (Schritt S205). Nach Schritt S205 kann die Entfernungsmessvorrichtung die Entfernungsmessverarbeitung durch Bestrahlen des Objekts OBJ mit Licht von dem lichtemittierenden Element starten.
Die Ausführungszeit der oben beschriebenen Verarbeitung von 14 ist nicht auf die Zeit der Kalibrierung der Vorrichtung beschränkt. Dementsprechend kann die Verarbeitung von 14 zu einer anderen Zeit als der Zeit der Kalibrierung der Vorrichtung durchgeführt werden. Beispielsweise kann, nachdem Beginn des Betriebs der Vorrichtung, der Widerstandswert in der Lastschaltung 90A von 12 angepasst werden.
Das Flussdiagramm von 15 veranschaulicht ein Beispiel einer Verarbeitung zum Bestimmen einer Einstellung einer Leistungsversorgungsschaltung. Die Verarbeitung wird nachstehend unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm von 15 beschrieben.
Zuerst wird das SPAD-Array 240 aktiviert (Schritt S211). Dann zählt die Messschaltung 30 Fehler in den mehreren Lichtempfangsschaltungen in dem SPAD-Array 240 (Schritt S212). Die Fehlerbestimmung und -detektion in Schritt S212 werden beispielsweise durch den oben beschriebenen Fehlerdetektor 21 oder die oben beschriebene Messschaltung 30 durchgeführt. In einem Fall, in dem der Fehlerdetektor 21 einen Fehler detektiert, kann die Messschaltung 30 in der nachfolgenden Stufe durch ein Fehlersignal Fehlerinformationen in dem SPAD-Array 240 erhalten.
Die durch die Messschaltung 30 erhaltenen Fehlerinformationen werden an die Steuerschaltung 40 (Steuerschaltung 220) übertragen. In einem Fall, in dem die das lichtemittierende Element beinhaltende Entfernungsmessvorrichtung verwendet wird, wird die Lichtemission des lichtemittierenden Elements in Schritt S202 gestoppt. Dadurch lässt sich der Einfluss des lichtemittierenden Elements beseitigen.
Die Steuerschaltung 40 bestimmt, ob der Fehlerzählwert innerhalb des Referenzbereichs liegt oder nicht (Schritt S213). Solange die Bestimmung basierend auf den Fehlerinformationen durchgeführt wird, kann das detaillierte Bestimmungsverfahren in Schritt S213 ein beliebiges Bestimmungsverfahren sein.
Die durchzuführende Verarbeitung zweigt je nach Bestimmungsergebnis in Schritt S213 ab. In einem Fall, in dem die Steuerschaltung 40 bestimmt, dass der Fehlerzählwert innerhalb des Referenzbereichs liegt (JA in Schritt S213), wird die Anpassungsverarbeitung abgeschlossen (Schritt S215). Nach Schritt S215 kann die Entfernungsmessvorrichtung die Entfernungsmessverarbeitung durch Bestrahlen des Objekts OBJ mit Licht von dem lichtemittierenden Element starten.
In einem Fall, in dem die Steuerschaltung 40 bestimmt, dass der Fehlerzählwert außerhalb des Referenzbereichs liegt (NEIN in Schritt S213), steuert die Steuerschaltung 40 die Leistungsversorgungsschaltung und ändert die Leistungsversorgungsspannung des SPAD-Arrays 240 (Schritt S214). Zu Beispielen für den Fall, in dem die Bestimmung in Schritt S213 negativ ist, gehört ein Fall, in dem die Anzahl von Fehlerbestimmungen größer als ein Schwellenwert ist, oder ein Fall, in dem die Anzahl von Fehlerbestimmungen eines spezifischen Fehlercodes größer als ein Schwellenwert ist. Anstelle der Steuerschaltung 40 kann die SPAD-Steuerung 221 oder die externe Verarbeitungsschaltung 300 die Einstellung der Leistungsversorgungsschaltung ändern. Ferner kann in einem Fall, in dem mehrere Leistungsversorgungsschaltungen mit dem SPAD-Array 240 verbunden sind, die Einstellung mindestens einer der Leistungsversorgungsschaltungen in Schritt S214 geändert werden.
Beispielsweise kann in einem Fall, in dem bestimmt wird, dass der Betrag des Wiederaufladestroms unzureichend ist, die Steuerschaltung 40 die Leistungsversorgungsschaltung derart steuern, dass das in dem SPAD-Array 240 verwendete Leistungsversorgungspotenzial Vdd so geändert wird, dass es höher ist. Als Ergebnis kann der Wiederaufladestrom in jeder Lichtempfangsschaltung erhöht werden. Ferner kann in einem Fall, in dem das in dem Graphen 62 von 4 veranschaulichte Phänomen in der Lichtempfangsschaltung in dem SPAD-Array 240 detektiert wird und bestimmt wird, dass der Wiederaufladestrom übermäßig ist, die Steuerschaltung 40 die Leistungsversorgungsschaltung dahingehend steuern, dass das in dem SPAD-Array 240 verwendete Leistungsversorgungspotenzial Vdd auf einen niedrigeren Pegel geändert wird. Als Ergebnis kann der Wiederaufladestrom in der Lichtempfangsschaltung in dem SPAD-Array 240 reduziert werden.
Wenn die Verarbeitung in Schritt S204 abgeschlossen ist, wird die Verarbeitung in den Schritten S202 und S203 erneut durchgeführt. Das heißt, die Fehler in den mehreren Lichtempfangsschaltungen werden erneut gezählt, und es wird bestimmt, ob der Fehlerzählwert innerhalb des Referenzbereichs liegt oder nicht. Wenn der Fehlerzählwert innerhalb des Referenzbereichs liegt (JA in Schritt S203), wird die Anpassungsverarbeitung abgeschlossen (Schritt S205). Nach Schritt S205 kann die Entfernungsmessvorrichtung die Entfernungsmessverarbeitung durch Bestrahlen des Objekts OBJ mit Licht von dem lichtemittierenden Element starten.
Die Ausführungszeit der oben beschriebenen Verarbeitung von 15 ist nicht auf die Zeit der Kalibrierung der Vorrichtung beschränkt. Dementsprechend kann die Verarbeitung von 15 zu einer anderen Zeit als der Zeit der Kalibrierung der Vorrichtung durchgeführt werden. Beispielsweise kann, nach Beginn des Betriebs der Vorrichtung, der Wert des durch die Leistungsversorgungsschaltung gelieferten Leistungsversorgungspotenzials Vdd angepasst werden.
Eine Tabelle T3 in 16 gibt die Anzahl von Fehlerbestimmungen an, wenn die Leistungsversorgungspotenziale Vdd mit mehreren Werten in dem SPAD-Array 240 verwendet werden. Beispielsweise misst die Messschaltung 30 oder die Steuerschaltung 40 die Anzahl von Fehlerbestimmungen unter Verwendung unterschiedlicher Leistungsversorgungspotenziale Vdd und erzeugt die Tabelle T3. Unter Bezugnahme auf 16 nimmt die Anzahl von Fehlerbestimmungen ab, wenn ein höheres Leistungsversorgungspotenzial Vdd eingestellt wird. Beispielsweise kann die Steuerschaltung 40 das Leistungsversorgungspotenzial Vdd auf der Grundlage eines Schwellenwerts the der Anzahl von Fehlerbestimmungen anpassen. In diesem Fall vergleicht die Steuerschaltung 40 die Anzahl von Fehlerbestimmungen e_d1 bei Verwendung eines Leistungsversorgungspotenzials Vdd₁ mit dem Schwellenwert the. In einem Fall, in dem Z_d1 > the gilt, ändert die Steuerschaltung 40 das Leistungsversorgungspotenzial auf Vdd₂ (Vdd₁ ≠ Vdd₂). Die Steuerschaltung 40 kann auf der Grundlage der Informationen über den Fehlercode bestimmen, ob Vdd₂ größer als Vdd₁ oder Vdd₂ kleiner als Vdd₁ zu verwenden ist. Dann, wenn die Steuerschaltung 40 bestimmt, dass die Anzahl von Fehlerbestimmungen kleiner als der Schwellenwert ist, kann eine Entfernungsmessung unter Verwendung des Leistungsversorgungspotenzials zu diesem Zeitpunkt durchgeführt werden.
Beispielsweise kann in einem Fall, in dem Daten der Tabelle T3 in der Anpassungsverarbeitung erhalten werden, die Anzahl von Fehlerbestimmungen 3 als Schwellenwert the verwendet werden. Der Schwellenwert kann sich jedoch davon unterscheiden. Es sei angemerkt, dass die in der Tabelle von 16 enthaltenen Werte des Leistungsversorgungspotenzials lediglich Beispiele sind und den Wert des in der Lichtempfangsschaltung verwendeten Leistungsversorgungspotenzials nicht einschränken sollen.
Es sei angemerkt, dass in einem Fall, in dem die Anzahl von Fehlerbestimmungen unter Verwendung mehrerer Leistungsversorgungspotenziale gemessen wird, die Messung der Anzahl von Fehlerbestimmungen von dem höchsten in der Lichtempfangsschaltung verfügbaren Leistungsversorgungspotenzial Vdd_max gestartet werden kann oder die Messung der Anzahl von Fehlerbestimmungen von dem niedrigsten in der Lichtempfangsschaltung verfügbaren Leistungsversorgungspotenzial Vdd_min gestartet werden kann. Außerdem kann die Messung der Anzahl von Fehlerbestimmungen von einem Leistungsversorgungspotenzial mit einem Wert zwischen Vdd_max und Vdd_min gestartet werden. Das heißt, das Leistungsversorgungspotenzial zu Beginn der Anpassungsverarbeitung ist nicht beschränkt.
Die Steuerschaltung 40 kann die Anpassungsverarbeitung fortsetzen, nachdem die Anzahl von Fehlerbestimmungen kleiner als der Schwellenwert the wird. Beispielsweise kann in einem Fall, in dem es erwünscht ist, einen möglichst großen Wiederaufladestrom zu verwenden, um die Totzeit zu verkürzen, die Anzahl von Fehlerbestimmungen unter Verwendung eines höheren Leistungsversorgungspotenzials gezählt werden, und die Anzahl von Fehlerbestimmungen kann mit dem Schwellenwert the verglichen werden. In einem Fall, in dem die Anzahl von Fehlerbestimmungen selbst nach der Änderung des Versorgungspotenzials kleiner als der Schwellenwert the ist, kann eine Entfernungsmessung unter Verwendung eines weiteren höheren Versorgungspotenzials durchgeführt werden. Außerdem kann in einem Fall, in dem es erwünscht ist, ein möglichst niedriges Leistungsversorgungspotenzial zu verwenden, um den Leistungsverbrauch gering zu halten, die Anzahl von Fehlerbestimmungen unter Verwendung eines niedrigeren Leistungsversorgungspotenzials gezählt werden, und die Anzahl von Fehlerbestimmungen kann mit dem Schwellenwert the verglichen werden. In einem Fall, in dem die Anzahl von Fehlerbestimmungen selbst nach der Änderung des Leistungsversorgungspotenzials kleiner als der Schwellenwert the ist, kann eine Entfernungsmessung unter Verwendung eines weiteren niedrigeren Leistungsversorgungspotenzials durchgeführt werden.
Eine Lichtempfangsvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung kann Folgendes beinhalten: eine Lichtempfangsschaltung, die ein Lichtempfangselement beinhaltet; eine Leistungsversorgungsschaltung, ausgelegt zum Liefern eines Leistungsversorgungspotenzials an die Lichtempfangsschaltung; und eine Steuerschaltung, ausgelegt zum Steuern des von der Leistungsversorgungsschaltung gelieferten Leistungsversorgungspotenzials auf der Grundlage eines Signals, das von der Lichtempfangsschaltung in einer Reaktion mit einem Photon ausgegeben wird.
Wie oben beschrieben, kann die Lichtempfangsvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung ferner eine Lastschaltung beinhalten, die mit der Lichtempfangsschaltung verbunden ist und einen Wiederaufladestrom an das Lichtempfangselement liefert. In diesem Fall kann die Steuerschaltung dazu ausgelegt sein, den Parameter, der den Wiederaufladestrom der Lastschaltung und/oder den Widerstandswert der Lastschaltung beinhaltet, auf der Grundlage des von der Lichtempfangsschaltung durch die Reaktion mit einem Photon ausgegebenen Signals zu ändern.
Darüber hinaus kann die Lichtempfangsvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung mehrere Lichtempfangsschaltungen beinhalten. In diesem Fall kann die Steuerschaltung dazu ausgelegt sein, das Leistungsversorgungspotenzial der Leistungsversorgungsschaltung und/oder den Parameter der Lastschaltung, die mit mindestens einer der Lichtempfangsschaltungen verbunden ist, auf der Grundlage des von den mehreren der Lichtempfangsschaltungen ausgegebenen Signals zu ändern.
Darüber hinaus kann die Lichtempfangsvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung ferner einen Fehlerdetektor beinhalten, ausgelegt zum Bestimmen eines Fehlers auf der Grundlage einer Wellenform eines von der Lichtempfangsschaltung ausgegebenen Signals. Als Fehlerdetektor kann der Fehlerdetektor 21 oder die Messschaltung 30, die oben beschrieben wurden, verwendet werden. In diesem Fall kann die Steuerschaltung dazu ausgelegt sein, das Leistungsversorgungspotenzial der Leistungsversorgungsschaltung und/oder den Parameter der Lastschaltung, die mit mindestens einer der Lichtempfangsschaltungen verbunden ist, auf der Grundlage der Anzahl von Fehlerbestimmungen für das von den mehreren Lichtempfangsschaltungen ausgegebene Signal zu ändern.
Darüber hinaus kann in der Lichtempfangsvorrichtung der vorliegenden Offenbarung mindestens eine der Lichtempfangsschaltungen zum Durchführen des passiven Wiederaufladens ausgelegt sein. In diesem Fall ist die Steuerschaltung dazu ausgelegt, den Wiederaufladestrom der Lichtempfangsschaltung so anzupassen, dass die Anzahl von Fehlerbestimmungen kleiner als ein erster Schwellenwert ist.
Zudem kann in der Lichtempfangsvorrichtung der vorliegenden Offenbarung mindestens eine der Lichtempfangsschaltungen zum Durchführen des aktiven Wiederaufladens ausgelegt sein. In diesem Fall ist die Steuerschaltung dazu ausgelegt, eine Zeitverzögerung, mit der ein Impuls für das aktive Wiederaufladen in der Lichtempfangsschaltung erzeugt wird, auf der Grundlage der Anzahl von Fehlerbestimmungen anzupassen.
Der Fehlerdetektor kann zum Durchführen einer Fehlerbestimmung für das Signal, dessen Impulsbreite einen zweiten Schwellenwert überschreitet, und/oder das Signal, dessen Abstand zwischen Impulsen kleiner als ein dritter Schwellenwert ist, ausgelegt sein. Außerdem kann in der Lichtempfangsvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung eine Avalanche-Fotodiode als Lichtempfangselement verwendet werden.
Als Nächstes wird ein Beispiel einer Lichtempfangsvorrichtung mit einer Funktion zum Korrigieren eines Ausgangssignals von einer Lichtempfangsschaltung in einem Fall, in dem bestimmt wird, dass das Ausgangssignal fehlerhaft ist, beschrieben.
Das Blockdiagramm von 17 veranschaulicht ein Beispiel einer Entfernungsmessvorrichtung gemäß Modifikation 2. In der Lichtempfangsvorrichtung 102 von 17 ist eine Fehlerkorrekturschaltung 22 zwischen den Abtaster 20 und jeden Eingangsanschluss der Messschaltung 30 geschaltet. Die Fehlerkorrekturschaltung 22 ist dazu ausgelegt, ein Spannungssignal unter den von dem Abtaster 20 ausgegebenen Spannungssignalen zu korrigieren, von dem bestimmt wird, dass es sich in einem Fehlerzustand befindet. Die Fehlerkorrekturschaltung 22 entspricht einem Fehlerdetektor 21, zu dem eine Funktion zum Umwandeln eines fehlerbestimmten Spannungssignals in ein Spannungssignal, das sich nicht in einem Fehlerzustand befindet, hinzugefügt ist. Die Fehlerkorrekturschaltung 22 ist beispielsweise in dem Schaltungsblock 241 zusammen mit dem Abtaster 20 angeordnet. Die Konfiguration und Funktion der Lichtempfangsvorrichtung 102 sind denen der oben beschriebenen Lichtempfangsvorrichtung 101 ähnlich, außer dass der Fehlerdetektor 21 durch die Fehlerkorrekturschaltung 22 ersetzt ist.
Es sei angemerkt, dass die Konfiguration der in 17 veranschaulichten Lichtempfangsvorrichtung lediglich ein Beispiel ist. Beispielsweise kann die Fehlerkorrekturschaltung 22 zwischen die Lichtempfangsschaltung 11 und den Abtaster 20 geschaltet sein. Außerdem kann eine Schaltung, in der die Funktion des Abtasters 20 und die Funktion der Fehlerkorrekturschaltung 22 integriert sind, zwischen jede Lichtempfangsschaltung 11 und den Eingangsanschluss der Messschaltung 30 geschaltet sein. Ferner können die mehreren Signalleitungen l_rd mit einer gemeinsamen Fehlerkorrekturschaltung verbunden sein, ohne dass die Fehlerkorrekturschaltung 22 für jede der Signalleitungen l_rd bereitgestellt wird. In diesem Fall ist es erforderlich, dass eine Fehlerkorrekturschaltung die Fehlerbestimmung der mehreren Signalleitungen l_rd und die Korrektur des Signals durchführt, jedoch lässt sich die erforderliche Schaltungsfläche reduzieren. Es sei angemerkt, dass die Funktion zum Umwandeln des fehlerbestimmten Spannungssignals in ein Spannungssignal, das sich nicht in einem Fehlerzustand befindet, in der Eingangsstufe der Messschaltung 30 implementiert werden kann. In diesem Fall kann die Messschaltung 30 das von der Lichtempfangsschaltung 11 ausgegebene Spannungssignal auf der Grundlage des von dem Fehlerdetektor 21 empfangenen Fehlersignals korrigieren. Das heißt, es ist auch möglich, eine Konfiguration zu verwenden, bei der die Messschaltung 30 die Fehlerkorrekturschaltung 22 beinhaltet.
Es sei angemerkt, dass die Konfiguration der Lichtempfangsschaltung 11 nicht beschränkt ist. Beispielsweise kann die in 3 und 5 verwendete Lichtempfangsschaltung als Lichtempfangsschaltung 11 verwendet werden. Die Lichtempfangsschaltung 11 kann eine Wiederaufladeschaltung oder eine aktive Wiederaufladeschaltung sein. Darüber hinaus können Schaltungen mit unterschiedlichen Konfigurationen in den mehreren Lichtempfangsschaltungen 11 gemischt werden.
Die Graphen von 18 und 19 veranschaulichen ein Beispiel einer Korrekturverarbeitung einer Spannungswellenform in der Lichtempfangsschaltung 102 von 17. In jedem Graphen stellt die horizontale Achse die Zeit dar.
Ein Graph 73 von 18 veranschaulicht Wellenformen einer Eingangsspannung Vai der Fehlerkorrekturschaltung 22, einer Ausgangsspannung Vao der Fehlerkorrekturschaltung 22 und eines Fehlersignals Ves. In dem Graphen 73 führt die Lichtempfangsschaltung 11 ein passives Wiederaufladen durch, wobei die zum Wiederaufladen erforderliche Zeit jedoch ist zu lang. Daher ist in dem Graphen 73 die von der Lichtempfangsschaltung 11 ausgegebene Impulsbreite zu groß. Beispielsweise detektiert die Fehlerkorrekturschaltung 22 einen Anstieg eines Impulses in dem von der Lichtempfangsschaltung 11 ausgegebenen Spannungssignal. Dann überwacht die Fehlerkorrekturschaltung 22 die Impulsbreite. Die Fehlerkorrekturschaltung 22 gibt das Eingangssignal unverändert aus, bis eine Fehlerbestimmung durchgeführt wird. Die Fehlerkorrekturschaltung 22 nimmt eine Fehlerbestimmung vor, falls die Impulsbreite den Schwellenwert t_h überschreitet. Wird während der Detektion eines Impulses eine Fehlerbestimmung vorgenommen, so maskiert die Fehlerkorrekturschaltung 22 einen den Schwellenwert t_h überschreitenden Teil in dem Impuls.
In dem Beispiel des Graphen 73 gibt die Fehlerkorrekturschaltung 22 eine HIGH-Spannung in einer Periode t_h von dem Anstieg des Impulses aus. Dann gibt die Fehlerkorrekturschaltung 22 die LOW-Spannung in einem Teil der Periode t_m1 aus, der einem Zeitraum entspricht, nachdem die Impulsbreite t_h überschreitet. Wie oben beschrieben, kann die Fehlerkorrekturschaltung 22 selbst in einem Fall, in dem die Lichtempfangsschaltung 11 einen Impuls mit einer den Schwellenwert t_h übersteigenden Impulsbreite ausgibt, den Impuls auf einen Impuls mit einer Impulsbreite gleich dem Schwellenwert t_h korrigieren. Es sei angemerkt, dass in dem Beispiel des Graphen 73 die Spannung des Fehlersignals Ves in der Periode t_ml, in der der Impuls maskiert ist, HIGH ist. Als Ergebnis ist es möglich, der Messschaltung 30 in der nachfolgenden Stufe mitzuteilen, dass die Fehlerbestimmung durchgeführt wurde. Es sei angemerkt, dass die Fehlerkorrekturschaltung 22 der Messschaltung 30 einen Fehlercode mitteilen kann.
Die Fehlerkorrekturschaltung 22 tastet die Eingangsspannung Vai in dem Zyklus t_s ab und kann eine Fehlerbestimmung durchführen, falls die abgetastete Spannung n_h-mal hintereinander auf dem HIGH-Pegel ist. Hier können die Werte von t_s und n_h so eingestellt werden, dass die Beziehung t_h = t_s × n_h erfüllt ist. Beispielsweise können t_s = 1 Nanosekunde, n_h = 10 und t_h = 10 Nanosekunden eingestellt werden. Die Fehlerbestimmung kann jedoch durch ein anderes Verfahren als dieses Verfahren durchgeführt werden.
Ein Graph 74 von 19 veranschaulicht Wellenformen einer Eingangsspannung Vai der Fehlerkorrekturschaltung 22, einer Ausgangsspannung Vao der Fehlerkorrekturschaltung 22 und eines Fehlersignals Ves. In dem Beispiel des Graphen 74 führt die Lichtempfangsschaltung 11 ein aktives Wiederaufladen durch. In dem Beispiel des Graphen 74 pendelt die Ausgangsspannung (d. h. die Eingangsspannung Vai der Fehlerkorrekturschaltung 22) der Lichtempfangsschaltung 11 durch das in Graph 64 oder Graph 67 veranschaulichte Phänomen. Die Fehlerkorrekturschaltung 22 gibt das Eingangssignal unverändert aus, bis eine Fehlerbestimmung durchgeführt wird. Beispielsweise führt die Fehlerkorrekturschaltung 22 die Fehlerbestimmung durch, falls die Eingangsspannung Vai in der Periode LOW kürzer als der Schwellenwert t_l ist, nachdem der Impuls der Eingangsspannung Vai abfällt. Bei Durchführung einer Fehlerbestimmung kann die Fehlerkorrekturschaltung 22 ein HIGH-Fehlersignal Ves ausgeben. Es sei zudem angemerkt, dass die Fehlerkorrekturschaltung 22 der Messschaltung 30 einen Fehlercode mitteilen kann. Die Fehlerkorrekturschaltung 22 maskiert den Impuls für eine vorbestimmte Periode t m2 nach der Fehlerbestimmung.
In dem Beispiel des Graphen 74 gibt die Fehlerkorrekturschaltung 22 die LOW-Pegel-Spannung in der Periode t_m2 nach der Fehlerbestimmung aus. Diese Periode t_m2 wird als Maskierungsperiode bezeichnet. Wenn die Maskierungsperiode t m2 nach der Fehlerbestimmung verstreicht, gibt die Fehlerkorrekturschaltung 22 das Eingangssignal erneut unverändert aus. Beispielsweise gibt die Fehlerkorrekturschaltung 22 in dem Graphen 74 nach Verstreichen der Maskierungsperiode t_m2 erneut einen Impuls aus. Beispielsweise kann ein Wert als Maskierungsperiode t m2 eingestellt werden, der größer als der Schwellenwert t_l ist.
Außerdem kann die Fehlerkorrekturschaltung 22 die Maskierungsperiode t_m2 gemäß der Fehlerbestimmungssituation bei der Eingangsspannung Vai anpassen. Beispielsweise kommen bei der Eingangsspannung Vai in dem Graphen 74 nach der Ankunft des ersten Impulses drei Impulse in Abständen an, die kürzer als der Schwellenwert t_l sind. Daher führt die Fehlerkorrekturschaltung 22 eine Fehlerbestimmung kontinuierlich dreimal zu den durch den weißen Pfeil angegebenen Zeitpunkten durch. Jedoch kann die Fehlerkorrekturschaltung 22 den Fehlerzustand aufheben, falls während der Periode t_r nach der letzten Fehlerbestimmung keine Fehlerbestimmung durchgeführt wird. Wird der Fehlerzustand aufgehoben, so gibt die Fehlerkorrekturschaltung 22 den erneut eingegebenen Impuls unverändert aus. Wie in dem Beispiel des Graphen 74 kann die Fehlerkorrekturschaltung 22 das Fehlersignal Ves auf LOW setzen, wenn der Fehlerzustand aufgehoben wird. Es sei angemerkt, dass die Fehlerkorrekturschaltung 22, anstatt das HIGH-Fehlersignal Ves kontinuierlich während der Periode t_m2 auszugeben, jedes Mal, wenn eine Fehlerbestimmung vorgenommen wird, ein diskontinuierliches HIGH-Fehlersignal Ves ausgeben kann.
Beispielsweise tastet die Fehlerkorrekturschaltung 22 die Spannung des Signals in dem Zyklus t_s ab und kann die Fehlerbestimmung durchführen, falls die abgetastete Spannung weniger als n_1-mal nacheinander LOW wird. Die Werte von t_s und n_l können so eingestellt werden, dass die Beziehung t_l = t_s × n_l erfüllt ist. Jedoch kann die Fehlerkorrekturschaltung 22 die Fehlerbestimmung durch ein Verfahren durchführen, das sich von diesem Verfahren unterscheidet.
Hier wurden die Fehlerbestimmung und die Fehlerkorrektur in einem Fall beschrieben, in dem die Lichtempfangsschaltung 11 einen Impuls mit einem HIGH-Pegel (positive Polarität) zum Zeitpunkt der Photonendetektion ausgibt. Die Fehlerkorrekturschaltung 22 kann jedoch auch eine Fehlerbestimmung in einem Fall durchführen, in dem die Lichtempfangsschaltung 11 einen Impuls mit einem LOW-Pegel (negative Polarität) ausgibt. In diesem Fall reicht es aus, dass die Fehlerkorrekturschaltung 22 eine Operation durchführt, bei der in der oben beschriebenen Beschreibung HIGH durch LOW ersetzt wird, LOW durch HIGH ersetzt wird, das Abfallen des Impulses durch das Ansteigen des Impulses ersetzt wird und das Ansteigen des Impulses durch das Abfallen des Impulses ersetzt wird.
Selbst in einem Fall, in dem die die Fehlerkorrekturschaltung 22 beinhaltende Lichtempfangsvorrichtung 102 verwendet wird, ist es möglich, eine Anpassungsverarbeitung der Lichtempfangsschaltung, des Impulsgenerators oder der Leistungsversorgungsschaltung unter Verwendung des oben beschriebenen Flussdiagramms oder der oben beschriebenen Tabelle durchzuführen.
Wie oben beschrieben, kann die Lichtempfangsvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung ferner eine Fehlerkorrekturschaltung beinhalten, ausgelegt zum Durchführen einer Fehlerbestimmung auf der Grundlage einer Wellenform des von der Lichtempfangsschaltung ausgegebenen Signals und Korrigieren einer Wellenform des Signals, für das die Fehlerbestimmung durchgeführt wurde. Als Fehlerkorrekturschaltung kann beispielsweise die Fehlerkorrekturschaltung 22 oder die Messschaltung 30, die oben beschrieben wurden, verwendet werden. In diesem Fall kann die Fehlerkorrekturschaltung zum Durchführen einer Fehlerbestimmung für das Signal, dessen Impulsbreite einen zweiten Schwellenwert überschreitet, und/oder das Signal, dessen Abstand zwischen Impulsen kleiner als ein dritter Schwellenwert ist, ausgelegt sein. In einem Fall, in dem die Lichtempfangsvorrichtung die Fehlerkorrekturschaltung beinhaltet, kann die Steuerschaltung dazu ausgelegt sein, das Leistungsversorgungspotenzial der Leistungsversorgungsschaltung und/oder den Parameter der Lastschaltung, die mit mindestens einer der Lichtempfangsschaltungen verbunden ist, auf der Grundlage der Anzahl von Fehlerbestimmungen für das von den mehreren Lichtempfangsschaltungen ausgegebene Signal zu ändern.
Das Blockdiagramm von 20 veranschaulicht ein Beispiel einer Entfernungsmessvorrichtung gemäß Modifikation 3. 20 veranschaulicht eine Lichtempfangsvorrichtung 202 und eine externe Verarbeitungsschaltung 300. Die Lichtempfangsvorrichtung 202 entspricht einer Konfiguration, bei der die Steuerschaltung 220 und die Leistungsversorgungsschaltung 256 aus den Komponenten der Lichtempfangsvorrichtung 200 (1) weggelassen sind. Die Verarbeitungsschaltung 230 der Lichtempfangsvorrichtung 202 ist über eine Übertragungsschaltung 211 und einen Anschluss S OUT mit der externen Verarbeitungsschaltung 300 verbunden. Des Weiteren ist die SPAD-Steuerung 221 der Lichtempfangsvorrichtung 202 über einen Anschluss S_IN und eine Kommunikationsschaltung 210 mit der externen Verarbeitungsschaltung 300 verbunden. Wie in 20 veranschaulicht, kann eine externe Leistungsversorgungsschaltung 257 als eine Schaltung verwendet werden, die ein Leistungsversorgungspotenzial Vdd an ein SPAD-Array 240 liefert. Die Leistungsversorgungsschaltung 257 ist über einen Anschluss PWR mit dem SPAD-Array 240 in einer Entfernungsmessvorrichtung 204 verbunden. Außerdem ist die Leistungsversorgungsschaltung 257 über eine Steuersignalleitung mit der externen Verarbeitungsschaltung 300 verbunden. Die externe Verarbeitungsschaltung 300 ändert den Wert des Leistungsversorgungspotenzials Vdd, indem sie ein Steuersignal an die Leistungsversorgungsschaltung 257 überträgt.
Die externe Verarbeitungsschaltung 300 ist zum Beispiel eine Hardwareschaltung, wie etwa ein ASIC oder ein FPGA. Die externe Verarbeitungsschaltung 300 kann jedoch ein Computer sein, der eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) und einen Speicher beinhaltet. In diesem Fall stellt die externe Verarbeitungsschaltung 300 verschiedene Funktionen bereit, indem sie ein in dem Speicher der CPU gespeichertes Programm ausführt.
Die externe Verarbeitungsschaltung 300 führt eine Funktion durch, die der Steuerschaltung 220 von 1 (der Steuerschaltung 40 von 8 und 17) entspricht. Das heißt, die von der Lichtempfangsvorrichtung 202 getrennte externe Verarbeitungsschaltung 300 kann die Einstellung jeder Lichtempfangsschaltung 11 und die Einstellung der Leistungsversorgungsschaltung durchführen. Es sei angemerkt, dass die Kommunikation zwischen der externen Verarbeitungsschaltung 300 und der Lichtempfangsvorrichtung 202 drahtgebunden oder drahtlos durchgeführt werden kann.
Das Blockdiagramm von 21 veranschaulicht ein Beispiel einer Lichtempfangsvorrichtung gemäß Modifikation 4. Die Lichtempfangsvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung kann eine Entfernungsmessvorrichtung einschließlich eines lichtemittierenden Elements und einer Entfernungsberechnungseinheit wie in den in 1 und 20 veranschaulichten Vorrichtungen sein. Die Lichtempfangsvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung muss jedoch nicht notwendigerweise die Entfernungsmessfunktion beinhalten. Beispielsweise kann, wie bei der Lichtempfangsvorrichtung 201 in 21, eine Vorrichtung verwendet werden, bei der die Entfernungsberechnungseinheit 233 und die Triggerschaltung 254 weggelassen sind. Die Lichtempfangsvorrichtung 201 kann ein Photon durch ein SPAD-Array 240 detektieren und ein Histogramm erzeugen. Die Lichtempfangsvorrichtung 201 kann mit einer anderen Vorrichtung verbunden sein, und Funktionen, die einer Entfernungsberechnungseinheit, einer Triggerschaltung und einem lichtemittierenden Element entsprechen, können hinzugefügt werden. Darüber hinaus kann die Lichtempfangsvorrichtung 201 als eine Vorrichtung verwendet werden, die die Einstellung des SPAD-Arrays 240 und das Leistungsversorgungspotenzial bestimmt. In diesem Fall kann eine andere Entfernungsmessvorrichtung eine Entfernungsmessung auf der Grundlage der durch die Lichtempfangsvorrichtung 201 bestimmten Einstellung des SPAD-Arrays 240 und des Leistungsversorgungspotenzials durchführen.
Im Folgenden wird ein Beispiel einer anderen Lichtempfangsschaltung beschrieben, die als ein Pixel in dem SPAD-Array 240 verwendet werden kann.
Das Schaltbild von 22 veranschaulicht ein Beispiel einer Schaltung gemäß Modifikation 5. Eine Lichtempfangsschaltung 12 in 22 entspricht einer Schaltung, bei der der Transistor TR2 und der Schalter SW3 der Lichtempfangsschaltung 10 weggelassen sind. Das heißt, in der Lichtempfangsschaltung 12 wird ein Abschnitt der Lichtempfangsschaltung 10 weggelassen, der den Zustand des Transistors TR1 festhält. In der Lichtempfangsschaltung 12 wird ein passives Wiederaufladen durchgeführt, wenn SW1 auf EIN gesetzt ist und SW2 auf AUS gesetzt ist. Darüber hinaus wird in der Lichtempfangsschaltung 12 ein aktives Wiederaufladen durchgeführt, wenn SW1 auf AUS gesetzt ist und SW2 auf EIN gesetzt ist. Es sei angemerkt, dass in der Lichtempfangsschaltung 12 sowohl das passive Aufladen als auch das aktive Aufladen durchgeführt wird, wenn sowohl SW1 als auch SW2 auf EIN gesetzt ist. Es sei angemerkt, dass der Betrieb der Lichtempfangsschaltung 12 dem der oben beschriebenen Lichtempfangsschaltung 10 ähnlich ist, außer dass der Betrieb des Festhaltens des Zustands des Transistors TR1 beseitigt ist.
Das Schaltbild von 23 veranschaulicht ein Beispiel einer Schaltung gemäß Modifikation 6. Eine Lichtempfangsschaltung 14 in 23 entspricht einer Schaltung, in der das Lastelement 90 (Transistor TR0) der Lichtempfangsschaltung 10 weggelassen ist. Das heißt, die Lichtempfangsschaltung 14 ist eine Schaltung, die dem aktiven Wiederaufladen gewidmet ist. Der Betrieb der Lichtempfangsschaltung 14 ist dem Fall ähnlich, in dem in der Lichtempfangsschaltung 10 der Schalter SW1 auf AUS gesetzt ist, der Schalter SW2 auf EIN gesetzt ist und der Schalter SW3 auf EIN gesetzt ist (Schaltereinstellung st1 der Tabelle 70).
Eine Entfernungsmessvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung kann Folgendes beinhalten: ein lichtemittierendes Element; mehrere Lichtempfangsschaltungen; eine Leistungsversorgungsschaltung, ausgelegt zum Liefern eines Leistungsversorgungspotenzials an die mehreren Lichtempfangsschaltungen; und eine Steuerschaltung, ausgelegt zum Steuern des Leistungsversorgungspotenzials auf der Grundlage eines von den mehreren Lichtempfangsschaltungen ausgegebenen Signals in einer Reaktion mit einem Photon während einer Periode, in der das lichtemittierende Element kein Licht emittiert. Darüber hinaus kann die Entfernungsmessvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung ferner mehrere Lastschaltungen beinhalten, von denen jede mit jeder der Lichtempfangsschaltungen verbunden ist und die einen Wiederaufladestrom an das Lichtempfangselement in der Lichtempfangsschaltung liefert. In diesem Fall kann die Steuerschaltung dazu ausgelegt sein, den Widerstandswert und/oder den Wiederaufladestrom der mehreren Lastschaltungen auf der Grundlage des Signals zu steuern.
Ferner kann die Steuerschaltung der Entfernungsmessvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung dazu ausgelegt sein, eine Zeitverzögerung, in der ein Impuls zum aktiven Wiederaufladen in mindestens einer der Lichtempfangsschaltungen erzeugt wird, auf der Grundlage des Signals anzupassen.
Bei Verwendung der Lichtempfangsvorrichtung, der Entfernungsmessvorrichtung und der Lichtempfangsschaltung gemäß der vorliegenden Offenbarung kann die Entfernungsmessung nach Durchführen der Einstellung zum Reduzieren der Totzeit auf ein Minimum gestartet werden. Daher kann eine Photonendetektion oder Entfernungsmessung mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden. In der Lichtempfangsvorrichtung, der Entfernungsmessvorrichtung und der Lichtempfangsschaltung gemäß der vorliegenden Offenbarung kann mindestens eines von mehreren Verfahren ausgewählt werden, um den Wiederaufladestrom anzupassen. Beispielsweise kann die Leistungsversorgungsschaltung das an die mehreren Lichtempfangsschaltungen zu liefernde Leistungsversorgungspotenzial gemäß der Anzahl von Fehlerbestimmungen in den mehreren Lichtempfangsschaltungen anpassen. In einem Fall, in dem ein gemeinsames Leistungsversorgungspotenzial an das SPAD-Array geliefert wird, kann die Einstellung des Wiederaufladestroms des gesamten SPAD-Arrays in kurzer Zeit geändert werden.
Außerdem kann das SPAD-Array ein Pixel beinhalten, in dem eine Lastschaltung, deren Widerstandswert anpassbar ist, oder eine Lastschaltung, deren Stromwert anpassbar ist, mit der Lichtempfangsschaltung verbunden ist. Dadurch kann der Wert des Wiederaufladestroms mit höherer Genauigkeit in Einheiten von einzelnen Pixeln angepasst werden. Beispielsweise lässt sich der Wiederaufladestrom für jede Region in dem SPAD-Array einfach anpassen. Dadurch ist es möglich, ein hochqualitatives Entfernungsbild zu erhalten. In einem Fall, in dem die Lichtempfangsvorrichtung, die Lichtempfangsschaltung und die Entfernungsmessvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung verwendet werden, ist es möglich, die Entfernungsmessleistungsfähigkeit zu verbessern, während der Leistungsverbrauch gering gehalten wird.
Die Technologie (die vorliegende Technologie) gemäß der vorliegenden Offenbarung kann auf verschiedene Produkte angewendet werden. Zum Beispiel kann die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung als eine Vorrichtung realisiert werden, die an einem beliebigen Typ eines mobilen Körpers, wie etwa einem Auto, einem Elektrofahrzeug, einem Hybridelektrofahrzeug, einem Motorrad, einem Fahrrad, einem „Personal Mobility“, einem Flugzeug, einer Drohne, einem Schiff oder einem Roboter, montiert ist.
24 ist ein Blockdiagramm, das ein schematisches Konfigurationsbeispiel für ein Fahrzeugsteuersystem zeigt, das ein Beispiel für ein Mobilkörpersteuersystem ist, auf das die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung angewendet werden kann.
Das Fahrzeugsteuersystem 12000 beinhaltet mehrere elektronische Steuereinheiten, die über ein Kommunikationsnetzwerk 12001 verbunden sind. Bei dem in 24 gezeigten Beispiel beinhaltet das Fahrzeugsteuersystem 12000 eine Antriebssystemsteuereinheit 12010, eine Karosseriesystemsteuereinheit 12020, eine Fahrzeugaußenbereichsinformationsdetektionseinheit 12030, eine Fahrzeuginnenbereichsinformationsdetektionseinheit 12040 und eine integrierte Steuereinheit 12050. Des Weiteren sind als eine funktionale Konfiguration der integrierten Steuereinheit 12050 ein Mikrocomputer 12051, eine Ton-Bild-Ausgabeeinheit 12052 und eine Bordnetzschnittstelle (Bordnetz-I/F) 12053 veranschaulicht.
Die Antriebssystemsteuereinheit 12010 steuert den Betrieb der Vorrichtungen mit Bezug auf das Antriebssystem des Fahrzeugs gemäß verschiedenen Programmen. Beispielsweise fungiert die Antriebssystemsteuereinheit 12010 als eine Steuervorrichtung für eine Antriebskrafterzeugungsvorrichtung zum Erzeugen einer Antriebskraft eines Fahrzeugs, wie etwa eine Brennkraftmaschine oder einen Antriebsmotor, einen Antriebskraftübertragungsmechanismus zum Übertragen einer Antriebskraft auf die Räder, einen Lenkmechanismus, der die Lenkung eines Fahrzeugs anpasst, eine Bremsvorrichtung, die eine Bremskraft eines Fahrzeugs erzeugt, oder dergleichen.
Die Karosseriesystemsteuereinheit 12020 steuert den Betrieb verschiedener Vorrichtungen, mit denen eine Fahrzeugkarosserie ausgestattet ist, gemäß verschiedenen Programmen. Zum Beispiel fungiert die Karosseriesystemsteuereinheit 12020 als eine Steuervorrichtung für ein schlüsselloses Zugangssystem, ein Smart-Schlüssel-System, eine elektrische Fensterhebervorrichtung oder verschiedene Lampen, wie etwa einen Scheinwerfer, eine Rückleuchte, ein Bremslicht, einen Fahrtrichtungsanzeiger oder ein Nebellicht. In diesem Fall können Funkwellen, die von einer portablen Vorrichtung übertragen werden, die einen Schlüssel ersetzt, oder Signale verschiedener Schalter in die Karosseriesystemsteuereinheit 12020 eingegeben werden. Die Karosseriesystemsteuereinheit 12020 empfängt die Eingabe dieser Funkwellen oder Signale und steuert eine Türverriegelungsvorrichtung, eine elektrische Fensterhebervorrichtung, eine Lampe oder dergleichen des Fahrzeugs.
Die Fahrzeugaußenbereichsinformationsdetektionseinheit 12030 detektiert Informationen des Außenbereichs des Fahrzeugs, an dem das Fahrzeugsteuersystem 12000 montiert ist. Zum Beispiel ist eine Bildgebungseinheit 12031 mit der Fahrzeugaußenbereichsinformationsdetektionseinheit 12030 verbunden. Die Fahrzeugaußenbereichsinformationsdetektionseinheit 12030 bewirkt, dass die Bildgebungseinheit 12031 ein Bild des Außenbereichs des Fahrzeugs erfasst, und empfängt das erfasste Bild. Die Fahrzeugaußenbereichsinformationsdetektionseinheit 12030 kann eine Objektdetektionsverarbeitung oder eine Entfernungsdetektionsverarbeitung, wie etwa eine Person, ein Auto, ein Hindernis, ein Schild oder ein Symbol auf einer Straßenoberfläche, basierend auf dem empfangenen Bild durchführen.
Die Bildgebungseinheit 12031 ist ein optischer Sensor, der Licht empfängt und ein elektrisches Signal ausgibt, das der Menge an empfangenem Licht entspricht. Die Bildgebungseinheit 12031 kann ein elektrisches Signal als ein Bild ausgeben oder das elektrische Signal als Entfernungsmessinformationen ausgeben. Des Weiteren kann das Licht, das durch die Bildgebungseinheit 12031 empfangen wird, sichtbares Licht oder nicht sichtbares Licht, wie etwa Infrarotlicht, sein.
Die Fahrzeuginnenbereichsinformationsdetektionseinheit 12040 detektiert Informationen des Innenbereichs des Fahrzeugs. Zum Beispiel ist eine Fahrerzustandsdetektionseinheit 12041, die den Zustand des Fahrers detektiert, mit der Fahrzeuginnenbereichsinformationsdetektionseinheit 12040 verbunden. Die Fahrerzustandsdetektionseinheit 12041 beinhaltet zum Beispiel eine Kamera, die den Fahrer bildlich erfasst, und die Fahrzeuginnenbereichsinformationsdetektionseinheit 12040 kann den Müdigkeitsgrad oder den Konzentrationsgrad des Fahrers auf der Grundlage der von der Fahrerzustandsdetektionseinheit 12041 eingegebenen Detektionsinformationen berechnen oder kann bestimmen, ob der Fahrer einnickt oder nicht.
Der Mikrocomputer 12051 kann einen Steuersollwert der Antriebskrafterzeugungsvorrichtung, des Lenkmechanismus oder der Bremsvorrichtung auf der Grundlage der Informationen innerhalb und außerhalb des Fahrzeugs berechnen, die durch die Fahrzeugaußenbereichsinformationsdetektionseinheit 12030 oder die Fahrzeuginnenbereichsinformationsdetektionseinheit 12040 erfasst werden, und kann einen Steuerbefehl an die Antriebssystemsteuereinheit 12010 ausgeben. Zum Beispiel kann der Mikrocomputer 12051 eine kooperative Steuerung durchführen, um die Funktion eines Fahrassistenzsystems (FAS) einschließlich einer Kollisionsvermeidung oder Aufprallabschwächung des Fahrzeugs, einer Folgefahrt basierend auf der Entfernung zwischen Fahrzeugen, einer Fahrt mit Geschwindigkeitsbeibehaltung, einer Fahrzeugkollisionswarnung, einer Fahrzeugspurverlassenswarnung oder dergleichen zu realisieren.
Des Weiteren steuert der Mikrocomputer 12051 die Antriebskrafterzeugungsvorrichtung, den Lenkmechanismus, die Bremsvorrichtung oder dergleichen basierend auf den Informationen bezüglich der Umgebung des Fahrzeugs, die durch die Fahrzeugaußenbereichsinformationsdetektionseinheit 12030 oder die Fahrzeuginnenbereichsinformationsdetektionseinheit 12040 erfasst werden, sodass der Mikrocomputer 12051 eine kooperative Steuerung zum Beispiel zum Zweck des automatischen Fahrens, bei dem ein Fahrzeug autonom ohne Abhängigkeit von der Bedienung des Fahrers fährt, durchführen kann.
Des Weiteren kann der Mikrocomputer 12051 auf der Grundlage von Fahrzeugaußenbereichsinformationen, die durch die Fahrzeugaußenbereichsinformationsdetektionseinheit 12030 erfasst werden, einen Steuerbefehl an die Karosseriesystemsteuereinheit 12020 ausgeben. Zum Beispiel kann der Mikrocomputer 12051 den Scheinwerfer gemäß der Position des vorausfahrenden Fahrzeugs oder des entgegenkommenden Fahrzeugs, das durch die Fahrzeugaußenbereichsinformationsdetektionseinheit 12030 detektiert wird, steuern und eine kooperative Steuerung zum Zweck des Blendschutzes durchführen, wie etwa Wechseln von Fernlicht zu Abblendlicht.
Die Ton-Bild-Ausgabeeinheit 12052 überträgt Ton- und/oder Bildausgabesignale an eine Ausgabevorrichtung, die dazu in der Lage ist, den Insassen des Fahrzeuges oder den Außenbereich des Fahrzeuges visuell oder akustisch über Informationen zu benachrichtigen. In dem Beispiel von 24 sind ein Audiolautsprecher 12061, eine Anzeigeeinheit 12062 und ein Instrumentenfeld 12063 als eine Ausgabevorrichtung veranschaulicht. Die Anzeigeeinheit 12062 kann zum Beispiel eine Bordanzeige und/oder ein Head-up-Display beinhalten.
25 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Installationsposition einer Bildgebungseinheit 12031 zeigt.
In 25 beinhaltet das Fahrzeug 12100 Bildgebungseinheiten 12101, 12102, 12103, 12104 und 12105 als Bildgebungseinheit 12031.
Zum Beispiel sind die Bildgebungseinheiten 12101, 12102, 12103, 12104, 12105 an Positionen, wie etwa der Front, dem Seitenspiegel, der hinteren Stoßstange, der Hecktür, dem oberen Teil der Windschutzscheibe in dem Fahrzeuginnenraum des Fahrzeugs 12100, bereitgestellt. Die Bildgebungseinheit 12101, die in der Front enthalten ist, und die Bildgebungseinheit 12105, die in dem oberen Teil der Windschutzscheibe in dem Fahrzeuginnenraum enthalten ist, erfassen hauptsächlich ein Bild des Bereichs vor dem Fahrzeug 12100. Die Bildgebungseinheiten 12102 und 12103, die in den Seitenspiegeln enthalten sind, erfassen hauptsächlich Bilder der Seiten des Fahrzeugs 12100. Die Bildgebungseinheit 12104, die in der hinteren Stoßstange oder der Hecktür enthalten ist, erfasst hauptsächlich Bilder des Bereichs hinter dem Fahrzeug 12100. Die durch die Bildgebungseinheiten 12101 und 12105 erfassten Bilder des Bereichs vor dem Fahrzeug werden hauptsächlich zur Detektion eines vorausfahrenden Fahrzeugs, eines Fußgängers, eines Hindernisses, eines Verkehrssignals, eines Verkehrszeichens, einer Fahrspur oder dergleichen verwendet.
Es sei angemerkt, dass 25 ein Beispiel des Bildgebungsbereichs der Bildgebungseinheiten 12101 bis 12104 zeigt. Ein Bildgebungsbereich 12111 gibt einen Bildgebungsbereich der Bildgebungseinheit 12101 an, die in der Front bereitgestellt ist, die Bildgebungsbereiche 12112 und 12113 geben die Bildgebungsbereiche der Bildgebungseinheiten 12102 bzw. 12103 an, die in den Seitenspiegeln bereitgestellt sind, und der Bildgebungsbereich 12114 gibt den Bildgebungsbereich der Bildgebungseinheit 12104 an, die in der hinteren Stoßstange oder der Hecktür bereitgestellt ist. Zum Beispiel kann durch Überlappen der Bilddaten, die durch die Bildgebungseinheiten 12101 bis 12104 bildlich erfasst werden, ein von oben gesehenes Bild einer Draufsicht auf das Fahrzeug 12100 erhalten werden.
Mindestens eine der Bildgebungseinheiten 12101 bis 12104 kann eine Funktion zum Erfassen von Entfernungsinformationen aufweisen. Beispielsweise kann mindestens eine der Bildgebungseinheiten 12101 bis 12104 eine Stereokamera einschließlich mehrerer Bildgebungselemente sein oder kann ein Bildgebungselement mit einem Pixel zur Phasendifferenzdetektion sein.
Zum Beispiel erhält der Mikrocomputer 12051 die Entfernung zu jedem dreidimensionalen Objekt innerhalb des Bildgebungsbereichs 12111 bis 12114 und die zeitliche Änderung der Entfernung (Relativgeschwindigkeit mit Bezug auf das Fahrzeug 12100) basierend auf den Entfernungsinformationen, die von den Bildgebungseinheiten 12101 bis 12104 erhalten werden, sodass der Mikrocomputer 12051 ein dreidimensionales Objekt, das auf dem Fortbewegungspfad des Fahrzeugs 12100 am nächsten liegt und sich mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit (zum Beispiel 0 km/h oder mehr) in im Wesentlichen der gleichen Richtung wie das Fahrzeug 12100 bewegt, als ein vorausfahrendes Fahrzeug extrahieren kann. Zudem kann der Mikrocomputer 12051 eine vor dem vorausfahrenden Fahrzeug sicherzustellende Entfernung zwischen Fahrzeugen einstellen und kann eine automatische Bremssteuerung (einschließlich einer Folgestoppsteuerung), eine automatische Beschleunigungssteuerung (einschließlich einer Folgestartsteuerung) oder dergleichen durchführen. Auf diese Weise ist es möglich, eine kooperative Steuerung für den Zweck des automatischen Fahrens oder dergleichen, das ohne Abhängigkeit von der Bedienung des Fahrers ausgeführt wird, durchzuführen.
Zum Beispiel kann der Mikrocomputer 12051 auf Grundlage der von den Bildgebungseinheiten 12101 bis 12104 erhaltenen Entfernungsinformationen Daten dreidimensionaler Objekte hinsichtlich des dreidimensionalen Objekts in andere dreidimensionale Objekte, wie etwa ein Zweiradfahrzeug, ein reguläres Fahrzeug, ein großes Fahrzeug, einen Fußgänger, einen Telefonmast und dergleichen, klassifizieren und das Ergebnis zur Verwendung des Ergebnisses für eine automatische Vermeidung von Hindernissen verwenden. Zum Beispiel identifiziert der Mikrocomputer 12051 ein Hindernis in der Nähe des Fahrzeugs 12100 als ein Hindernis, das der Fahrer des Fahrzeugs 12100 sehen kann, und ein Hindernis, das schwierig zu sehen ist. Dann bestimmt der Mikrocomputer 12051 das Kollisionsrisiko, das jeweils das Risiko einer Kollision mit dem Hindernis angibt, und, wenn das Kollisionsrisiko gleich oder größer als ein Betriebsparameter ist und es eine Möglichkeit einer Kollision gibt, kann der Mikrocomputer 12051 mittels des Audiolautsprechers 12061 und der Anzeigeeinheit 12062 einen Hinweis an den Fahrer ausgeben oder eine Zwangsbremsung oder -vermeidungslenkung über die Antriebssystemsteuereinheit 12010 durchführen, sodass eine Fahrassistenz zur Kollisionsvermeidung durchgeführt wird.
Mindestens eine der Bildgebungseinheiten 12101 bis 12104 kann eine Infrarotkamera zum Detektieren von Infrarotstrahlen sein. Zum Beispiel kann der Mikrocomputer 12051 einen Fußgänger erkennen, indem er bestimmt, ob es in den erfassten Bildern der Bildgebungseinheiten 12101 zu 12104 einen Fußgänger gibt oder nicht. Eine solche Erkennung eines Fußgängers wird zum Beispiel durch eine Prozedur zum Extrahieren von Merkmalspunkten in dem erfassten Bild der Bildgebungseinheiten 12101 bis 12104 als Infrarotkamera und eine Prozedur zum Durchführen einer Musterabgleichverarbeitung an einer Reihe von Merkmalspunkten, die die Kontur des Objekts angeben und unterscheiden, ob es sich um einen Fußgänger handelt oder nicht, durchgeführt. Wenn der Mikrocomputer 12051 bestimmt, dass es in den erfassten Bildern der Bildgebungseinheiten 12101 bis 12104 einen Fußgänger gibt, und den Fußgänger erkennt, bewirkt die Ton-Bild-Ausgabeeinheit 12052, dass die Anzeigeeinheit 12062 eine rechteckige Konturlinie zur Hervorhebung des erkannten Fußgängers überlagert und anzeigt. Ferner kann die Ton-Bild-Ausgabeeinheit 12052 bewirken, dass die Anzeigeeinheit 12062 Symbole oder dergleichen anzeigt, die Fußgänger an gewünschten Positionen anzeigen.
Ein Beispiel für das Fahrzeugsteuersystem, auf das die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung angewendet werden kann, wurde oben beschrieben. Die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung kann auf die Bildgebungseinheit 12031 angewendet werden. Beispielsweise können die Lichtempfangsvorrichtung 200 von 1 und das lichtemittierende Element 255 von 2 an der Bildgebungseinheit 12031 montiert sein. Darüber hinaus kann mindestens eine der Lichtempfangsvorrichtungen 200 bis 202 an der Bildgebungseinheit 12031 montiert sein. Durch Anwenden der Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung auf die Bildgebungseinheit 12031 kann eine Entfernungsmessung mit höherer Genauigkeit durchgeführt werden. Als Ergebnis kann die Sicherheit des Fahrzeugs 12100 verbessert werden.
Es sei angemerkt, dass die vorliegende Technologie auch die folgende Konfiguration verwenden kann.

(1) Eine Lichtempfangsvorrichtung, die Folgendes beinhaltet:
- eine Lichtempfangsschaltung, die ein Lichtempfangselement beinhaltet;
- eine Leistungsversorgungsschaltung, ausgelegt zum Liefern eines Leistungsversorgungspotenzials an die Lichtempfangsschaltung; und
- eine Steuerschaltung, ausgelegt zum Steuern des von der Leistungsversorgungsschaltung gelieferten Leistungsversorgungspotenzials auf der Grundlage eines Signals, das von der Lichtempfangsschaltung in einer Reaktion mit einem Photon ausgegeben wird.
(2) Die Lichtempfangsvorrichtung nach (1), die ferner Folgendes beinhaltet:
- eine Lastschaltung, die mit der Lichtempfangsschaltung verbunden ist und einen Wiederaufladestrom an das Lichtempfangselement liefert,
- wobei die Steuerschaltung dazu ausgelegt ist, einen Parameter, darunter der Wiederaufladestrom der Lastschaltung und/oder ein Widerstandswert der Lastschaltung, auf der Grundlage des Signals zu ändern.
(3) Die Lichtempfangsvorrichtung nach (2), die ferner Folgendes beinhaltet:
- mehrere der Lichtempfangsschaltungen,
- wobei die Steuerschaltung dazu ausgelegt ist, das Leistungsversorgungspotenzial der Leistungsversorgungsschaltung und/oder den Parameter der Lastschaltung, die mit mindestens einer der Lichtempfangsschaltungen verbunden ist, auf der Grundlage des von den mehreren der Lichtempfangsschaltungen ausgegebenen Signals zu ändern.
(4) Die Lichtempfangsvorrichtung nach (3), die ferner Folgendes beinhaltet:
- einen Fehlerdetektor, ausgelegt zum Durchführen einer Fehlerbestimmung auf der Grundlage einer Wellenform des von der Lichtempfangsschaltung ausgegebenen Signals,
- wobei die Steuerschaltung dazu ausgelegt ist, das Leistungsversorgungspotenzial der Leistungsversorgungsschaltung und/oder den Parameter der Lastschaltung, die mit mindestens einer der Lichtempfangsschaltungen verbunden ist, auf der Grundlage der Anzahl von Fehlerbestimmungen für das von den mehreren der Lichtempfangsschaltungen ausgegebene Signal zu ändern.
(5) Die Lichtempfangsvorrichtung nach (4), wobei mindestens eine der Lichtempfangsschaltungen zum Durchführen von passivem Wiederaufladen ausgelegt ist und die Steuerschaltung dazu ausgelegt ist, den Wiederaufladestrom der Lichtempfangsschaltung so anzupassen, dass die Anzahl von Fehlerbestimmungen kleiner als ein erster Schwellenwert ist.
(6) Die Lichtempfangsvorrichtung nach (4) oder (5), wobei mindestens eine der Lichtempfangsschaltungen zum Durchführen von aktivem Wiederaufladen ausgelegt ist und die Steuerschaltung dazu ausgelegt ist, eine Zeitverzögerung, in der ein Impuls für das aktive Wiederaufladen in der Lichtempfangsschaltung erzeugt wird, auf der Grundlage der Anzahl von Fehlerbestimmungen anzupassen.
(7) Die Lichtempfangsvorrichtung nach einem von (4) bis (6), wobei der Fehlerdetektor zum Durchführen einer Fehlerbestimmung für das Signal, dessen Impulsbreite einen zweiten Schwellenwert überschreitet, und/oder das Signal, dessen Abstand zwischen Impulsen kleiner als ein dritter Schwellenwert ist, ausgelegt ist.
(8) Die Lichtempfangsvorrichtung nach einem von (3) bis (7), die ferner Folgendes beinhaltet:
- eine Fehlerkorrekturschaltung, ausgelegt zum Durchführen einer Fehlerbestimmung auf der Grundlage einer Wellenform des von der Lichtempfangsschaltung ausgegebenen Signals und Korrigieren der Wellenform des Signals, für das die Fehlerbestimmung durchgeführt wurde.
(9) Die Lichtempfangsvorrichtung nach (8), wobei die Fehlerkorrekturschaltung zum Durchführen einer Fehlerbestimmung für das Signal, dessen Impulsbreite einen zweiten Schwellenwert überschreitet, und/oder das Signal, dessen Abstand zwischen Impulsen kleiner als ein dritter Schwellenwert ist, ausgelegt ist.
(10) Die Lichtempfangsvorrichtung nach (8), wobei die Steuerschaltung dazu ausgelegt ist, das Leistungsversorgungspotenzial der Leistungsversorgungsschaltung und/oder den Parameter der Lastschaltung, die mit mindestens einer der Lichtempfangsschaltungen verbunden ist, auf der Grundlage der Anzahl von Fehlerbestimmungen für das von den mehreren der Lichtempfangsschaltungen ausgegebene Signal zu ändern.
(11) Die Lichtempfangsvorrichtung nach (10), wobei mindestens eine der Lichtempfangsschaltungen zum Durchführen von passivem Wiederaufladen ausgelegt ist und die Steuerschaltung dazu ausgelegt ist, den Wiederaufladestrom der Lichtempfangsschaltung so anzupassen, dass die Anzahl von Fehlerbestimmungen kleiner als ein erster Schwellenwert ist.
(12) Die Lichtempfangsvorrichtung nach (10) oder (11), wobei mindestens eine der Lichtempfangsschaltungen zum Durchführen von aktivem Wiederaufladen ausgelegt ist und die Steuerschaltung dazu ausgelegt ist, eine Zeitverzögerung, in der ein Impuls für das aktive Wiederaufladen in der Lichtempfangsschaltung erzeugt wird, auf der Grundlage der Anzahl von Fehlerbestimmungen anzupassen.
(13) Die Lichtempfangsvorrichtung nach einem von (1) bis (12), wobei das Lichtempfangselement eine Avalanche-Fotodiode ist.
(14) Eine Entfernungsmessvorrichtung, die Folgendes beinhaltet:
- ein lichtemittierendes Element;
- mehrere Lichtempfangsschaltungen, die das Lichtempfangselement beinhalten;
- eine Leistungsversorgungsschaltung, ausgelegt zum Liefern eines Leistungsversorgungspotenzials an die mehreren Lichtempfangsschaltungen; und
- eine Steuerschaltung, ausgelegt zum Steuern des Leistungsversorgungspotenzials auf der Grundlage eines von den mehreren Lichtempfangsschaltungen ausgegebenen Signals in einer Reaktion mit einem Photon während einer Periode, in der das lichtemittierende Element kein Licht emittiert.
(15) Die Entfernungsmessvorrichtung nach (14), die ferner Folgendes beinhaltet:
- mehrere Lastschaltungen, die mit jeder der Lichtempfangsschaltungen verbunden sind und einen Wiederaufladestrom an das Lichtempfangselement liefern,
- wobei die Steuerschaltung dazu ausgelegt ist, einen Widerstandswert und/oder den Wiederaufladestrom der mehreren Lastschaltungen auf der Grundlage des Signals zu steuern.
(16) Die Entfernungsmessvorrichtung nach (14) oder (15), wobei die Steuerschaltung dazu ausgelegt ist, eine Zeitverzögerung, in der ein Impuls zum aktiven Wiederaufladen in mindestens einer der Lichtempfangsschaltungen erzeugt wird, auf der Grundlage des Signals anzupassen.
(17) Eine Lichtempfangsschaltung, die Folgendes beinhaltet:
- ein Lichtempfangselement;
- eine Stromquelle;
- einen Schalter, der entweder eine mit einem Referenzpotenzial verbundene erste Kontaktseite oder eine mit dem Lichtempfangselement verbundene zweite Kontaktseite einschalten kann;
- eine Stromspiegelschaltung, ausgelegt zum Liefern, von einer Ausgangsseite, eines zweiten Stroms, der durch Spiegeln eines zwischen dem Referenzpotenzial und der Stromquelle fließenden ersten Stroms erhalten wird; und
- einen Transistor mit einer ersten Signalelektrode, die mit dem Referenzpotenzial verbunden ist, einer zweiten Signalelektrode, die mit dem Lichtempfangselement und der Ausgangsseite der Stromspiegelschaltung verbunden ist, und einer Steuerelektrode, die mit dem Schalter verbunden ist.
(18) Die Lichtempfangsschaltung nach (17), die ferner Folgendes beinhaltet:
- mehrere des Schalters und des Transistors,
- wobei die Lichtempfangsschaltung so ausgelegt ist, dass ein dritter Strom, der durch Multiplizieren des ersten Stroms mit N (N ist eine positive ganze Zahl) erhalten wird, als Reaktion auf ein Schalten des Schalters an das Lichtempfangselement geliefert wird.
(19) Die Lichtempfangsschaltung nach (17) oder (18), die ferner Folgendes beinhaltet:
- eine Ausleseschaltung, ausgelegt zum Erzeugen eines Impulses, wenn das Lichtempfangselement mit einem Photon reagiert.
(20) Eine Lichtempfangsschaltung, die Folgendes beinhaltet:
- ein Lichtempfangselement;
- mehrere Widerstände, die zwischen einem Referenzpotenzial und dem Lichtempfangselement parallel geschaltet sind;
- mehrere Schalter, die jeweils mit dem Widerstand in Reihe geschaltet sind; und
- eine Ausleseschaltung, ausgelegt zum Erzeugen eines Impulses, wenn das Lichtempfangselement mit einem Photon reagiert,
- wobei die Lichtempfangsschaltung so ausgelegt ist, dass ein an das Lichtempfangselement gelieferter Strom gemäß dem Schalten der Schalter angepasst wird.

Aspekte der vorliegenden Offenbarung sind nicht auf die oben beschriebenen einzelnen Ausführungsformen beschränkt, sondern umfassen verschiedene Modifikationen, die Fachleuten ersichtlich sind, und die Wirkungen der vorliegenden Offenbarung sind nicht auf die oben beschriebenen Inhalte beschränkt. Das heißt, es können verschiedene Hinzufügungen, Modifikationen und teilweise Streichungen vorgenommen werden, ohne von der konzeptionellen Idee und dem Wesen der vorliegenden Offenbarung, abgeleitet von den in den Ansprüchen und Äquivalenten davon definierten Inhalten, abzuweichen.
Bezugszeichenliste

1: Detektionseinheit
10, 12, 13: Lichtempfangsschaltung
11: Lichtempfangsschaltung
20: Abtaster
21: Fehlerdetektor
22: Fehlerkorrekturschaltung
30: Messschaltung
40: Steuerschaltung
50, 51, 52, 53, 54, 55, 56: Pixel
75, 76: Lichtabschirmabschnitt
80, 81: Öffnungsfläche
90: Lastelement
91, 91, 92: Aktive Wiederaufladeschaltung
100, 101, 102: Lichtempfangsvorrichtung
200: Entfernungsmessvorrichtung
255: Lichtemittierendes Element
256: Leistungsversorgungsschaltung

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 2010091377 [0003]
JP 2014081254 [0003]
JP 2018179732 [0003]
JP 2008542706 [0003]

Claims

Eine Lichtempfangsvorrichtung, die Folgendes umfasst: eine Lichtempfangsschaltung, die ein Lichtempfangselement beinhaltet; eine Leistungsversorgungsschaltung, ausgelegt zum Liefern eines Leistungsversorgungspotenzials an die Lichtempfangsschaltung; und eine Steuerschaltung, ausgelegt zum Steuern des von der Leistungsversorgungsschaltung gelieferten Leistungsversorgungspotenzials auf Grundlage eines Signals, das von der Lichtempfangsschaltung in einer Reaktion mit einem Photon ausgegeben wird.
Lichtempfangsvorrichtung nach Anspruch 1, die ferner Folgendes umfasst: eine Lastschaltung, die mit der Lichtempfangsschaltung verbunden ist und einen Wiederaufladestrom an das Lichtempfangselement liefert, wobei die Steuerschaltung dazu ausgelegt ist, einen Parameter, darunter der Wiederaufladestrom der Lastschaltung und/oder ein Widerstandswert der Lastschaltung, auf Grundlage des Signals zu ändern.
Lichtempfangsvorrichtung nach Anspruch 2, die ferner Folgendes umfasst: mehrere der Lichtempfangsschaltungen, wobei die Steuerschaltung dazu ausgelegt ist, das Leistungsversorgungspotenzial der Leistungsversorgungsschaltung und/oder den Parameter der Lastschaltung, die mit mindestens einer der Lichtempfangsschaltungen verbunden ist, auf Grundlage des von den mehreren der Lichtempfangsschaltungen ausgegebenen Signals zu ändern.
Lichtempfangsvorrichtung nach Anspruch 3, die ferner Folgendes umfasst: einen Fehlerdetektor, ausgelegt zum Durchführen einer Fehlerbestimmung auf Grundlage einer Wellenform des von der Lichtempfangsschaltung ausgegebenen Signals, wobei die Steuerschaltung dazu ausgelegt ist, das Leistungsversorgungspotenzial der Leistungsversorgungsschaltung und/oder den Parameter der Lastschaltung, die mit mindestens einer der Lichtempfangsschaltungen verbunden ist, auf Grundlage der Anzahl von Fehlerbestimmungen für das von den mehreren der Lichtempfangsschaltungen ausgegebene Signal zu ändern.
Lichtempfangsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei mindestens eine der Lichtempfangsschaltungen zum Durchführen von passivem Wiederaufladen ausgelegt ist und die Steuerschaltung dazu ausgelegt ist, den Wiederaufladestrom der Lichtempfangsschaltung so anzupassen, dass die Anzahl von Fehlerbestimmungen kleiner als ein erster Schwellenwert ist.
Lichtempfangsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei mindestens eine der Lichtempfangsschaltungen zum Durchführen von aktivem Wiederaufladen ausgelegt ist und die Steuerschaltung dazu ausgelegt ist, eine Zeitverzögerung, in der ein Impuls für das aktive Wiederaufladen in der Lichtempfangsschaltung erzeugt wird, auf Grundlage der Anzahl von Fehlerbestimmungen anzupassen.
Lichtempfangsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei der Fehlerdetektor zum Durchführen einer Fehlerbestimmung für das Signal, dessen Impulsbreite einen zweiten Schwellenwert überschreitet, und/oder das Signal, dessen Abstand zwischen Impulsen kleiner als ein dritter Schwellenwert ist, ausgelegt ist.
Lichtempfangsvorrichtung nach Anspruch 3, die ferner Folgendes umfasst: eine Fehlerkorrekturschaltung, ausgelegt zum Durchführen einer Fehlerbestimmung auf Grundlage einer Wellenform des von der Lichtempfangsschaltung ausgegebenen Signals und Korrigieren der Wellenform des Signals, für das die Fehlerbestimmung durchgeführt wurde.
Lichtempfangsvorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Fehlerkorrekturschaltung zum Durchführen einer Fehlerbestimmung für das Signal, dessen Impulsbreite einen zweiten Schwellenwert überschreitet, und/oder das Signal, dessen Abstand zwischen Impulsen kleiner als ein dritter Schwellenwert ist, ausgelegt ist.
Lichtempfangsvorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Steuerschaltung dazu ausgelegt ist, das Leistungsversorgungspotenzial der Leistungsversorgungsschaltung und/oder den Parameter der Lastschaltung, die mit mindestens einer der Lichtempfangsschaltungen verbunden ist, auf Grundlage der Anzahl von Fehlerbestimmungen für das von den mehreren der Lichtempfangsschaltungen ausgegebene Signal zu ändern.
Lichtempfangsvorrichtung nach Anspruch 10, wobei mindestens eine der Lichtempfangsschaltungen zum Durchführen von passivem Wiederaufladen ausgelegt ist und die Steuerschaltung dazu ausgelegt ist, den Wiederaufladestrom beim passiven Wiederaufladen der Lichtempfangsschaltung auf Grundlage der Anzahl von Fehlerbestimmungen anzupassen.
Lichtempfangsvorrichtung nach Anspruch 10, wobei mindestens eine der Lichtempfangsschaltungen zum Durchführen von aktivem Wiederaufladen ausgelegt ist und die Steuerschaltung dazu ausgelegt ist, eine Zeitverzögerung, in der ein Impuls für das aktive Wiederaufladen in der Lichtempfangsschaltung erzeugt wird, auf Grundlage der Anzahl von Fehlerbestimmungen anzupassen.
Lichtempfangsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Lichtempfangselement eine Avalanche-Fotodiode ist.
Entfernungsmessvorrichtung, die Folgendes umfasst: ein lichtemittierendes Element; mehrere Lichtempfangsschaltungen, die das Lichtempfangselement beinhalten; eine Leistungsversorgungsschaltung, ausgelegt zum Liefern eines Leistungsversorgungspotenzials an die mehreren Lichtempfangsschaltungen; und eine Steuerschaltung, ausgelegt zum Steuern des Leistungsversorgungspotenzials auf Grundlage eines von den mehreren Lichtempfangsschaltungen ausgegebenen Signals in einer Reaktion mit einem Photon während einer Periode, in der das lichtemittierende Element kein Licht emittiert.
Entfernungsmessvorrichtung nach Anspruch 14, die ferner Folgendes umfasst: mehrere Lastschaltungen, die mit jeder der Lichtempfangsschaltungen verbunden sind und einen Wiederaufladestrom an das Lichtempfangselement liefern, wobei die Steuerschaltung dazu ausgelegt ist, einen Widerstandswert und/oder den Wiederaufladestrom der mehreren Lastschaltungen auf Grundlage des Signals zu steuern.
Entfernungsmessvorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Steuerschaltung dazu ausgelegt ist, eine Zeitverzögerung, in der ein Impuls zum aktiven Wiederaufladen in mindestens einer der Lichtempfangsschaltungen erzeugt wird, auf Grundlage des Signals anzupassen.
Lichtempfangsschaltung, die Folgendes umfasst: ein Lichtempfangselement; eine Stromquelle; einen Schalter, der entweder eine mit einem Referenzpotenzial verbundene erste Kontaktseite oder eine mit dem Lichtempfangselement verbundene zweite Kontaktseite einschalten kann; eine Stromspiegelschaltung, ausgelegt zum Liefern, von einer Ausgangsseite, eines zweiten Stroms, der durch Spiegeln eines zwischen dem Referenzpotenzial und der Stromquelle fließenden ersten Stroms erhalten wird; und einen Transistor mit einer ersten Signalelektrode, die mit dem Referenzpotenzial verbunden ist, einer zweiten Signalelektrode, die mit dem Lichtempfangselement und der Ausgangsseite der Stromspiegelschaltung verbunden ist, und einer Steuerelektrode, die mit dem Schalter verbunden ist.
Lichtempfangsschaltung nach Anspruch 17, die ferner Folgendes umfasst: mehrere des Schalters und des Transistors, wobei die Lichtempfangsschaltung so ausgelegt ist, dass ein dritter Strom, der durch Multiplizieren des ersten Stroms mit N (N ist eine positive ganze Zahl) erhalten wird, als Reaktion auf ein Schalten des Schalters an das Lichtempfangselement geliefert wird.
Lichtempfangsschaltung nach Anspruch 17, die ferner Folgendes umfasst: eine Ausleseschaltung, ausgelegt zum Erzeugen eines Impulses, wenn das Lichtempfangselement mit einem Photon reagiert.
Lichtempfangsschaltung, die Folgendes umfasst: ein Lichtempfangselement; mehrere Widerstände, die zwischen einem Referenzpotenzial und dem Lichtempfangselement parallel geschaltet sind; mehrere Schalter, die jeweils mit dem Widerstand in Reihe geschaltet sind; und eine Ausleseschaltung, ausgelegt zum Erzeugen eines Impulses, wenn das Lichtempfangselement mit einem Photon reagiert, wobei die Lichtempfangsschaltung so ausgelegt ist, dass ein an das Lichtempfangselement gelieferter Strom gemäß dem Schalten der Schalter angepasst wird.