TW202205687A - 光檢測電路及測距裝置 - Google Patents

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Abstract

本揭示之目的在於提供一種可提高測距性能之光檢測電路。 本揭示之一實施形態之光檢測電路具備：雪崩光電二極體；充電電路，其對雪崩光電二極體供給電壓；輸入放大器，其包含比較電路及電壓控制電路，該比較電路係根據連接於雪崩光電二極體之輸入端子之電壓與基準電壓之比較結果，而輸出端子之電壓位準變化，且電壓控制電路係使基準電壓之電位變化；及狀態檢測電路，其基於電壓位準之檢測結果，設定電壓控制電路使基準電壓之電位變化之時序。

Description

光檢測電路及測距裝置
本揭示係關於一種光檢測電路及測距裝置。
作為測定距被攝體之距離之方法，使用ToF(Time of Flight：飛行時間)法。於ToF法中，檢測自光源出射之光由被攝體反射之反射光。接著，基於自出射光至檢測反射光之時間，測量距被攝體之距離。
於使用ToF法之測距裝置中，一般設置有檢測上述反射光之光檢測電路。於光檢測電路中，檢測光子入射時之光檢測元件之電壓變化。用於檢測該電壓變化之基準電壓一般固定。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2014-81254號公報
[發明所欲解決之問題]
若上述基準電壓較低，則有因光檢測元件之特性不均，使測距誤差變大之情形。為了減少該測距誤差，期望基準電壓較高。
然而，若基準電壓較高，則有無法檢測光子之期間即空滯時間變長，測距精度降低之情形。
本揭示提供一種可提高測距性能之光檢測電路及測距裝置。 [解決問題之技術手段]
本揭示之一實施形態之光檢測電路具備：雪崩光電二極體；充電電路，其對雪崩光電二極體供給電壓；輸入放大器，其包含比較電路及電壓控制電路，該比較電路係根據連接於雪崩光電二極體之輸入端子之電壓與基準電壓之比較結果，而輸出端子之電壓位準變化，且該電壓控制電路係使基準電壓之電位變化；及狀態檢測電路，其基於電壓位準之檢測結果，設定電壓控制電路使基準電壓之電位變化之時序。
又，亦可為上述比較電路包含反相器電路；且 上述電壓控制電路連接於上述反相器電路，包含根據上述狀態檢測電路之輸出電壓而開關之開關元件、及與上述開關元件並聯連接之電阻元件或電流源。
又，亦可為上述比較電路包含運算放大器電路；且 上述電壓控制電路包含開關電路，該開關電路根據上述狀態檢測電路之輸出電壓，將上述基準電壓切換成第1基準電壓、或與上述第1基準電壓不同之第2基準電壓。
又，亦可為上述比較電路包含反相器電路；且 上述電壓控制電路連接於上述反相器電路，包含根據上述狀態檢測電路之輸出電壓而輸出電流值變化之電流源。
又，亦可為上述狀態檢測電路包含相互串聯連接之奇數級之反相器元件。
又，亦可為上述輸入放大器包含：第1輸入放大器，其將上述比較結果向信號處理電路輸出；及第2輸入放大器，其將上述比較結果向上述狀態檢測電路輸出。
又，亦可為上述第1輸入放大器之電路構成與上述第2輸入放大器之電路構成相同。
又，亦可為上述第1輸入放大器之電路構成與上述第2輸入放大器之電路構成不同。
又，亦可為上述雪崩光電二極體、上述充電電路、上述輸入放大器、及上述狀態檢測電路設置於1個半導體基板。
又，亦可為上述雪崩光電二極體設置於第1半導體基板，上述充電電路、上述輸入放大器、及上述狀態檢測電路設置於與第1半導體基板接合之第2半導體基板。
又，亦可進而具備：猝滅電路，其連接於上述雪崩光電二極體與上述輸入放大器之上述輸入端子，控制上述輸入端子之電位。
又，亦可為上述雪崩光電二極體之陰極連接於上述輸入放大器之上述輸入端子。
又，亦可為上述雪崩光電二極體之陽極連接於上述輸入放大器之上述輸入端子。
本揭示之一實施形態之測距裝置具備：上述光檢測電路之任一者；及信號處理電路，其處理上述光檢測電路之輸出信號。
又，亦可為上述信號處理電路包含： TDC(Time to Digital Converter：時間數位轉換器)，其將上述輸出信號轉換成數位值； 直方圖產生電路，其測量上述數位值之取得次數；及 距離判定部，其基於上述直方圖產生電路之測量結果，判定自上述光檢測電路至被攝體之距離。
(第1實施形態) 圖1係顯示使用第1實施形態之光檢測電路及測距裝置之攝像系統之構成例之方塊圖。圖1所示之攝像系統101係使用ToF法進行距離圖像之攝影之系統，具備照明裝置111及攝像裝置112。
照明裝置111具備照明控制部121及光源122。照明控制部121基於攝像裝置112之控制部132之控制，控制光源122照射照射光之圖案。具體而言，照明控制部121根據自控制部132供給之照射信號所包含之照射碼，控制光源122照射照射光之圖案。例如，照射碼包含「1」(High：高)與「0」(Low：低)之2值。照明控制部121於照射碼之值為「1」時使光源122點亮，於照射碼之值為「0」時使光源122熄滅。
光源122基於照明控制部121之控制，發出特定波長域之光(照射光)。光源122例如為紅外線雷射二極體。光源122之種類、及照射光之波長域可根據攝像系統101之用途等任意地設定。
攝像裝置112接收照射光由被攝體102及被攝體103反射之反射光。攝像裝置112具備測距裝置131、控制部132、顯示部133、及記憶部134。
測距裝置131具備透鏡141、光檢測電路142、及信號處理電路143。透鏡141使入射光成像於光檢測電路142。另，透鏡141之構成為任意，例如亦可藉由複數個透鏡群構成透鏡141。
光檢測電路142基於控制部132之控制，進行被攝體102及被攝體103等之攝像。又，光檢測電路142將藉由攝像獲得之信號向信號處理電路143輸出。
信號處理電路143基於控制部132之控制，處理光檢測電路142之輸出信號。例如，信號處理電路143基於光檢測電路142之輸出信號，檢測距被攝體之距離，並產生顯示距被攝體之距離之距離圖像。
控制部132例如藉由FPGA(Field Programmable Gate Array：場域可程式化閘陣列)、DSP(Digital Signal Processor：數位信號處理器)等控制電路或處理器等構成。控制部132進行照明控制部121、光檢測電路142、及信號處理電路143之控制。
顯示部133例如包含液晶顯示裝置或有機EL(Electro Luminescence：電致發光)顯示裝置等面板型顯示裝置。
記憶部134可藉由任意記憶裝置或記憶媒體等構成，記憶距離圖像等。
圖2係顯示光檢測電路142及信號處理電路143之構成例之方塊圖。
光檢測電路142包含光檢測元件151、充電電路152、猝滅電路153、輸入放大器154、及狀態檢測電路155。該等設置於1個半導體基板上。另，由於圖2所示之光檢測電路142為對應於1像素之單位電路，故測距裝置131根據像素數而具有複數個光檢測電路142。
光檢測元件151為以APD(Avalanche Photo Diode：雪崩光電二極體)或SPAD(Single Photon Avalanche Diode：單光子雪崩二極體)等為代表之光電二極體。光檢測元件151之陰極連接於充電電路152及輸入放大器154之輸入端子。光檢測元件151之陽極藉由負電源(未圖示)而設定為負電壓VRL。
充電電路152例如以相互串聯連接之電流源及電阻元件構成。充電電路152對光檢測元件151之陰極供給正電壓。其結果，若擊穿電壓以上之逆電壓被施加至光檢測元件151之陽極-陰極間，則光檢測元件151被設定為蓋革模式。若光子入射至設定為蓋革模式之光檢測元件151，則發生雪崩倍增，電流流動於光檢測元件151。
猝滅電路153例如以N通道型MOS(Metal Oxide Semiconductor：金屬氧化物半導體)電晶體156構成。N通道型MOS電晶體156之汲極連接於光檢測元件151之陰極及輸入放大器154之輸入端子，源極接地。若外部信號APDEN被輸入至N通道型MOS電晶體156之閘極，則陰極電壓Vc被強制設定為接地電位。該情形時，光檢測元件151之光檢測功能降低。因此，雖然光子未入射至光檢測元件151，但可避免再次發生雪崩倍增之後脈衝等錯誤檢測。另，猝滅電路153若為可將陰極電壓Vc強制設定為使光檢測元件151之光檢測功能降低之電位之構成，則不限制於N通道型MOS電晶體156。
另，N通道型MOS電晶體156之源極亦可連接於負電位，替代接地。該情形時，擔心陰極電壓Vc之再充電(恢復)之上升變慢，空滯時間變長。然而，如後述般，於本實施形態中，藉由將輸入放大器154之基準電壓最佳化，可縮短空滯時間。
輸入放大器154比較輸入端子之電壓、換言之為光檢測元件151之陰極電壓Vc、與可變之基準電壓。又，於輸入放大器154中，輸出端子之電壓位準，根據比較結果而變化。關於輸入放大器154之電路構成，予以後述。
狀態檢測電路155檢測輸入放大器154之輸出端子之電壓位準，設定使上述基準電壓之電位變化之時序。關於狀態檢測電路155之構成，亦予以後述。
信號處理電路143包含TDC200(Time to Digital Converter)、直方圖產生部201、及距離判定部202。TDC200(Time to Digital Converter)將輸入放大器154之輸出信號轉換成數位值。具體而言，TDC200將輸入放大器154之輸出端子之電壓位準之轉變時序之產生時刻，進行數位轉換。
直方圖產生部201測量上述數位值之取得次數，即光檢測元件151之反應次數。
距離判定部202基於直方圖產生部201之測量結果，判定自光檢測元件151至被攝體102、103之距離。距離判定部202例如算出相對於顯示直方圖產生部201之測量結果之正規分佈之近似曲線(所謂之高斯擬合)，並使用近似曲線求出距離。
以下，就輸入放大器154之電路構成進行說明。
圖3A係顯示本實施形態之輸入放大器之構成之電路圖。本實施形態之輸入放大器154包含反相器電路161、及連接於反相器電路161之電壓控制電路162。反相器電路161相當於比較電路。
反相器電路161包含MOS電晶體170～MOS電晶體173。MOS電晶體170及MOS電晶體172為P通道型MOS電晶體，MOS電晶體171及MOS電晶體173為N通道型MOS電晶體。MOS電晶體170及MOS電晶體171串聯連接。又，MOS電晶體172及MOS電晶體173串聯連接。
MOS電晶體170及MOS電晶體171之各閘極，為輸入放大器154之輸入端子。對各閘極輸入光檢測元件151之陰極電壓Vc。MOS電晶體170之源極連接於正電源，MOS電晶體171之源極連接於電壓控制電路162。MOS電晶體170及MOS電晶體171之各汲極，連接於MOS電晶體172及MOS電晶體173之各閘極。MOS電晶體172之源極連接於正電源，MOS電晶體171之源極接地。MOS電晶體172及MOS電晶體173之各汲極，係輸入放大器154之輸出端子，連接於狀態檢測電路155及信號處理電路143。
電壓控制電路162包含開關元件174、及電阻元件175。開關元件174為例如N通道型MOS電晶體。對開關元件174之閘極輸入狀態檢測電路155之輸出電壓Vo。汲極連接於MOS電晶體171之源極。源極接地。另一方面，電阻元件175並聯連接於開關元件174。
於如上所述構成之反相器電路161中，根據光檢測元件151之陰極電壓Vc之電位，接通MOS電晶體170或MOS電晶體171之一者，斷開另一者。若MOS電晶體170接通，則MOS電晶體173接通，MOS電晶體172斷開。該情形時，電壓位準Vs成為低位準。若MOS電晶體171接通，則MOS電晶體172接通，MOS電晶體173斷開。該情形時，電壓位準Vs成為高位準。
將電壓位準Vs切換成高位準或低位準之閾值電壓對應於基準電壓之電位。基準電壓之電位藉由電壓控制電路162而變化。若電壓控制電路162之開關元件174接通，則基準電壓之電位變低。反之，若開關元件174斷開，則基準電壓之電位變高。
圖3B係顯示輸入放大器154之第1變化例之構成之電路圖。對與圖3A所示之輸入放大器154同樣之構成要件附註相同符號，並省略詳細說明。圖3B所示之輸入放大器154之電壓控制電路之構成與圖3A所示之輸入放大器154不同。具體而言，本變化例之電壓控制電路162a設置電流源175a，替代電阻元件175。電流源175a為N通道型MOS電晶體。該N通道型MOS電晶體之汲極連接於開關元件174之汲極，源極接地。又，對閘極輸入基準電壓。該基準電壓以開關元件174之接通電阻低於電流源175a之接通電阻之方式設定。
圖4係顯示輸入放大器154之第2變化例之構成之電路圖。本變化例之輸入放大器154a包含反相器電路161a、及連接於反相器電路161a之電壓控制電路163。反相器電路161a與圖3A所示之反相器電路161同樣，以MOS電晶體170a～MOS電晶體173a構成，因此省略詳細說明。
另一方面，電壓控制電路163包含電流源176a、開關176b、開關176c、及反相器元件176d。電流源176a為N通道型MOS電晶體。於該N通道型MOS電晶體之閘極，並聯連接有開關176b及開關176c。汲極連接於MOS電晶體171a之源極。源極接地。電流源176a之輸出電流值根據N通道型MOS電晶體之閘極電壓而變化。若閘極電壓變低則輸出電流值變小，因此切換反相器電路161a之電壓位準Vs之基準電壓變高。反之，若閘極電壓變高則輸出電流值變大，因此基準電壓變低。開關176b及開關176c基於狀態檢測電路155之輸出電壓Vo而接通或斷開。對開關176c輸入藉由反相器元件176d使輸出電壓Vo之電位反轉之電壓。因此，若開關176b及開關176c之一者接通則另一者斷開。若開關176b接通，則第1基準電壓Vref1作為上述閘極電壓被供給至電流源176a。反之，若開關176c接通，則電位與第1基準電壓Vref1不同之第2基準電壓Vref2作為上述閘極電壓被供給至電流源176a。另，反相器元件176d亦可設置於開關176b側，替代開關176c側。
圖5係顯示輸入放大器154之第3變化例之構成之電路圖。本變化例之輸入放大器154b包含運算放大器電路164、及開關電路165。運算放大器電路164為比較電路之一例，包含MOS電晶體177～MOS電晶體180、及電流源181。MOS電晶體177及MOS電晶體178為P通道型MOS電晶體，構成電流鏡電路。MOS電晶體179及MOS電晶體180為相同尺寸且具有相同電性特性之N通道型MOS電晶體，經由上述電流鏡電路而相互並聯連接。MOS電晶體179之閘極為輸入放大器154b之輸入端子。又，MOS電晶體178及MOS電晶體180之汲極為輸入放大器154b之輸出端子。電流源181連接於MOS電晶體179及MOS電晶體180之各源極。
開關電路165為電壓控制電路162之變化例，包含開關182、開關183、及反相器元件184。開關182及開關183基於狀態檢測電路155之輸出電壓Vo而接通或斷開。對開關183輸入藉由反相器元件184使輸出電壓Vo之電位反轉之電壓。因此，若開關182及開關183之一者接通則另一者斷開。若開關182接通，則第1基準電壓Vref1被輸入至MOS電晶體180之閘極。反之，若開關183接通，則電位與第1基準電壓Vref1不同之第2基準電壓Vref2被輸入至MOS電晶體180之閘極。另，反相器元件184亦可設置於開關182側，替代開關183側。
圖6A係顯示輸入放大器154之第4變化例之構成之電路圖。本變化例係包含第1輸入放大器154c及第2輸入放大器154d之構成。第1輸入放大器154c與圖3A所示之輸入放大器154同樣，具有MOS電晶體170c～MOS電晶體173c、開關元件174c、及電阻元件175c。於第1輸入放大器154c中，MOS電晶體170c之閘極為輸入端子，MOS電晶體172c及MOS電晶體173c之各汲極為輸出端子。該輸出端子連接於信號處理電路143。
另一方面，第2輸入放大器154d亦與輸入放大器154同樣，具有MOS電晶體170d～MOS電晶體173d、開關元件174d、及電阻元件175d。於第2輸入放大器154d中，MOS電晶體170d之閘極為輸入端子，MOS電晶體172d及MOS電晶體173d之各汲極為輸出端子。該輸出端子連接於狀態檢測電路155。
另，於本變化例中，第1輸入放大器154c之電路構成與第2輸入放大器154d之電路構成相同，亦可不同。
圖6B係顯示輸入放大器154之第5變化例之構成之電路圖。對與圖6A同樣之構成要件附註相同符號，並省略詳細說明。於本變化例中，第2輸入放大器154d之構成與圖6A不同。於本變化例之第2輸入放大器154d，未設置開關元件174d及電阻元件175d，MOS電晶體171d之源極接地。即，第2輸入放大器154d不進行基於狀態檢測電路155之輸出電壓Vo之基準電壓控制。根據本變化例，由於狀態檢測電路155之動作時輸入之陰極電壓Vc為一定，故控制穩定。
以下，就狀態檢測電路155之電路構成進行說明。
圖7係顯示狀態檢測電路155之構成之電路圖。圖7所示之狀態檢測電路155可應用於圖3A、圖3B所示之輸入放大器154、圖5所示之輸入放大器154b、及圖6A、圖6B所示之第2輸入放大器154d。該狀態檢測電路155以相互串聯連接之5級反相器元件190構成。
上述狀態檢測電路155於經過特定時間後將輸入信號輸出。特定時間相當於輸入信號與輸出信號之延遲時間。該延遲時間可基於反相器元件190之級數而設定。因此，反相器元件190之級數不限定於5個，為奇數即可。藉由調整反相器元件190之級數，可設定使各輸入放大器之基準電壓變化之時序。
圖8係顯示複數個光檢測元件151之電壓特性之一例之圖表。於圖8所示之圖表中，橫軸顯示時間，縱軸顯示光檢測元件之陰極電壓Vc。於將複數個光檢測元件151以二維狀配置之像素陣列中，有因接通電阻與寄生電容之不均，光子入射至光檢測元件151時之陰極電壓Vc之下降特性於光檢測元件間不同之情形。該情形時，如圖8所示，若輸入放大器之基準電壓Vref固定為低值，則檢測陰極電壓Vc下降之時序可能成為不均測距誤差之要因。為了減少該測距誤差，期望將基準電壓Vref設定為高值。
圖9係顯示單數個光檢測元件151之電壓特性之一例之圖表。於圖9所示之圖表中，橫軸顯示時間，縱軸顯示光檢測元件151之陰極電壓Vc。若光子入射至光檢測元件151，則發生雪崩倍增，電流流動於光檢測元件151。藉此，陰極電壓Vc下降。若雪崩倍增收斂，則陰極電壓Vc逐漸恢復。於陰極電壓Vc下降後至恢復為止之期間即空滯時間Tdead，無法檢測光子。因此，若基準電壓Vref固定為高值，則空滯時間Tdead變長，測距性能可能變得不充分。因此，為了縮短空滯時間Tdead，期望將基準電壓Vref設定為低值。
圖10係顯示光檢測元件151之電壓特性與輸入放大器154之基準電壓特性之圖表。於圖10所示之圖表中，亦為橫軸顯示時間，縱軸顯示光檢測元件151之陰極電壓Vc。
於本實施形態之輸入放大器154中，如上所述，電壓控制電路162可設定2個基準電壓。又，狀態檢測電路155可設定切換2個基準電壓之時序。因此，如圖10所示，可以高電位之第1基準電壓Vref1檢測陰極電壓Vc之下降，以低電位之第2基準電壓Vref2檢測陰極電壓Vc之恢復。另，於本實施形態中，狀態檢測電路155使自第1基準電壓Vref1切換成第2基準電壓Vref2之時序，與陰極電壓Vc之下降至上升之時序一致。藉此，可更正確地測定陰極電壓Vc之下降及恢復。
根據以上說明之本實施形態，由於可將用於檢測光檢測元件151之陰極電壓Vc之下降之基準電壓設定得較高，故可減少複數個光檢測元件151間之輸出時序之不均引起之測距誤差。又，由於可將用於檢測陰極電壓Vc之恢復之基準電壓設定得較低，故可縮短空滯時間。因此，可使陰極電壓Vc之下降及恢復之早期檢測之相反之2個要求並存，故可提高測距性能。
(變化例) 圖11係顯示變化例之測距裝置之構造之立體圖。另，對與上述之第1實施形態之測距裝置131同樣之構成要件附註相同符號，並省略詳細說明。
圖11所示之測距裝置131a具有第1半導體基板301及第2半導體基板302。第1半導體基板301及第2半導體基板302係以例如銅焊墊接合，且電性連接。
於第1半導體基板301，複數個光檢測元件151以二維狀排列複數個光檢測元件151而形成有像素陣列。光檢測元件151之形成面成為測距裝置131a之受光面S。
第2半導體基板302具有與第1半導體基板301對向之區域312、及與區域312相鄰之區域322。於區域312，形成有光檢測電路142中之光檢測元件151之周邊零件，即充電電路152、猝滅電路153、輸入放大器154、及狀態檢測電路155。另一方面，於區域322形成有信號處理電路143。
即便為以上說明之本變化例之構造，亦與第1實施形態同樣，可分別設定用於檢測光檢測元件151之陰極電壓Vc之下降之基準電壓、及用於檢測陰極電壓Vc之恢復之基準電壓。因此，可提高測距性能。
(第2實施形態) 圖12係顯示第2實施形態之測距裝置之構成例之方塊圖。對與上述之第1實施形態之測距裝置131同樣之構成要件附註相同符號，並省略詳細說明。本實施形態之測距裝置之光檢測電路之構成與第1實施形態不同。以下，就本實施形態之光檢測電路進行說明。
圖12所示之光檢測電路144中，光檢測元件151之陽極連接於輸入放大器154之輸入端子，陰極連接於電源。因此，輸入放大器154基於光檢測元件151之陽極電壓Va與基準電壓之比較，檢測陽極電壓Va之上升及恢復。由於輸入放大器154之電路構成與第1實施形態同樣，故基準電壓基於狀態檢測電路155之控制而切換。
圖13係顯示光檢測元件151之電壓特性與輸入放大器154之基準電壓特性之圖表。圖13所示之圖表中，橫軸顯示時間，縱軸顯示光檢測元件151之陽極電壓Va。
於本實施形態中，若光子入射至光檢測元件151，則陽極電壓Va上升。其後，陽極電壓Va逐漸下降(恢復)。此時，於輸入放大器154中，電壓控制電路162基於狀態檢測電路155之控制，切換2個基準電壓。因此，如圖13所示，可以低電位之第1基準電壓檢測陽極電壓Va之上升，以高電位之第2基準電壓Vref2檢測陽極電壓Va之降低。因此，可減少因複數個光檢測元件151間之輸出時序之不均所引起之測距誤差，縮短空滯時間Tdead。
根據以上說明之本實施形態，可分別設定用於檢測光檢測元件151之陽極電壓Va之上升之基準電壓、與用於檢測陽極電壓Va之降低之基準電壓。因此，可提高測距性能。
＜對移動體之應用例＞ 本揭示之技術(本技術)可應用於各種製品。例如，本揭示之技術亦可作為搭載於汽車、電動汽車、油電混合汽車、機車、腳踏車、個人移動載具、飛機、無人機、船舶、機器人等任一種類之移動體之裝置而實現。
圖14係顯示可應用本揭示之技術之移動體控制系統之一例即車輛控制系統之概略構成例的方塊圖。
車輛控制系統12000具備經由通信網路12001連接之複數個電子控制單元。於圖14所示之例中，車輛控制系統12000具備驅動系統控制單元12010、車身系統控制單元12020、車外資訊檢測單元12030、車內資訊檢測單元12040、及綜合控制單元12050。又，作為綜合控制單元12050之功能構成，圖示微電腦12051、聲音圖像輸出部12052、及車載網路I/F(Interface：介面)12053。
驅動系統控制單元12010根據各種程式控制與車輛之驅動系統關聯之裝置之動作。例如，驅動系統控制單元12010作為內燃機或驅動用馬達等用以產生車輛之驅動力之驅動力產生裝置、用以將驅動力傳遞至車輪之驅動力傳遞機構、調節車輛舵角之轉向機構、及產生車輛之制動力之控制裝置等控制裝置發揮功能。
車身系統控制單元12020根據各種程式控制車身所裝備之各種裝置之動作。例如，車身系統控制單元12020作為無鑰匙門禁系統、智慧型鑰匙系統、電動窗裝置、或頭燈、尾燈、剎車燈、方向燈或霧燈等各種燈之控制裝置發揮功能。於該情形時，可對車身系統控制單元12020輸入自代替鑰匙之可攜帶式機器發送之電波或各種開關之信號。車身系統控制單元12020受理該等電波或信號之輸入，並控制車輛之門鎖裝置、電動窗裝置、燈等。
車外資訊檢測單元12030檢測搭載有車輛控制系統12000之車輛的外部資訊。例如，於車外資訊檢測單元12030連接有攝像部12031。車外資訊檢測單元12030使攝像部12031拍攝車外之圖像，且接收所拍攝之圖像。車外資訊檢測單元12030亦可基於接收到之圖像，進行人、車、障礙物、標識或路面上之文字等物體檢測處理或距離檢測處理。
攝像部12031係接收光並輸出對應於該光之受光量之電性信號的光感測器。攝像部12031可將電性信號作為圖像輸出，亦可作為測距之資訊輸出。又，攝像部12031接收之光可為可見光，亦可為紅外線等非可見光。
車內資訊檢測單元12040檢測車內之資訊。於車內資訊檢測單元12040連接有例如檢測駕駛者之狀態之駕駛者狀態檢測部12041。駕駛者狀態檢測部12041包含例如拍攝駕駛者之相機，車內資訊檢測單元12040可基於自駕駛者狀態檢測部12041輸入之檢測資訊，算出駕駛者之疲勞程度或注意力集中程度，亦可判斷駕駛者是否正在打瞌睡。
微電腦12051可基於由車外資訊檢測單元12030或車內資訊檢測單元12040取得之車內外之資訊，運算驅動力產生裝置、轉向機構或制動裝置之控制目標值，對驅動系統控制單元12010輸出控制指令。例如，微電腦12051可進行以實現包含避免車輛碰撞或緩和衝擊、基於車輛距離之追隨行駛、車速維持行駛、車輛之碰撞警告或車輛之車道偏離警告等之ADAS(Advanced Driver Assistance System：先進駕駛輔助系統)之功能為目的之協調控制。
又，微電腦12051可藉由基於由車外資訊檢測單元12030或車內資訊檢測單元12040取得之車輛周圍之資訊，控制驅動力產生裝置、轉向機構或制動裝置等，而進行以不拘於駕駛者之操作而自動行駛之自動駕駛為目的之協調控制。
又，微電腦12051可基於由車外資訊檢測單元12030取得之車外之資訊，對車身系統控制單元12030輸出控制指令。例如，微電腦12051可根據由車外資訊檢測單元12030檢測出之前方車或對向車之位置控制頭燈，進行以將遠光切換成近光等謀求防眩為目的之協調控制。
聲音圖像輸出部12052將聲音及圖像中之至少一者之輸出信號發送至可對車輛之搭乘者或車外通知視覺性或聽覺性資訊之輸出裝置。於圖14之例中，作為輸出裝置，例示有音頻揚聲器12061、顯示部12062及儀表板12063。顯示部12062亦可包含例如車載顯示器及抬頭顯示器之至少一者。
圖15係顯示攝像部12031之設置位置之例之圖。
於圖15中，具有攝像部12101、12102、12103、12104、12105作為攝像部12031。
攝像部12101、12102、12103、12104、12105設置於例如車輛12100之前鼻、側視鏡、後保險桿、後門及車廂內之擋風玻璃之上部等位置。前鼻所具備之攝像部12101及車廂內之擋風玻璃之上部所具備之攝像部12105主要取得車輛12100前方之圖像。側視鏡所具備之攝像部12102、12103主要取得車輛12100側方之圖像。後保險桿或後門所具備之攝像部12104主要取得車輛12100後方之圖像。車廂內之擋風玻璃之上部所具備之攝像部12105主要用於前方車輛或行人、障礙物、號誌機、交通標識或車道線等之檢測。
另，於圖15顯示攝像部12101至12104之攝像範圍之一例。攝像範圍12111顯示設置於前鼻之攝像部12101之攝像範圍，攝像範圍12112、12113分別顯示設置於側視鏡之攝像部12102、12103之攝像範圍，攝像範圍12114顯示設置於後保險桿或後門之攝像部12104之攝像範圍。例如，藉由使攝像部12101至12104所拍攝之圖像資料重疊，而獲得自上方觀察車輛12100之俯瞰圖像。
攝像部12101至12104之至少一者亦可具有取得距離資訊之功能。例如，攝像部12101至12104之至少一者可為包含複數個攝像元件之攝影機，亦可為具有相位差檢測用像素之攝像元件。
例如，微電腦12051基於自攝像部12101至12104取得之距離資訊，求得攝像範圍12111至12114內之至各立體物之距離、及該距離之時間變化(相對於車輛12100之相對速度)，藉此可擷取尤其於車輛12100之行進路上某最近之立體物且於與車輛12100大致相同之方向以特定速度(例如為0 km/h以上)行駛之立體物，作為前方車。進而，微電腦12051可設定前方車之近前應預先確保之車間距離，進行自動剎車控制(亦包含追隨停止控制)或自動加速控制(亦包含追隨起動控制)等。可如此地進行以不拘於駕駛者之操作而自動行駛之自動駕駛等為目的之協調控制。
例如，微電腦12051基於自攝像部12101至12104獲得之距離資訊，將立體物相關之立體物資訊分類成二輪車、普通車輛、大型車輛、行人、電線桿等其他立體物並擷取，用於障礙物之自動避開。例如，微電腦12051可將車輛12100周邊之障礙物辨識為車輛12100之駕駛員可視認之障礙物與難以視認之障礙物。且，微電腦12051判斷表示與各障礙物碰撞之危險度之碰撞危險性，碰撞危險性為設定值以上，有可能碰撞之狀況時，經由音頻揚聲器12061或顯示部12062對駕駛員輸出警報，或經由驅動系統控制單元12010進行強制減速或避開轉向，藉此可進行用以避免碰撞之駕駛支援。
攝像部12101至12104之至少一者亦可為檢測紅外線之紅外線相機。例如，微電腦12051可藉由判斷攝像部12101至12104之攝像圖像中是否存在行人而辨識行人。該行人之辨識係根據例如擷取作為紅外線相機之攝像部12101至12104之攝像圖像之特徵點之順序、及對表示物體輪廓之一連串特徵點進行圖案匹配處理而判別是否為行人之順序進行。若微電腦12051判斷攝像部12101至12104之攝像圖像中存在行人且辨識為行人，則聲音圖像輸出部12052以對該經辨識出之行人重疊顯示用以強調之方形輪廓線之方式，控制顯示部12062。又，聲音圖像輸出部12052亦可以將表示行人之圖標等顯示於期望之位置之方式控制顯示部12062。
以上，就可應用本揭示之技術之車輛控制系統之一例進行說明。本揭示之技術於以上說明之構成中，可應用於例如攝像部12301。具體而言，測距裝置131、131a可應用於攝像部12031。藉由應用本揭示之技術，可獲得測距精度更高之攝像圖像，因此可提高安全性。
另，本技術可採取如以下般之構成。 (1)一種光檢測電路，其具備： 雪崩光電二極體； 充電電路，其對上述雪崩光電二極體供給電壓； 輸入放大器，其包含比較電路及電壓控制電路，該比較電路係根據連接於上述雪崩光電二極體之輸入端子之電壓與基準電壓之比較結果，而輸出端子之電壓位準變化，且該電壓控制電路使上述基準電壓之電位變化；及 狀態檢測電路，其基於上述電壓位準之檢測結果，設定上述電壓控制電路使上述基準電壓之電位變化之時序。 (2)如(1)記載之光檢測電路，其中上述比較電路包含反相器電路；且 上述電壓控制電路連接於上述反相器電路，包含根據上述狀態檢測電路之輸出電壓而開關之開關元件、及與上述開關元件並聯連接之電阻元件或電流源。 (3)如(1)記載之光檢測電路，其中上述比較電路包含運算放大器電路；且 上述電壓控制電路包含開關電路，該開關電路根據上述狀態檢測電路之輸出電壓，將上述基準電壓切換成第1基準電壓、或與上述第1基準電壓不同之第2基準電壓。 (4)如(1)記載之光檢測電路，其中上述比較電路包含反相器電路；且 上述電壓控制電路連接於上述反相器電路，包含根據上述狀態檢測電路之輸出電壓而輸出電流值變化之電流源。 (5)如(2)或(3)記載之光檢測電路，其中上述狀態檢測電路包含相互串聯連接之奇數級之反相器元件。 (6)如(1)至(5)中任一項記載之光檢測電路，其中上述輸入放大器包含：第1輸入放大器，其將上述比較結果向信號處理電路輸出；及第2輸入放大器，其將上述比較結果向上述狀態檢測電路輸出。 (7)如(6)記載之光檢測電路，其中上述第1輸入放大器之電路構成與上述第2輸入放大器之電路構成相同。 (8)如(6)記載之光檢測電路，其中上述第1輸入放大器之電路構成與上述第2輸入放大器之電路構成不同。 (9)如(1)至(8)中任一項記載之光檢測電路，其中上述雪崩光電二極體、上述充電電路、上述輸入放大器、及上述狀態檢測電路設置於1個半導體基板。 (10)如(1)至(8)中任一項記載之光檢測電路，其中上述雪崩光電二極體設置於第1半導體基板，上述充電電路、上述輸入放大器、及上述狀態檢測電路設置於與第1半導體基板接合之第2半導體基板。 (11)如(1)至(10)中任一項記載之光檢測電路，其進而具備：猝滅電路，其連接於上述雪崩光電二極體與上述輸入放大器之上述輸入端子，且控制上述輸入端子之電位。 (12)如(1)至(11)中任一項記載之光檢測電路，其中上述雪崩光電二極體之陰極連接於上述輸入放大器之上述輸入端子。 (13)如(1)至(11)中任一項記載之光檢測電路，其中上述雪崩光電二極體之陽極連接於上述輸入放大器之上述輸入端子。 (14)一種測距裝置，其具備：如(1)至(13)中任一項記載之光檢測電路；及 信號處理電路，其處理上述光檢測電路之輸出信號。 (15)如(14)記載之測距裝置，其中上述信號處理電路包含： TDC(Time to Digital Converter)，其將上述輸出信號轉換成數位值； 直方圖產生電路，其測量上述數位值之取得次數；及 距離判定部，其基於上述直方圖產生電路之測量結果，判定自上述光檢測電路至被攝體之距離。
101:攝像系統 102:被攝體 103:被攝體 111:照明裝置 112:攝像裝置 121:照明控制部 122:光源 131:測距裝置 131a:測距裝置 132:控制部 133:顯示部 134:記憶部 141:透鏡 142:光檢測電路 143:信號處理電路 144:光檢測電路 151:光檢測元件 152:充電電路 153:猝滅電路 154:輸入放大器 154a:輸入放大器 154b:輸入放大器 154c:第1輸入放大器 154d:第2輸入放大器 155:狀態檢測電路 156:N通道型MOS電晶體 161:反相器電路 161a:反相器電路 162:電壓控制電路 162a:電壓控制電路 163:電壓控制電路 164:運算放大器電路 165:開關電路 170~173:MOS電晶體 170a~173a:MOS電晶體 170c~173c:MOS電晶體 170d~173d:MOS電晶體 174:開關元件 174c:開關元件 174d:開關元件 175:電阻元件 175a:電流源 175c:電阻元件 175d:電阻元件 176a:電流源 176b:開關 176c:開關 176d:反相器元件 177:MOS電晶體 178:MOS電晶體 179:MOS電晶體 180:MOS電晶體 181:電流源 182:開關 183:開關 184:反相器元件 190:反相器元件 191:運算放大器 200:TDC 201:直方圖產生部 202:距離判定部 301:第1半導體基板 302:第2半導體基板 312:區域 322:區域 12000:車輛控制系統 12001:通信網路 12010:驅動系統控制單元 12020:車身系統控制單元 12030:車外資訊檢測單元 12031:攝像部 12040:車內資訊檢測單元 12041:駕駛者狀態檢測部 12050:綜合控制單元 12051:微電腦 12052:聲音圖像輸出部 12053:車載網路I/F 12061:音頻揚聲器 12062:顯示部 12063:儀表板 12100:車輛 12101,12102,12103,12104,12105:攝像部 12111,12112,12113,12114:攝像範圍 APDEN:外部信號 S:受光面 Tdead:空滯時間 Va:陽極電壓 Vc:陰極電壓 Vo:輸出電壓 Vref:基準電壓 Vref1:第1基準電壓 Vref2:第2基準電壓 VRL:負電壓 Vs:電壓位準
圖1係顯示使用第1實施形態之光檢測電路及測距裝置之攝像系統之構成例之方塊圖。 圖2係顯示光檢測電路及信號處理電路之構成例之方塊圖。 圖3A係顯示第1實施形態之輸入放大器之構成之電路圖。 圖3B係顯示輸入放大器之第1變化例之構成之電路圖。 圖4係顯示輸入放大器之第2變化例之構成之電路圖。 圖5係顯示輸入放大器之第3變化例之構成之電路圖。 圖6A係顯示輸入放大器之第4變化例之構成之電路圖。 圖6B係顯示輸入放大器之第5變化例之構成之電路圖。 圖7係顯示狀態檢測電路之構成之電路圖。 圖8係顯示複數個光檢測元件之電壓特性之一例之圖表。 圖9係顯示單個光檢測元件之電壓特性之一例之圖表。 圖10係顯示光檢測元件之電壓特性與輸入放大器之基準電壓特性之圖表。 圖11係顯示變化例之測距裝置之構造之立體圖。 圖12係顯示第2實施形態之測距裝置之構成例之方塊圖。 圖13係顯示光檢測元件之電壓特性與輸入放大器之基準電壓特性之圖表。 圖14係顯示車輛控制系統之概略構成之一例之方塊圖。 圖15係顯示車外資訊檢測部及攝像部之設置位置之一例之說明圖。
142:光檢測電路
143:信號處理電路
151:光檢測元件
152:充電電路
153:猝滅電路
154:輸入放大器
155:狀態檢測電路
156:N通道型MOS電晶體
200:TDC
201:直方圖產生部
202:距離判定部
APDEN:外部信號
Vc:陰極電壓
Vo:輸出電壓
VRL:負電壓
Vs:電壓位準

Claims (15)

  1. 一種光檢測電路，其包含： 雪崩光電二極體； 充電電路，其對上述雪崩光電二極體供給電壓； 輸入放大器，其包含比較電路及電壓控制電路，該比較電路係根據連接於上述雪崩光電二極體之輸入端子之電壓與基準電壓之比較結果，而輸出端子之電壓位準變化，且該電壓控制電路係使上述基準電壓之電位變化；及 狀態檢測電路，其基於上述電壓位準之檢測結果，設定上述電壓控制電路使上述基準電壓之電位變化之時序。
  2. 如請求項1之光檢測電路，其中上述比較電路包含反相器電路；且 上述電壓控制電路係連接於上述反相器電路，包含根據上述狀態檢測電路之輸出電壓而開關之開關元件、及與上述開關元件並聯連接之電阻元件或電流源。
  3. 如請求項1之光檢測電路，其中上述比較電路包含運算放大器電路；且 上述電壓控制電路包含開關電路，該開關電路根據上述狀態檢測電路之輸出電壓，將上述基準電壓切換成第1基準電壓、或與上述第1基準電壓不同之第2基準電壓。
  4. 如請求項1之光檢測電路，其中上述比較電路包含反相器電路；且 上述電壓控制電路連接於上述反相器電路，包含根據上述狀態檢測電路之輸出電壓而輸出電流值變化之電流源。
  5. 如請求項2之光檢測電路，其中上述狀態檢測電路包含相互串聯連接之奇數級之反相器元件。
  6. 如請求項1之光檢測電路，其中上述輸入放大器包含：第1輸入放大器，其將上述比較結果向信號處理電路輸出；及第2輸入放大器，其將上述比較結果向上述狀態檢測電路輸出。
  7. 如請求項6之光檢測電路，其中上述第1輸入放大器之電路構成，與上述第2輸入放大器之電路構成相同。
  8. 如請求項6之光檢測電路，其中上述第1輸入放大器之電路構成，與上述第2輸入放大器之電路構成不同。
  9. 如請求項1之光檢測電路，其中上述雪崩光電二極體、上述充電電路、上述輸入放大器、及上述狀態檢測電路，係設置於1個半導體基板。
  10. 如請求項1之光檢測電路，其中上述雪崩光電二極體設置於第1半導體基板，上述充電電路、上述輸入放大器、及上述狀態檢測電路，係設置於與第1半導體基板接合之第2半導體基板。
  11. 如請求項1之光檢測電路，其進而包含：猝滅電路，其連接於上述雪崩光電二極體與上述輸入放大器之上述輸入端子，且控制上述輸入端子之電位。
  12. 如請求項1之光檢測電路，其中上述雪崩光電二極體之陰極連接於上述輸入放大器之上述輸入端子。
  13. 如請求項1之光檢測電路，其中上述雪崩光電二極體之陽極連接於上述輸入放大器之上述輸入端子。
  14. 一種測距裝置，其包含：如請求項1之光檢測電路；及 信號處理電路，其處理上述光檢測電路之輸出信號。
  15. 如請求項14之測距裝置，其中上述信號處理電路包含： TDC(Time to Digital Converter)，其將上述輸出信號轉換成數位值； 直方圖產生電路，其測量上述數位值之取得次數；及 距離判定部，其基於上述直方圖產生電路之測量結果，判定自上述光檢測電路至被攝體之距離。
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