TW202001288A - 光接收裝置及距離測量裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示一種光接收裝置，其包括一像素陣列，該像素陣列包含複數個像素，該複數個像素之各者包含一感光元件，該感光元件經組態以回應於由該感光元件偵測到一光子而產生一信號，其中該複數個像素包含：一第一像素，其具有一第一敏感度以偵測入射於該第一像素上之一第一光子；及一第二像素，其具有一第二敏感度以偵測入射於該第二像素上之一第二光子，其中該第二敏感度低於該第一敏感度。

Description

光接收裝置及距離測量裝置
本發明係關於一種光接收裝置及一種距離測量裝置。
一距離測量裝置包含經組態以回應於光子光接收而產生一信號之一元件作為一光接收單元(參考(例如) PTL 1)。根據一習知技術之此一距離測量裝置具有藉由設計藉由累積一預定測量時間內之飛行時間(TOF)之測量結果所獲得之一直方圖之信號處理來擴大之一動態範圍。具體而言，在一低光量之一情況中偵測脈衝之數目，且在一高光量之一情況中偵測一脈衝寬度。 [引用列表] [專利文獻]
[PTL 1] JP 2014-81254A
[技術問題]
本發明意欲提供一種能夠在無需設計直方圖信號處理之情況下擴大一動態範圍之光接收裝置及一種包含該光接收裝置之距離測量裝置。 [問題之解決方案]
根據本發明，提供一種光接收裝置。該光接收裝置包括一像素陣列，該像素陣列包含複數個像素，該複數個像素之各者包含一感光元件，該感光元件經組態以回應於由該感光元件偵測到一光子而產生一信號，其中該複數個像素包含：一第一像素，其具有一第一敏感度以偵測入射於該第一像素上之一第一光子；及一第二像素，其具有一第二敏感度以偵測入射於該第二像素上之一第二光子，其中該第二敏感度低於該第一敏感度。
根據本發明，提供一種光接收系統。該光接收系統包括：一光源，其經組態以使用光來照射一測量物件；及一光接收裝置，其經組態以接收由該測量物件反射之光，其中該光接收裝置包含一像素陣列，該像素陣列包含複數個像素，該複數個像素各包含一感光元件，該感光元件經組態以回應於偵測到入射於該感光元件上之至少一光子而產生一信號，且該像素陣列單元包含：一第一像素，其具有一第一敏感度以偵測入射於該第一像素上之一第一光子；及一第二像素，其具有一第二敏感度以偵測入射於該第二像素上之一第二光子，其中該第二敏感度低於該第一敏感度。 [發明之有利效應]
根據本發明之一實施例，可在不設計直方圖信號處理之情況下達成動態範圍擴大。
應注意，本發明未必受限於上述效應，而是可達成本說明書中所揭示之任何效應。另外，本說明書中所揭示之效應僅供例示，且本發明不受限於此，而是可達成額外效應。
相關申請案之交叉參考 本申請案主張2018年4月20日申請之日本優先專利申請案JP 2018-081068之權利，該案之全部內容以引用的方式併入本文中。
下文參考附圖來詳細描述用於實施本發明之技術之一模式(下文指稱一「實施例」)。本發明之技術不受限於實施例，且實施例中之各種值及其類似者僅供例示。在以下描述中，相同元件或具有相同功能之元件由一相同元件符號標示，且將省略元件之任何重複描述。應注意，將依以下順序給出描述。 1. 根據本發明之實施例之光接收裝置及距離測量裝置之一般描述。 2. 根據實施例之距離測量裝置 2-1. 包含SPAD元件之光接收裝置之基本組態 2-2. SPAD元件之無感時間DT 3. 根據實施例之光接收裝置 3-1. 實例1 (其中改變光接收區域之實例) 3-2. 實例2 (其中改變半導體層厚度之實例) 3-3. 實例3 (其中改變過度偏壓電壓之實例) 3-4. 實例4 (實例3之修改方案：其中調整過度偏壓電壓之實例) 4. 根據本發明之實施例之技術之例示性應用(例示性移動物件) 5. 本發明之組態
＜根據本發明之實施例之光接收裝置及距離測量裝置之一般描述＞ 在根據本發明之一實施例之一光接收裝置及一距離測量裝置中，一第一敏感度可為允許偵測具有低於一預定光強度之一強度之入射光之一敏感度，且一第二敏感度可為在一預定光量處或一預定光量以下因其而未達到飽和之一敏感度。
在具有上述較佳組態之本發明之光接收裝置及距離測量裝置中，具有第一敏感度之一像素之光接收區域可大於具有第二敏感度之一像素之光接收區域，且具有第一敏感度之像素之一光接收單元之一半導體層之厚度可大於具有第二敏感度之像素之一光接收單元之一半導體層之厚度。
另外，在具有上述較佳組態之本發明之光接收裝置及距離測量裝置中，具有第一敏感度之像素之過度偏壓電壓之電壓值可高於具有第二敏感度之像素之過度偏壓電壓之電壓值。在此情況中，過度偏壓電壓之電壓值可由施加於光接收單元之一陽極電極之陽極電壓之電壓值設定。另外，可根據環境光之一強度來設定陽極電極之電壓值。
另外，在具有上述較佳組態之本發明之光接收裝置及距離測量裝置中，光接收單元可包含一單光子雪崩二極體。
＜根據實施例之距離測量裝置＞ 圖1係繪示根據本發明之一實施例之一距離測量裝置的一示意組態圖。根據本實施例之此距離測量裝置1採用測量朝向一物件10 (作為一測量物件)發射之光(例如雷射束)在物件10處反射之後返回前之一時間之一飛行時間(TOF)方法作為測量與物件10之距離之一測量方法。為達成藉由TOF方法來測量距離，根據本實施例之距離測量裝置1包含一光源20及一光接收裝置30。另外，光接收裝置30係根據本發明之實施例之一光接收裝置，如稍後將描述。
圖2A及圖2B繪示根據本實施例之距離測量裝置1之一特定組態。光源20包含(例如)一雷射驅動器21、一雷射光源22及一擴散透鏡23，且將一雷射束發射至物件10。雷射驅動器21在一控制單元40之控制下驅動雷射光源22。雷射光源22包含(例如)一半導體雷射且由雷射驅動器21驅動以發射一雷射束。擴散透鏡23擴散自雷射光源22發射之雷射束且將擴散雷射束發射至物件10。
光接收裝置30包含一光接收透鏡31、一光感測器32及一邏輯電路33，且接收自雷射照射單元20發射及在物件10處反射之後作為一反射雷射束返回之一照射雷射束。光接收透鏡31將自物件10反射之雷射束聚集至光感測器32之一光接收表面上。光感測器32在各像素處接收自物件10反射以穿過光接收透鏡31之雷射束，且光電轉換雷射束。
透過邏輯電路33來將自光感測器32輸出之一信號供應至控制單元40。稍後將詳細描述光感測器32。控制單元40由(例如)一中央處理單元(CPU)或其類似者達成，控制光源20及光接收裝置30，且測量自光源20朝向物件10發射之一雷射束在物件10處反射之後返回前之一時間t。可基於時間t來計算與物件10之一距離L。藉由在脈衝光自光源20發射之一時點開始一計時器且在脈衝光由光接收裝置30接收之一時點停止計時器之一方法來測量時間t。在另一時間測量方法中，可在一預定時段內自光源20發射一脈衝光，可在脈衝光由光接收裝置30接收時偵測一時段，且可基於光發射時段與光接收時段之間的相位差來測量時間t。執行時間測量多次，且藉由偵測藉由累積多次測量之時間所獲得之一直方圖之一峰值來測量時間t。
光感測器32可為二維陣列感測器(所謂之區域感測器)(其中各包含一光接收單元之像素安置成二維陣列)或可為一維陣列感測器(所謂之線感測器)(其中各包含一光接收單元之像素安置成直線)。
另外，在本實施例中，光感測器32係各像素之光接收單元包含經組態以回應於光子光接收而產生一信號之一元件(諸如一單光子雪崩二極體(SPAD)元件)之一感測器。具體而言，根據本實施例之光接收裝置30具有各像素之光接收單元包含SPAD元件之一組態。應注意，光接收單元不限於為SPAD元件，而是可為各種元件之一者，諸如一雪崩光二極體(APD)及一電流輔助光子解調變器(CAPD)。
[包含SPAD元件之光接收裝置之基本電路] 圖3A繪示包含SPAD元件之光接收裝置30之一基本像素電路之一第一實例，且圖3B繪示其之一第二實例。此處，各圖式繪示一個像素之基本組態。
在根據第一實例之一像素電路50中，一SPAD元件51具有透過一電阻元件R (作為一負載)來與具有一電源電壓VDD 之一端子52連接之一陰極電極及與具有一陽極電壓Vbd 之一端子53連接之一陽極電極。一端子52及一端子53耦合至一電壓源以分別提供一電源電壓VDD 及一陽極電壓Vbd 。陽極電壓Vbd 係引起雪崩倍增之一大負電壓。一電容器元件C連接陽極電極及接地。另外，SPAD元件51之一陰極電壓VCA 透過一CMOS反相器54來導出為一SPAD輸出(像素輸出)，CMOS反相器54包含彼此串聯連接之一P型MOS電晶體Qp 及一N型MOS電晶體Qn 。
SPAD元件51具有等於或高於一崩潰電壓VBD 之一電壓。等於或高於崩潰電壓VBD 之一過度電壓指稱一過度偏壓電壓VEX 且通常為約2 V至約5 V。SPAD元件51在稱為蓋革(Geiger)模式之一區域(其中不存在穩定DC點)中操作。圖4A繪示SPAD元件51之PN接面之一I (電流)-V (電壓)特性。
根據第二實例之像素電路50與第一實例之不同點在於：根據第一實例之像素電路50中作為一負載之電阻元件R由一P型MOS電晶體QL 替換。另一電路組態基本上相同。
隨後，將參考圖4B中所繪示之一波形圖來描述如上文所描述般組態之像素電路50之一電路操作。
在無電流流動通過SPAD元件51之一狀態中，將VDD -Vbd 之一電壓施加於SPAD元件51。電壓值(VDD -Vbd )係(VBD +VEX )。接著，一暗電子產生率DCR (暗計數率)及由光照射產生之電子引起SPAD元件51之PN接面部分處之雪崩倍增以藉此產生雪崩電流。此現象甚至隨機發生於一光屏蔽狀態(其中無光入射)中。此係暗電子產生率DCR。
當陰極電壓VCA 減小且SPAD元件51之端子之間的電壓變成一PN二極體之崩潰電壓VBD 時，雪崩電流停止。接著，透過作為一負載之電阻元件R (或P型MOS電晶體QL )來釋放雪崩倍增處所產生及累積之電子，且陰極電壓VCA 恢復至電源供應電壓VDD 及返回至初始狀態。此操作係一所謂之淬滅操作。
當光入射於SPAD元件51上且產生至少一對之電子及電洞時，對產生雪崩電流。因此，甚至可依一特定機率PDE (光子偵測效率)偵測到一個光子之入射。偵測此光子之機率PDE通常為約百分之幾至約20%。
重複上述操作。另外，在此系列操作中，陰極電壓VCA 藉由CMOS反相器54來波形成形，且獲得具有一脈衝寬度T及一光子之到達時間(作為一起點)之一脈衝信號作為SPAD輸出(像素輸出)。
如上文所描述，SPAD元件51係能夠依一特定機率PDE偵測一單一光子之入射之一高效能光感測器。然而，在已執行光子偵測一次之後，SPAD元件51具有在此期間SPAD元件51無法對光子作出反應之一時段，即，數ns至數十ns之一無感時間(DT)。因此，當滿足一大光量條件以提高光子之偵測頻率時，無感時間DT之總持續時間相對於觀察時間變得過長而無法忽略，且光偵測之準確度降低。
[無法對光子作出反應之無感時間DT] 下文參考圖5中之一波形圖來更具體描述SPAD元件51無法對光子作出反應之無感時間DT。如上文所描述，SPAD元件51具有在此期間無法對光入射作出反應(其可歸因於其中陰極電壓VCA 恢復至電源電壓VDD 之一時間)之無感時間DT。例如，在區域a中，雪崩倍增發生兩次，且因此產生兩個脈衝信號作為SPAD輸出。然而，在區域b中，雪崩倍增發生兩次，但僅產生一個脈衝信號。
理論上，SPAD元件51不針對所發生之光入射產生SPAD輸出，直至陰極電壓VCA 在SPAD元件51作出一次反應之後之下一階段中變成等於或高於CMOS反相器54之一臨限電壓之一電壓。因此，此持續時間係無感時間DT，且脈衝寬度T係一臨限值。
在圖5之情況中，SPAD元件51上之照射光量相對較小。在照射光量相對較大且光反應次數較多之一情況中，SPAD元件51之實際回應次數在區域c及d中增加(如圖6中所繪示)，但歸因於無感時間DT之影響之脈衝信號計數之遺漏受很大影響。此現象在一長無感時間DT及一高光子偵測機率PDE之條件下變得更明顯。
下文將給出一更詳細邏輯表式。在以下表式中，m係一脈衝信號計數值，n係入射光量之一理想回應頻率，且tdead 係無感時間DT之一時間。
Figure 02_image001
由於無感時間DT之時間tdead 較長且相對於入射光量之理想回應頻率n較大，所以與理論表式之偏差較大。
SPAD元件51之理想特性係脈衝信號計數值m相對於入射光量線性改變。然而，具有一較大無感時間DT之一樣本趨向於在較弱入射光下達到飽和，如圖7A中所繪示。此趨勢更可能發生於具有一較高光子偵測機率PDE之一SPAD (換言之，具有一較高敏感度之一SPAD)上，如圖7B中所繪示。因此，圖7B中所繪示之特性指示具有一較高敏感度之一SPAD趨向於較快達到飽和。
順便而言，如稍後將描述，包含光接收裝置30 (其中使用SPAD元件51作為光感測器32)之距離測量裝置1可安裝及用於諸如一汽車之一移動物件上。例如，在一汽車之自動操作中，要求汽車能夠透過使用一雷射束(根據規定，其具有一最大光量限制)照射來偵測前方300 m之一障礙物。因此，需要SPAD元件51之敏感度較高。然而，SPAD元件51需要即使在朝陽、強反射光或其類似者之條件下正常操作，且不應在圖7A及圖7B中所繪示之一顧客請求最大光量處或其以下達到飽和。因此，要求其中使用SPAD元件51作為光感測器32之光接收裝置30在一高動態範圍內操作，換言之，能夠在弱入射光下作出反應，但不在強入射光下達到飽和。
＜根據實施例之光接收裝置＞ 在本實施例中，為擴大動態範圍，在包含一像素陣列單元(其包含複數個像素，該複數個像素各包含SPAD元件51)之光接收裝置30中，像素陣列單元包含具有第一敏感度之一像素(所謂之高敏感度像素)及具有低於第一敏感度之第二敏感度之一像素(所謂之低敏感度像素)。因此，高敏感度像素對弱入射光作出反應且低敏感度像素對強入射光作出反應，其導致動態範圍擴大。
高敏感度像素之敏感度(即，第一敏感度)可為允許偵測具有低於一預定光強度之一強度之入射光(具有小於一預定量之量之光子)之一敏感度。另外，低敏感度像素之敏感度(即，第二敏感度)較佳為在一預定光量處或一預定光量以下(具體而言，在圖7A及圖7B中所繪示之顧客請求最大光量處或其以下)因其而未達到飽和之一敏感度。
在此實例中，將像素敏感度設定為第一敏感度及第二敏感度處之兩個級，但本發明不受限於將敏感度設定為兩個級。第一敏感度及第二敏感度之一或兩者可進一步再分為三個或三個以上級處之一組敏感度。
下文將描述用於擴大動態範圍之本實施例之具體實例。
[實例1] 實例1係藉由改變像素陣列單元中各像素之大小來擴大動態範圍之一實例。圖8繪示根據實例1之像素陣列單元之一示意組態。
在實例1中，將像素安置成二維矩陣之一像素陣列單元60包含具有一相對較大像素大小之一第一像素61及具有小於第一像素61之像素大小之一像素大小之一第二像素62。
應注意，此實例例示性描述將第一像素61及四個第二像素62 (其等安置於具有等於第一像素61之大小之一大小之一區域中)配置成一晶格之一像素配置。然而，本發明不受限於此像素配置，而是基本上可應用於將第一像素61及第二像素62混合成像素陣列單元60之任何像素配置。
第一像素61及第二像素62之像素大小之間的差異意謂第一像素61及第二像素62之光接收區域彼此不同。具體而言，如自圖8可見，第一像素61之光接收區域大於第二像素62之光接收區域。因此，第一像素61具有高於第二像素62之敏感度之一敏感度。
如上文所描述，在像素陣列單元60中，根據實例1之光接收裝置30包含具有一相對較大像素大小(光接收區域)之第一像素61及具有一相對較小像素大小(光接收區域)之第二像素62。由於此組態，可由第一像素61在一低入射光量之條件下可靠地偵測光子，且可在一高入射光量之條件下由第二像素62在不飽和情況下執行偵測操作。因此，擴大光接收裝置30之動態範圍。
(實例1之例示性應用) 實例1可具有如下例示性應用。 - 例示性應用1 第一像素61及第二像素62之輸出可根據像素大小來加權且經求和以執行光量判定。安裝於一移動物件(諸如一汽車)上之一距離測量裝置(諸如一光偵測及測距雷射成像偵測及測距(LIDAR)裝置)除具有藉由測量一雷射束在一物件處反射之後返回前之一時間來計算與物件之距離之功能之外，亦具有藉由判定反射光之光量來辨識物件之功能(例如辨識道路上一白線之功能)。此等功能需要判定反射光之光量，且因此可使用判定之一結果以根據像素大小(光接收區域)來使第一像素61及第二像素62之輸出加權且基於其總和來判定反射光之光量。
- 例示性應用2 可取決於環境光之強度(光量)來操作具有任一像素大小之僅一像素(第一像素61或第二像素62)。安裝於一移動物件(諸如一汽車)上之一距離測量裝置(諸如一LIDAR裝置)具有在發射一雷射束之前在一非光發射狀態中判定環境光之程度之一準備模式。可使用準備模式中之一判定結果以基於環境光之強度來判定使用具有一大像素大小之第一像素61或具有一小像素大小之第二像素62。
- 例示性應用3 可依一時間順序方式選擇性使用具有一相對較大像素大小之第一像素61及具有一相對較小像素大小之第二像素62。例如，可交替操作具有一大像素大小之第一像素61及具有一小像素大小之第二像素62，或可基於一先前評估結果來判定使用具有一大像素大小之第一像素61或具有一小像素大小之第二像素62。
[實例2] 實例2係藉由改變一像素之光接收單元之半導體層之厚度來擴大動態範圍之一實例。圖9A繪示根據實例2之像素陣列單元之一示意組態，且圖9B繪示光接收單元之一截面結構。
如圖9B中所繪示，一半導體基板(例如一p- 基板71)包含經組態以透過作為一半導體層之一n- 井72與一p+ 擴散層73之底面之間的一pn接面來引起雪崩倍增之一SPAD元件。一p- 井74之一護環形成於p+ 擴散層73之一周邊部分處。因此，防止軟崩潰發生於低於崩潰電壓VBD 之一電壓處。
在具有上述結構之光接收單元中，電子-電洞對更可能產生於SPAD元件中之光入射處，其中作為一半導體層之n- 井72具有一較大厚度t且光子偵測機率PDE及敏感度因此較高。因此，在實例2中，藉由改變SPAD元件之n- 井72之厚度t來將具有一相對較高敏感度之一第一像素63及具有一相對較低敏感度之一第二像素64提供於像素陣列單元60中，如圖9A中所繪示。
應注意，此實例例示性描述將作為一高敏感度像素之第一像素63及作為一低敏感度像素之第二像素64配置成一晶格之一像素配置。然而，本發明不受限於此像素配置，而是基本上可應用於將第一像素63及第二像素64混合成像素陣列單元60之任何像素配置。
在實例2中，當將高敏感度像素及低敏感度像素混合成像素陣列單元60時，作為一高敏感度像素之第一像素63中之SPAD元件之n- 井72之厚度t大於作為一低敏感度像素之第二像素64中之厚度。
如上文所描述，在像素陣列單元60中，根據實例2之光接收裝置30包含具有n- 井72之一相對較大厚度t之第一像素63及具有n- 井72之一相對較小厚度t之第二像素64。由於此組態，第一像素63可在一小入射光量之條件下可靠地偵測光子，且第二像素64可在一大入射光量之條件下在未達到飽和之情況下執行偵測操作。因此，擴大光接收裝置30之動態範圍。
(實例2之例示性應用) 實例2可與實例1組合使用。具體而言，在像素陣列單元60中，光接收裝置30除包含具有n- 井72之一相對較大厚度t之第一像素63及具有n- 井72之一相對較小厚度t之第二像素64之外，亦可包含具有一相對較大像素大小之第一像素61及具有一相對較小像素大小之第二像素62。
另外，實例2可具有類似於實例1之例示性應用1至3之例示性應用。 - 例示性應用1 第一像素63及第二像素64之輸出可根據n- 井72之厚度t來加權且經求和以執行光量判定。其具體實例相同於實例1之例示性應用1中之實例。 - 例示性應用2 可取決於環境光之強度(光量)而操作具有n- 井72之任一厚度t之唯一像素(第一像素63或第二像素64)。其具體實例相同於實例1之例示性應用2中之實例。 - 例示性應用3 可依一時間順序方式選擇性使用具有n- 井72之一相對較大厚度t之第一像素63及具有n- 井72之一相對較小厚度t之第二像素64。其具體實例相同於實例1之例示性應用3中之實例。
[實例3] 實例3係藉由改變一像素之光接收單元(換言之，SPAD元件之過度偏壓電壓VEX )來擴大動態範圍之一實例。過度偏壓電壓VEX 係等於或大於施加於SPAD元件之崩潰電壓VBD 之一過度電壓。圖10A繪示根據實例3之像素陣列單元之一示意組態，且圖10B繪示過度偏壓電壓VEX 與機率PDE (作為一敏感度指數)之間的關係。
如自圖10B可見，可藉由減小過度偏壓電壓VEX 之電壓值來降低光子偵測機率PDE (換言之，SPAD元件之敏感度)，且光飽和因此不可能發生於一大光量之條件下。另外，當減小過度偏壓電壓VEX 之電壓值時，減小SPAD輸出之脈衝寬度(換言之，無法對光子作出反應之無感時間DT)(如圖11中所繪示)，且因此可基於上述理論表式來改良一大光量條件下之光飽和特性。
過度偏壓電壓VEX 、光子偵測機率PDE、無法對光子作出反應之無感時間DT及SPAD元件之特性具有如下之一關係。具體而言，具有一相對較高過度偏壓電壓VEX 、一相對較高機率PDE及一相對較長無感時間DT之SPAD元件具有一相對較高敏感度且相對較有可能達到飽和。具有一相對較低過度偏壓電壓VEX 、一相對較低機率PDE及一相對較短無感時間DT之SPAD元件具有一相對較低敏感度且相對更不可能達到飽和。
依此方式，可基於施加於SPAD元件之過度偏壓電壓VEX 之電壓值來調整SPAD元件之敏感度。可基於提供至圖3A及圖3B中之端子53之陽極電壓Vbd 之電壓值來改變過度偏壓電壓VEX 之電壓值。如上文所描述，陽極電壓Vbd 由至少一電壓源提供。通常，將陽極電壓Vbd 之電壓值設定為像素陣列單元中之像素共用之一固定值。
因此，在實例3中，藉由改變施加於SPAD元件之過度偏壓電壓VEX 之電壓值來將具有一相對較高敏感度之一第一像素65及一相對較低敏感度之一第二像素66提供於像素陣列單元60中，如圖10A中所繪示。
應注意，此實例例示性描述將作為一高敏感度像素之第一像素65及作為一低敏感度像素之第二像素66配置成一晶格之一像素配置。然而，本發明不受限於此像素配置，而是基本上可應用於將第一像素65及第二像素66混合成像素陣列單元60之任何像素配置。另外，過度偏壓電壓VEX 之電壓值不受限於設定為第一像素65及第二像素66處之兩個級，而是可設定為三個或三個以上級。具體而言，像素配置可包含具有一高敏感度像素、一中間敏感度像素及一低敏感度像素之像素混合物。
如上文所描述，在像素陣列單元60中，根據實例3之光接收裝置30包含具有一相對較高過度偏壓電壓VEX 之第一像素65及具有一相對較低過度偏壓電壓VEX 之第二像素66。由於此組態，第一像素65可在一小入射光量之條件下可靠地偵測光子，且第二像素66可在一大入射光量之條件下在未達到飽和之情況下執行偵測操作。因此，擴大光接收裝置30之動態範圍。
(實例3之例示性應用) 實例3可與實例1組合使用、與實例2組合使用或與實例1及實例2組合使用。具體而言，在像素陣列單元60中，光接收裝置30除包含具有一相對較高過度偏壓電壓VEX 之第一像素65及具有一相對較低過度偏壓電壓VEX 之第二像素66之外，亦可包含具有一相對較大像素大小之第一像素61及具有一相對較小像素大小之第二像素62。
替代地，在像素陣列單元60中，光接收裝置30除包含具有一相對較高過度偏壓電壓VEX 之第一像素65及具有一相對較低過度偏壓電壓VEX 之第二像素66之外，亦可包含具有n- 井72之一相對較大厚度t之第一像素63及具有n- 井72之一相對較小厚度t之第二像素64。
替代地，在像素陣列單元60中，光接收裝置30除包含具有一相對較高過度偏壓電壓VEX 之第一像素65及具有一相對較低過度偏壓電壓VEX 之第二像素66之外，亦可包含具有一相對較大像素大小之第一像素61及具有一相對較小像素大小之第二像素62及具有n- 井72之一相對較大厚度t之第一像素63及具有n- 井72之一相對較小厚度t之第二像素64。
另外，實例3可具有類似於實例1之例示性應用1至3之例示性應用。 - 例示性應用1 第一像素65及第二像素66之輸出可根據過度偏壓電壓VEX 來加權且經求和以執行光量判定。其具體實例相同於實例1之例示性應用1中之實例。 - 例示性應用2 可取決於環境光之強度(光量)而操作具有任一過度偏壓電壓VEX 之僅一像素(第一像素65或第二像素66)。其具體實例相同於實例1之例示性應用2中之實例。 - 例示性應用3 可依一時間順序方式選擇性使用具有一相對較高過度偏壓電壓VEX 之第一像素65及具有一相對較低過度偏壓電壓VEX 之第二像素66。其具體實例相同於實例1之例示性應用3中之實例。
[實例4] 實例4係實例3之一修改方案，且係根據環境光之強度(光量)來調整過度偏壓電壓VEX 之電壓值之量值之一實例。圖12繪示根據實例4之光接收裝置之一示意組態。
在實例4中，類似於實例3，藉由改變SPAD元件之過度偏壓電壓VEX 來擴大動態範圍，且根據環境光之強度(光量)來調整過度偏壓電壓VEX 之電壓值之量值。因此，根據實例4之光接收裝置包含：一陽極電壓設定單元71，其經組態以設定施加於像素電路50之端子53之陽極電壓Vbd ；及一環境光偵測單元72，其經組態以偵測環境光之強度(光量)。
陽極電壓設定單元71根據由環境光偵測單元72偵測之環境光之強度來連續或分階段設定陽極電壓Vbd 之電壓值。因此，根據環境光之強度來連續或分階段調整過度偏壓電壓VEX 之電壓值之量值。因此，可在不改變像素大小(光接收區域)或光接收單元之半導體層之厚度之情況下改變像素敏感度，且因此可擴大動態範圍。
環境光偵測單元72可為一眾所周知之光感測器。替代地，一LIDAR裝置具有在雷射束發射之前在一非光發射狀態中判定環境光之程度之一準備模式。因此，在其中使用根據實例4之光接收裝置作為安裝於一移動物件(諸如一汽車)上之一距離測量裝置之光接收裝置之一情況中，可使用準備模式中所判定之環境光之強度作為陽極電壓設定單元71之一輸入。
應注意，在其中使用圖3A中所繪示之像素電路作為根據實例4之光接收裝置之像素電路50之一實例上進行以上描述，但相同描述適用於使用圖3B中所繪示之像素電路之一情況。
＜根據本發明之實施例之技術之例示性應用＞ 根據本發明之一實施例之技術可應用於各種產品。下文將描述更具體例示性應用。例如，根據本發明之一實施例之技術可達成為安裝於任何種類之移動物件(諸如一汽車、一電動汽車、一混合電動汽車、一機車、一自行車、一個人行動載具、一飛機、一飛行器、一船、一機器人、一施工機器及一農業機器(拖拉機))上之一距離測量裝置。
[移動物件] 圖13係繪示根據本發明之一實施例之技術可應用於其之一車輛控制系統7000 (作為一例示性移動物件控制系統)之一例示性示意組態的一方塊圖。車輛控制系統7000包含透過一通信網路7010來彼此連接之複數個電子控制單元。在圖13所繪示之實例中，車輛控制系統7000包含一驅動系統控制單元7100、一車身系統控制單元7200、一電池控制單元7300、一外部資訊偵測單元7400、一內部資訊偵測單元7500及一整合控制單元7600。連接此等複數個控制單元之通信網路7010可為符合一選用標準之一板上通信網路，諸如一控制區域網路(CAN)、一區域互連網路(LIN)、一區域網路(LAN)或一FlexRay (註冊商標)。
各控制單元包含：一微電腦，其經組態以根據各種電腦程式來執行算術處理；一儲存單元，其經組態以儲存(例如)由微電腦執行之電腦程式及用於各種計算之參數；及一驅動電路，其經組態以驅動各種控制目標裝置。各控制單元包含：一網路I/F，其用於執行透過通信網路7010來與另一控制單元通信；及一通信I/F，其用於執行透過有線通信或無線通信來與一車輛內外之一裝置、感測器或其類似者通信。圖13繪示一微電腦7610、一通用通信I/F 7620、一專用通信I/F 7630、一定位單元7640、一信標接收單元7650、一內部儀器I/F 7660、一語音影像輸出單元7670、一板上網路I/F 7680及一儲存單元7690作為整合控制單元7600之功能組態。類似地，任何其他控制單元包含一微電腦、一通信I/F、一儲存單元及其類似者。
驅動系統控制單元7100根據各種電腦程式來控制與一車輛之驅動系統相關之裝置操作。例如，驅動系統控制單元7100充當(例如)以下各者之一控制裝置：一驅動力產生裝置(諸如一內燃機或一驅動馬達)，其經組態以產生車輛之驅動力；一驅動力傳輸機構，其經組態以將驅動力轉移至車輪；一轉向機構，其經組態以調整車輛之角度；及一制動裝置，其經組態以產生車輛之制動力。驅動系統控制單元7100可具有(例如)一防抱死制動系統(ABS)或一電子穩定性控制(ESC)之一控制裝置之功能。
驅動系統控制單元7100與一車輛狀態偵測單元7110連接。車輛狀態偵測單元7110包含(例如)：一陀螺儀感測器，其經組態以偵測車身之軸向旋轉運動之角速度；一加速度感測器，其經組態以偵測車輛之加速度；及至少一感測器，其經組態以偵測(例如)加速踏板之操作量、制動踏板之操作量、方向盤之轉向角、引擎旋轉速度及車輪之旋轉速度。驅動系統控制單元7100藉由使用來自車輛狀態偵測單元7110之一信號輸入來執行算術處理且控制一內燃機、一驅動馬達、一電動轉向裝置、一制動裝置及其類似者。
車身系統控制單元7200根據各種電腦程式來控制安裝於車身上之各種裝置之操作。例如，車身系統控制單元7200充當一免鑰匙進入系統、一智慧型鑰匙系統、一電動窗裝置及各種燈(諸如一頭燈、一後燈、一制動燈、一指示燈及一霧燈)之一控制裝置。在此情況中，車身系統控制單元7200可接收由一可攜式裝置發射之無線電波作為一交替鑰匙或各種開關信號。車身系統控制單元7200接收無線電波或信號之輸入且控制車輛之一門鎖裝置、一電動窗裝置、一燈及其類似者。
電池控制單元7300根據各種電腦程式來控制作為驅動馬達之一電力供應源之一蓄電池7310。例如，電池控制單元7300自包含蓄電池7310之一電池裝置接收諸如電池溫度、電池輸出電壓或電池剩餘電量之資訊。電池控制單元7300藉由使用此等信號來執行算術處理，且控制蓄電池7310或包含於電池裝置中之一冷卻裝置或其類似者之溫度調整。
車輛外部資訊偵測單元7400偵測有關其上安裝車輛控制系統7000之車輛之外部之資訊。例如，外部資訊偵測單元7400與影像擷取單元7410或一外部資訊偵測單元7420之至少一者連接。影像擷取單元7410包含一飛行時間(TOF)攝影機、一立體攝影機、一單鏡頭攝影機、一紅外線攝影機或任何其他攝影機之至少一者。外部資訊偵測單元7420包含(例如)以下之至少一者：一環境感測器，其用於偵測當前天氣或氣候；或一周圍資訊偵測感測器，其用於偵測車輛控制系統7000安裝於其上之車輛周圍之任何其他車輛、一障礙物、一行人或其類似者。
例如，環境感測器可為以下之至少一者：一雨滴感測器，其經組態以偵測降雨；一霧氣感測器，其經組態以偵測霧氣；一日照感測器，其經組態以偵測日照之程度；或一雪花感測器，其經組態以偵測降雪。周圍資訊偵測感測器可為一超音波感測器、一雷達裝置或一光偵測及測距雷射成像偵測及測距(LIDAR)裝置之至少一者。影像擷取單元7410及外部資訊偵測單元7420可提供為獨立感測器或裝置，或可提供為其中整合複數個感測器或裝置之裝置。
在此，圖14繪示影像擷取單元7410及外部資訊偵測單元7420之例示性安裝位置。影像擷取單元7910、7912、7914、7916及7918提供於(例如)一車輛7900之前鼻、側視鏡、後保險槓、後門及車輛內之擋風玻璃之一上部分之至少一位置處。提供至前鼻之影像擷取單元7910及提供至車輛內之擋風玻璃之上部分之影像擷取單元7918主要獲取車輛7900之前側上之影像。提供至側視鏡之影像擷取單元7912及7914主要獲取車輛7900之兩側上之影像。提供至後保險槓或後門之影像擷取單元7916主要獲取車輛7900之後側上之一影像。提供至車輛內之擋風玻璃之上部分之影像擷取單元7918主要用於偵測(例如)一前方車輛、一行人、一障礙物、一交通燈、一交通標誌及一車道。
應注意，圖14繪示影像擷取單元7910、7912、7914及7916之例示性影像擷取範圍。影像擷取範圍a指示提供至前鼻之影像擷取單元7910之影像擷取範圍，影像擷取範圍b及c指示提供至各自側視鏡之影像擷取單元7912及7914之影像擷取範圍，且影像擷取範圍d指示提供至後保險槓或後門之影像擷取單元7916之影像擷取範圍。例如，當自上方觀看時，由影像擷取單元7910、7912、7914及7916擷取之影像資料經疊置以獲得車輛7900之一鳥瞰影像。
提供於車輛7900之前面、後面、兩側、轉角及擋風玻璃之一內上部分處之外部資訊偵測單元7920、7922、7924、7926、7928及7930可各為(例如)一超音波感測器或一雷達裝置。提供於車輛7900之前鼻、後保險槓、後門及擋風玻璃之內上部分處之外部資訊偵測單元7920、7926及7930可各為(例如)一LIDAR裝置。外部資訊偵測單元7920至7930主要用於偵測一前方車輛、一行人、一障礙物及其類似者。
描述繼續參考圖13。外部資訊偵測單元7400引起影像擷取單元7410擷取一外部影像並接收所擷取之影像資料。另外，外部資訊偵測單元7400自與其連接之外部資訊偵測單元7420接收偵測資訊。在其中外部資訊偵測單元7420係一超音波感測器、一雷達裝置或一LIDAR裝置之一情況中，外部資訊偵測單元7400發射(例如)超音波或電磁波且接收所接收之反射波之資訊。外部資訊偵測單元7400可基於所接收之資訊來執行物件偵測處理或一人、一汽車、一障礙物、一標誌、一路面上之一字元及其類似者之距離偵測處理。外部資訊偵測單元7400可基於所接收之資訊來執行辨識降雨、霧、一路面狀況及其類似者之環境辨識處理。外部資訊偵測單元7400可基於所接收之資訊來計算與一外部物件之距離。
另外，外部資訊偵測單元7400可基於所接收之影像資料來執行辨識一人、一汽車、障礙物、一標誌、一路面上之一字元及其類似者之影像辨識處理或距離偵測處理。外部資訊偵測單元7400可對所接收之影像資料執行諸如失真校正或定位之處理，且可合成影像資料與由另一影像擷取單元7410擷取之影像資料以產生一鳥瞰影像或一全景影像。外部資訊偵測單元7400可藉由使用由另一影像擷取單元7410擷取之影像資料來執行視角轉換處理。
內部資訊偵測單元7500偵測內部資訊。內部資訊偵測單元7500與(例如)經組態以偵測駕駛員之狀態之一駕駛員狀態偵測單元7510連接。駕駛員狀態偵測單元7510可包含(例如)：一攝影機，其經組態以擷取駕駛員之一影像；一活體感測器，其經組態以偵測駕駛員之活體資訊；或一麥克風，其經組態以收集內部語音。活體感測器提供至(例如)一座椅表面、方向盤或其類似者，且偵測坐在座椅上之一乘客或手握方向盤之駕駛員之活體資訊。基於來自駕駛員狀態偵測單元7510之偵測資訊輸入，內部資訊偵測單元7500可計算駕駛員之疲勞程度或注意力集中度或可判定駕駛員是否睡著。內部資訊偵測單元7500可對一收集語音信號執行諸如雜訊消除處理之處理。
整合控制單元7600根據各種電腦程式來控制車輛控制系統7000之整體操作。整合控制單元7600與一輸入單元7800連接。輸入單元7800由諸如一觸控面板、一按鈕、一麥克風、一開關或一控制桿之一裝置(一乘客可透過其來執行一輸入操作)達成。整合控制單元7600可接收透過一麥克風輸入之語音之語音辨識所獲取之資料。輸入單元7800可為(例如)使用紅外線或其他無線電波之一遠端控制裝置或能夠根據車輛控制系統7000來操作之一外部連接儀器(諸如一蜂巢式電話或一個人數位助理(PDA))。輸入單元7800可為(例如)一攝影機，其允許乘客透過手勢來輸入資訊。替代地，可輸入藉由偵測由乘客穿戴之一可穿戴裝置之運動所獲得之資料。此外，輸入單元7800可包含(例如)一輸入控制電路或其類似者，其經組態以基於由一乘客或其類似者透過上述輸入單元7800所輸入之資訊來產生一輸入信號且將輸入信號輸出至整合控制單元7600。乘客或其類似者操作輸入單元7800以輸入各種資料或向車輛控制系統7000給出一處理操作之一指令。
儲存單元7690可包含：一唯讀記憶體(ROM)，其經組態以儲存由微電腦執行之各種電腦程式；及一隨機存取記憶體(RAM)，其經組態以儲存(例如)各種參數、計算結果或感測器值。另外，輸出單元7690可由(例如)一磁性儲存裝置(諸如一硬碟機(HDD))、一半導體儲存裝置、一光學儲存裝置或一磁光儲存裝置達成。
通用通信I/F 7620係經組態以與存在於一外部環境7750中之各種儀器間接通信之一通用通信I/F。通用通信I/F 7620可實施一蜂巢式通信協定(諸如全球行動通信系統(GSM)(註冊商標))、WiMAX、長期演進(LTE)或進階LTE (LTE-A)或無線LAN (亦指稱WiFi (註冊商標))、Bluetooth (註冊商標)或其類似者之任何其他無線通信協定。通用通信I/F 7620可透過(例如)一基地台或一存取點來與一外部網路(例如網際網路、一雲端網路或一企業經營者之一專用網路)上之一儀器(例如一應用伺服器或一控制伺服器)連接。另外，通用通信I/F 7620可藉由使用(例如)一同級間(P2P)技術來與一終端機(例如一駕駛員、一行人或一商店之一終端機或車輛附近之一機器型通信(MTC)終端機)連接。
專用通信I/F 7630係支援為了用於一車輛中而制定之一通信協定之一通信I/F。專用通信I/F 7630可實施一標準協定(諸如車輛環境無線存取(WAVE))、專用短距離通信(DSRC)或蜂巢式通信協定作為低階層之IEEE802.11p及高階層之IEEE1609之組合。專用通信I/F 7630通常執行V2X通信作為包含車輛間通信、車輛與基礎設施通信、車輛與家庭通信及車輛與行人通信之一或多者之一概念。
定位單元7640自全球導航衛星系統(GNSS)衛星接收(例如) GNSS信號(例如自全球定位系統(GPS)衛星接收GPS信號)，執行定位，且產生包含車輛之緯度、經度及海拔之位置資訊。應注意，定位單元7640可透過與一無線存取點互換信號來確定當前位置或可自一終端機(諸如一蜂巢式電話、一PHS或具有一定位功能之一智慧型電話)獲取位置資訊。
信標接收單元7650接收(例如)自安裝於一道路上之一無線站或其類似者發射之無線電波或電磁波，且獲取諸如當前位置、一交通擁堵、一道路封閉或一所需行駛時間之資訊。應注意，信標接收單元7650之功能可包含於上述專用通信I/F 7630中。
內部儀器I/F 7660係經組態以間接連接於車輛中之微電腦7610與各種內部儀器7760之間的一通信介面。內部儀器I/F 7660可藉由使用一無線通信協定(諸如無線LAN、Bluetooth (註冊商標)、近場通信(NFC)或無線USB (WUSB))來建立無線連接。此外，內部儀器I/F 7660可透過一連接終端機(圖中未繪示)(及視需要一電纜)來建立諸如通用串列匯流排(USB)、高清晰度多媒體介面(HDMI)(註冊商標)或行動高清晰度鏈路(MHL)之有線連接。內部儀器7760可包含(例如)由一乘客擁有之一行動裝置或一可穿戴儀器或運送至或附接至車輛之一資訊儀器之至少一者。另外，內部儀器I/F 7660可包含經組態以搜尋至一選用目的地之一路徑之一導航裝置。內部儀器I/F 7660與內部儀器7760交換一控制信號或一資料信號。
板上網路I/F 7680係經組態以間接通信於微電腦7610與通信網路7010之間的一介面。板上網路I/F 7680根據由通信網路7010支援之一預定協定來傳送一信號或其類似者。
基於透過通用通信I/F 7620、專用通信I/F 7630、定位單元7640、信標接收單元7650、內部儀器I/F 7660及板上網路I/F 7680之至少一者所獲取之資訊，整合控制單元7600之微電腦7610根據各種電腦程式來控制車輛控制系統7000。例如，微電腦7610可基於所獲取之內部及外部資訊來計算一驅動力產生裝置、一轉向機構或一制動裝置之一控制目標值，且可將一控制命令輸出至驅動系統控制單元7100。例如，微電腦7610可執行協同控制以實施包含(例如)車輛之防撞或撞擊減緩、基於車間距離之跟車行駛、車速保持行駛、車輛碰撞預警或車道偏離預警之一先進駕駛員輔助系統(ADAS)之功能。另外，微電腦7610可執行協同控制以藉由基於車輛周圍所獲取之資訊控制驅動力產生裝置、轉向機構、制動裝置及其類似者來達成(例如)其中車輛獨立於駕駛員之一操作而自主行駛之自動駕駛。
微電腦7610可基於透過通用通信I/F 7620、專用通信I/F 7630、定位單元7640、信標接收單元7650、內部儀器I/F 7660或板上網路I/F 7680之至少一者所獲取之資訊來產生有關車輛與一周圍物件(諸如一結構或一人)之間的三維距離之資訊，且可產生包含車輛之當前位置周圍之資訊之區域地圖資訊。此外，微電腦7610可基於所獲取之資訊來預測諸如車輛碰撞、一行人或其類似者接近或進入一封閉道路之危險，且可產生一預警信號。預警信號可為(例如)用於產生預警聲音或接通一預警燈之一信號。
語音影像輸出單元7670將一語音輸出信號或一影像輸出信號之至少一者傳輸至能夠視覺或聽覺上向車上乘客或車外行人通知資訊之一輸出裝置。在圖13所繪示之實例中，輸出裝置係一音訊揚聲器7710、一顯示單元7720及一儀表板7730。顯示單元7720可包含(例如)一板上顯示器或一頭戴顯示器之至少一者。顯示單元7720可具有一擴增實境(AR)顯示功能。輸出裝置可為一耳機、安裝於乘客上之一可穿戴裝置(諸如一眼鏡顯示器)、一投射器、一燈或另一裝置來替代此等裝置。在其中輸出裝置係一顯示裝置之一情況中，顯示裝置視覺上顯示透過由微電腦7610執行之各種處理所獲得之一結果或依文字、影像、表、圖形及其類似者之各種格式自另一控制單元接收之資訊。另外，在其中輸出裝置係一聲音輸出裝置之一情況中，聲音輸出裝置將包含(例如)播放語音資料或聲波資料之一音訊信號轉換為一類比信號且輸出可聽信號。
應注意，在圖13所繪示之實例中，透過通信網路7610來彼此連接之至少兩個控制單元可整合為一個控制單元。替代地，一個別控制單元可包含複數個控制單元。此外，車輛控制系統7000可包含另一控制單元(圖中未繪示)。另外，以上描述中任何控制單元之部分或全部功能可由另一控制單元達成。換言之，只要透過通信網路7610來傳輸及接收資訊，則可在任何控制單元處執行預定算術處理。類似地，與任何控制單元連接之一感測器或一裝置可與另一控制單元連接，且複數個控制單元可透過通信網路7010來相互傳輸及接收偵測資訊。
上文已描述根據本發明之一實施例之技術可應用於其之一例示性車輛控制系統。根據本發明之一實施例之技術可應用於(例如)上述組態中之影像擷取單元7910、7912、7914、7916及7918及外部資訊偵測單元7920、7922、7924、7926、7928及7930。接著，當應用根據本發明之一實施例之技術時，可擴大光接收裝置之動態範圍，可對弱入射光作出反應，且可在強入射光下在未達到飽和之情況下執行操作，藉此達成(例如)能夠高度準確偵測一影像擷取目標之一車輛控制系統。
＜本發明之組態＞ 本發明可如下文將描述般組態。
＜＜A. 光接收裝置＞＞ [A-1] 一種光接收裝置，其包含： 一像素陣列單元，其包含複數個像素，該複數個像素各包含經組態以回應於光子光接收而產生一信號之一光接收單元，其中該像素陣列單元包含具有一第一敏感度之一像素及具有低於該第一敏感度之一第二敏感度之一像素。 [A-2] 如[A-1]之光接收裝置，其中該第一敏感度係允許偵測具有低於一預定光強度之一強度之入射光之一敏感度，且該第二敏感度係在一預定光量或更小處因其而未達到飽和之一敏感度。 [A-3] 如[A-2]之光接收裝置，其中具有該第一敏感度之該像素之一光接收區域大於具有該第二敏感度之該像素之一光接收區域。 [A-4] 如[A-2]之光接收裝置，其中具有該第一敏感度之該像素之該光接收單元之一半導體層之一厚度大於具有該第二敏感度之該像素之該光接收單元之一半導體層之一厚度。 [A-5] 如[A-2]之光接收裝置，其中具有該第一敏感度之該像素之過度偏壓電壓之一電壓值高於具有該第二敏感度之該像素之過度偏壓電壓之一電壓值。 [A-6] 如[A-5]之光接收裝置，其中該過度偏壓電壓之該電壓值由施加於該光接收單元之一陽極電極之陽極電壓之一電壓值設定。 [A-7] 如[A-6]之光接收裝置，其中根據環境光之一強度來設定該陽極電壓之該電壓值。 [A-8] 如[A-1]至[A-7]中任一項之光接收裝置，其中該光接收單元包含一單光子雪崩二極體。
＜＜B. 距離測量裝置＞＞ [B-1] 一種距離測量裝置，其包含： 一光源，其經組態以使用光來照射一測量物件；及 一光接收裝置，其經組態以接收該測量物件處反射之光，其中 該光接收裝置包含一像素陣列單元，該像素陣列單元包含複數個像素，該複數個像素各包含經組態以回應於光子光接收而產生一信號之一光接收單元，且 該像素陣列單元包含具有一第一敏感度之一像素及具有低於該第一敏感度之一第二敏感度之一像素。 [B-2] 如[B-1]之距離測量裝置，其中 該第一敏感度係允許偵測具有低於一預定光強度之一強度之入射光之一敏感度，且 該第二敏感度係在一預定光量或更小處因其而未達到飽和之一敏感度。 [B-3] 如[B-2]之距離測量裝置，其中具有該第一敏感度之該像素之一光接收區域大於具有該第二敏感度之該像素之一光接收區域。 [B-4] 如[B-2]之距離測量裝置，其中具有該第一敏感度之該像素之該光接收單元之一半導體層之一厚度大於具有該第二敏感度之該像素之該光接收單元之一半導體層之一厚度。 [B-5] 如[B-2]之距離測量裝置，其中具有該第一敏感度之該像素之過度偏壓電壓之一電壓值高於具有該第二敏感度之該像素之過度偏壓電壓之一電壓值。 [B-6] 如[B-5]之距離測量裝置，其中該過度偏壓電壓之該電壓值由施加於該光接收單元之一陽極電極之陽極電壓之一電壓值設定。 [B-7] 如[B-6]之距離測量裝置，其中根據環境光之一強度來設定該陽極電壓之該電壓值。 [B-8] 如[B-1]至[B-7]中任一項之距離測量裝置，其中該光接收單元包含一單光子雪崩二極體。 [C-1] 一種光接收裝置，其包括： 一像素陣列，其包含複數個像素，該複數個像素之各者包含一感光元件，該感光元件經組態以回應於由該感光元件偵測到一光子而產生一信號， 其中該複數個像素包含：一第一像素，其具有一第一敏感度以偵測入射於該第一像素上之一第一光子；及一第二像素，其具有一第二敏感度以偵測入射於該第二像素上之一第二光子，其中該第二敏感度低於該第一敏感度。 [C-2] 如[C-1]之光接收裝置，其進一步包括與該像素陣列通信之一處理器，其中該處理器經組態以在一時間間隔期間計數由該等感光元件之各者產生之一信號數目。 [C-3] 如[C-1]或[C-2]之光接收裝置，其中 該第一像素之該感光元件經組態以在一入射光量處飽和，該入射光量小於該第二像素之該感光元件經組態以飽和所處之一入射光量。 [C-4] 如[C-1]至[C-3]中任一項之光接收裝置，其中該第一像素之一光接收區域大於該第二像素之一光接收區域。 [C-5] 如[C-1]至[C-3]中任一項之光接收裝置，其中該第一像素中之該感光元件之一半導體層之一厚度大於該第二像素中之該感光元件之一半導體層之一厚度。 [C-6] 如[C-5]之光接收裝置，其中該第一像素中之該感光元件之一n井區域之一厚度大於該第二像素中之該感光元件之一n井區域之一厚度。 [C-7] 如[C-1]至[C-3]中任一項之光接收裝置，其進一步包括至少一電壓源，其中該至少一電壓源經組態以將一第一過度偏壓電壓提供至該第一像素及將一第二過度偏壓電壓提供至該第二像素，其中該第一過度偏壓電壓高於該第二過度偏壓電壓。 [C-8] 如[C-7]之光接收裝置，其中根據由該第一像素中之該感光元件之一陽極電極接收之一陽極電壓來設定該第一過度偏壓電壓。 [C-9] 如[C-8]之光接收裝置，其進一步包括： 一環境光偵測器，其經組態以偵測環境光之一強度， 其中根據環境光之該強度來設定該陽極電壓。 [C-10] 如[C-1]至[C-9]中任一項之光接收裝置，其中該感光元件包含一單光子雪崩二極體。 [C-11] 如[C-1]至[C-10]中任一項之光接收裝置，其中該光接收裝置經組態以安裝於一車輛中。 [C-12] 如[C-2]或[C-3]之光接收裝置，其中該處理器經組態以回應於該第一敏感度及/或該第二敏感度而將一加權因數施加於自該第一像素及/或該第二像素輸出之該信號。 [C-13] 如[C-2]或[C-3]之光接收裝置，其中該處理器經組態以基於由該處理器計數之該信號數目來判定自該光接收裝置至一物件之一距離。 [C-14] 如[C-2]或[C-3]之光接收裝置，其中該處理器經組態以基於由該處理器計數之該信號數目來辨識一物件。 [C-15] 如[C-2]或[C-3]之光接收裝置，其中該處理器經組態以偵測環境光之一強度， 其中基於環境光之該強度來判定該第一像素及/或該第二像素之一操作。 [C-16] 一種光接收系統，其包括： 一光源，其經組態以使用光來照射一測量物件；及 一光接收裝置，其經組態以接收由該測量物件反射之光，其中 該光接收裝置包含一像素陣列，該像素陣列包含複數個像素，該複數個像素各包含一感光元件，該感光元件經組態以回應於偵測到入射於該感光元件上之至少一光子而產生一信號，且 該像素陣列單元包含：一第一像素，其具有一第一敏感度以偵測入射於該第一像素上之一第一光子；及一第二像素，其具有一第二敏感度以偵測入射於該第二像素上之一第二光子，其中該第二敏感度低於該第一敏感度。 [C-17] 如[C-16]之光接收系統，其中該第一像素之該感光元件經組態以在一入射光量處飽和，該入射光量小於該第二像素之該感光元件經組態以飽和所處之一入射光量。 [C-18] 如[C-16]或[C-17]之光接收系統，其進一步包括至少一電壓源，其中該至少一電壓源經組態以將一第一過度偏壓電壓提供至該第一像素及將一第二過度偏壓電壓提供至該第二像素，其中該第一過度偏壓電壓高於該第二過度偏壓電壓。 [C-19] 如[C-18]之光接收系統，其中根據由該第一像素中之該感光元件之一陽極電極接收之一陽極電壓來設定該第一過度偏壓電壓。 [C-20] 如[C-16]至[C-19]中任一項之光接收系統，其中該感光元件包含一單光子雪崩二極體。
熟習技術者應瞭解，可取決於設計要求及其他因數而發生各種修改、組合、子組合及更改，只要其等係在隨附申請專利範圍或其等效物之範疇內。
1‧‧‧距離測量裝置 10‧‧‧物件 20‧‧‧光源/雷射照射單元 21‧‧‧雷射驅動器 22‧‧‧雷射光源 23‧‧‧擴散透鏡 30‧‧‧光接收裝置 31‧‧‧光接收透鏡 32‧‧‧光感測器 33‧‧‧邏輯電路 40‧‧‧控制單元 50‧‧‧像素電路 51‧‧‧單光子雪崩二極體(SPAD)元件 52‧‧‧端子 53‧‧‧端子 54‧‧‧CMOS反相器 60‧‧‧像素陣列單元 61‧‧‧第一像素 62‧‧‧第二像素 63‧‧‧第一像素 64‧‧‧第二像素 65‧‧‧第一像素 66‧‧‧第二像素 71‧‧‧p-基板/陽極電壓設定單元 72‧‧‧n-井/環境光偵測單元 73‧‧‧p+擴散層 74‧‧‧p-井 7000‧‧‧車輛控制系統 7010‧‧‧通信網路 7100‧‧‧驅動系統控制單元 7110‧‧‧車輛狀態偵測單元 7200‧‧‧車身系統控制單元 7300‧‧‧電池控制單元 7310‧‧‧蓄電池 7400‧‧‧外部資訊偵測單元 7410‧‧‧影像擷取單元 7420‧‧‧外部資訊偵測單元 7500‧‧‧內部資訊偵測單元 7510‧‧‧駕駛員狀態偵測單元 7600‧‧‧整合控制單元 7610‧‧‧微電腦 7620‧‧‧通用通信I/F 7630‧‧‧專用通信I/F 7640‧‧‧定位單元 7650‧‧‧信標接收單元 7660‧‧‧內部儀器I/F 7670‧‧‧語音影像輸出單元 7680‧‧‧板上網路I/F 7690‧‧‧儲存單元 7710‧‧‧音訊揚聲器 7720‧‧‧顯示單元 7730‧‧‧儀表板 7750‧‧‧外部環境 7760‧‧‧內部儀器 7800‧‧‧輸入單元 7900‧‧‧車輛 7910‧‧‧影像擷取單元 7912‧‧‧影像擷取單元 7914‧‧‧影像擷取單元 7916‧‧‧影像擷取單元 7918‧‧‧影像擷取單元 7920‧‧‧外部資訊偵測單元 7922‧‧‧外部資訊偵測單元 7924‧‧‧外部資訊偵測單元 7926‧‧‧外部資訊偵測單元 7928‧‧‧外部資訊偵測單元 7930‧‧‧外部資訊偵測單元 a‧‧‧影像擷取範圍 b‧‧‧影像擷取範圍 C‧‧‧電容器元件 c‧‧‧影像擷取範圍 d‧‧‧影像擷取範圍 DT‧‧‧無感時間 QL‧‧‧P型MOS電晶體 Qn‧‧‧N型MOS電晶體 Qp‧‧‧P型MOS電晶體 R‧‧‧電阻元件 T‧‧‧脈衝寬度 t‧‧‧ 厚度 VBD‧‧‧崩潰電壓 Vbd‧‧‧陽極電壓 VCA‧‧‧陰極電壓 VDD‧‧‧電源電壓 VEX‧‧‧過度偏壓電壓
圖1係繪示根據本發明之一實施例之一距離測量裝置的一示意組態圖。 圖2A及圖2B係各繪示根據本發明之實施例之距離測量裝置之一特定組態的一方塊圖。 圖3A係繪示包含一SPAD元件之一光接收裝置之一基本像素電路之一第一實例的一電路圖，且圖3B係繪示包含SPAD元件之光接收裝置之基本像素電路之一第二實例的一電路圖。 圖4A係繪示SPAD元件之一PN接面之一電流-電壓特性的一特性圖，且圖4B係用於描述像素電路之一電路操作的一波形圖。 圖5係用於描述一相對較小照射光量之一情況中之SPAD元件之一無感時間DT的一波形圖。 圖6係用於描述一相對較大照射光量之一情況中之SPAD元件之無感時間DT的一波形圖。 圖7A係繪示無感時間DT與一入射光量計數值特性之間的關係的一特性圖，且圖7B係繪示一光子偵測機率PDE與入射光量計數值特性之間的關係的一特性圖。 圖8係繪示根據實例1之一像素陣列單元之一示意組態的一平面圖。 圖9A係繪示根據實例2之一像素陣列單元之一示意組態的一平面圖，且圖9B係繪示一光接收單元之一截面結構的一橫截面圖。 圖10A係繪示根據實例3之一像素陣列單元之一示意組態的一平面圖，且圖10B係繪示一過度偏壓電壓VEX 與機率PDE(作為一敏感度指數)之間的關係的一特性圖。 圖11係用於描述將過度偏壓電壓VEX 設定為較小之一情況中之SPAD元件之敏感度的一波形圖。 圖12係繪示根據實例4之一光接收裝置之一示意組態的一電路方塊圖。 圖13係繪示根據本發明之一實施例之一技術應用於其之一車輛控制系統(作為一例示性移動物件控制系統)之一例示性示意組態的一方塊圖。 圖14係繪示距離測量裝置之一例示性安裝位置的一圖式。
1‧‧‧距離測量裝置
10‧‧‧物件
20‧‧‧光源/雷射照射單元
30‧‧‧光接收裝置

Claims (20)

  1. 一種光接收裝置，其包括： 一像素陣列，其包含複數個像素，該複數個像素之各者包含一感光元件，該感光元件經組態以回應於由該感光元件偵測到一光子而產生一信號， 其中該複數個像素包含：一第一像素，其具有一第一敏感度以偵測入射於該第一像素上之一第一光子；及一第二像素，其具有一第二敏感度以偵測入射於該第二像素上之一第二光子，其中該第二敏感度低於該第一敏感度。
  2. 如請求項1之光接收裝置，其進一步包括與該像素陣列通信之一處理器，其中該處理器經組態以在一時間間隔期間計數由該等感光元件之各者產生之一信號數目。
  3. 如請求項2之光接收裝置，其中 該第一像素之該感光元件經組態以在一入射光量處飽和，該入射光量小於該第二像素之該感光元件經組態以飽和所處之一入射光量。
  4. 如請求項1之光接收裝置，其中該第一像素之一光接收區域大於該第二像素之一光接收區域。
  5. 如請求項1之光接收裝置，其中該第一像素中之該感光元件之一半導體層之一厚度大於該第二像素中之該感光元件之一半導體層之一厚度。
  6. 如請求項5之光接收裝置，其中該第一像素中之該感光元件之一n井區域之一厚度大於該第二像素中之該感光元件之一n井區域之一厚度。
  7. 如請求項1之光接收裝置，其進一步包括至少一電壓源，其中該至少一電壓源經組態以將一第一過度偏壓電壓提供至該第一像素及將一第二過度偏壓電壓提供至該第二像素，其中該第一過度偏壓電壓高於該第二過度偏壓電壓。
  8. 如請求項7之光接收裝置，其中根據由該第一像素中之該感光元件之一陽極電極接收之一陽極電壓來設定該第一過度偏壓電壓。
  9. 如請求項8之光接收裝置，其進一步包括： 一環境光偵測器，其經組態以偵測環境光之一強度， 其中根據環境光之該強度來設定該陽極電壓。
  10. 如請求項1之光接收裝置，其中該感光元件包含一單光子雪崩二極體。
  11. 如請求項1之光接收裝置，其中該光接收裝置經組態以安裝於一車輛中。
  12. 如請求項2之光接收裝置，其中該處理器經組態以回應於該第一敏感度及/或該第二敏感度而將一加權因數施加於自該第一像素及/或該第二像素輸出之該信號。
  13. 如請求項2之光接收裝置，其中該處理器經組態以基於由該處理器計數之該信號數目來判定自該光接收裝置至一物件之一距離。
  14. 如請求項2之光接收裝置，其中該處理器經組態以基於由該處理器計數之該信號數目來辨識一物件。
  15. 如請求項2之光接收裝置，其中該處理器經組態以偵測環境光之一強度， 其中基於環境光之該強度來判定該第一像素及/或該第二像素之一操作。
  16. 一種光接收系統，其包括： 一光源，其經組態以使用光來照射一測量物件；及 一光接收裝置，其經組態以接收由該測量物件反射之光，其中 該光接收裝置包含一像素陣列，該像素陣列包含複數個像素，該複數個像素各包含一感光元件，該感光元件經組態以回應於偵測到入射於該感光元件上之至少一光子而產生一信號，且 該像素陣列單元包含：一第一像素，其具有一第一敏感度以偵測入射於該第一像素上之一第一光子；及一第二像素，其具有一第二敏感度以偵測入射於該第二像素上之一第二光子，其中該第二敏感度低於該第一敏感度。
  17. 如請求項16之光接收系統，其中該第一像素之該感光元件經組態以在一入射光量處飽和，該入射光量小於該第二像素之該感光元件經組態以飽和所處之一入射光量。
  18. 如請求項16之光接收系統，其進一步包括至少一電壓源，其中該至少一電壓源經組態以將一第一過度偏壓電壓提供至該第一像素及將一第二過度偏壓電壓提供至該第二像素，其中該第一過度偏壓電壓高於該第二過度偏壓電壓。
  19. 如請求項18之光接收系統，其中根據由該第一像素中之該感光元件之一陽極電極接收之一陽極電壓來設定該第一過度偏壓電壓。
  20. 如請求項16之光接收系統，其中該感光元件包含一單光子雪崩二極體。
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