WO2022269982A1 - 受光素子 - Google Patents

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WO2022269982A1
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readout
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light receiving
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央一 熊谷
康大 篠塚
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ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社
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    • H01L2224/08—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas after the connecting process of an individual bonding area
    • H01L2224/081—Disposition
    • H01L2224/0812—Disposition the bonding area connecting directly to another bonding area, i.e. connectorless bonding, e.g. bumpless bonding
    • H01L2224/08135—Disposition the bonding area connecting directly to another bonding area, i.e. connectorless bonding, e.g. bumpless bonding the bonding area connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip
    • H01L2224/08145—Disposition the bonding area connecting directly to another bonding area, i.e. connectorless bonding, e.g. bumpless bonding the bonding area connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip the bodies being stacked
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    • H04N25/78—Readout circuits for addressed sensors, e.g. output amplifiers or A/D converters

Definitions

  • This embodiment relates to a light receiving element.
  • SPAD Single Photon Avalanche Diode
  • a SPAD is a photodetector that operates an avalanche photodiode (APD) in Geiger mode to enable detection of single photons.
  • a SPD avalanche photodiode
  • Such SPADs generate heat nonuniformly due to photons detected in the pixel area and the corresponding CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) circuit, resulting in a temperature gradient.
  • This temperature gradient causes variations in electrical characteristics such as the breakdown voltage of the SPAD, and lowers the photon detective effect (PDE).
  • the present disclosure has been made in view of the above problems, and provides a light receiving element capable of suppressing variations in electrical characteristics even if there is a temperature gradient.
  • the light receiving element includes a pixel region in which a plurality of photodiodes are arranged, a readout circuit region including a plurality of readout circuits provided corresponding to each of the plurality of photodiodes, and a first readout circuit region of the readout circuit region.
  • a first thermometer provided corresponding to the circuit region
  • a second thermometer provided corresponding to the second circuit region in the readout circuit region
  • a first control circuit that applies a first voltage according to temperature to the photodiode corresponding to the readout circuit in the first circuit area
  • a second control circuit for applying two voltages to the photodiodes corresponding to the readout circuits in the second circuit area.
  • the readout circuit area has an elongated shape with a long side or a long axis, and includes first and second circuit areas arranged along the long side or the long axis. Alternatively, they are arranged corresponding to the first and second circuit regions along the major axis.
  • the light receiving element is provided adjacent to one side of the readout circuit region and further includes a signal processing circuit for processing pixel signals from the readout circuit region. It is provided on the side opposite to the processing circuit.
  • the light receiving element further includes a first pad connected to the first control circuit and a second pad connected to the second control circuit, and the first thermometer is positioned between the first circuit area and the first pad. and a second thermometer is disposed between the second circuit region and the second pad.
  • the light-receiving element is provided corresponding to the first circuit area and provides power to the driver in the readout circuit area, and the light receiving element is provided in correspondence to the second circuit area and supplies power to the driver in the readout circuit area. and a second bias circuit for supplying the voltage.
  • the light receiving element is provided adjacent to one side of the readout circuit region and further includes a signal processing circuit for processing pixel signals from the readout circuit region. It is provided on the side opposite to the circuit.
  • the light-receiving element further includes a first pad connected to the first control circuit and a second pad connected to the second control circuit, the first bias circuit connecting the first circuit region and the first pad.
  • a second bias circuit is disposed between the second circuit region and the second pad.
  • the first bias circuit is arranged close to the first thermometer, and the second bias circuit is arranged close to the second thermometer.
  • the light receiving element includes a first chip including a pixel area, and a second chip including a readout circuit area and joined to the first chip such that the readout circuits corresponding to the photodiodes face each other.
  • the pixel area has the same elongated shape as the readout circuit area, and faces the readout circuit area when the first chip and the second chip are joined.
  • the first or second control circuit changes the absolute value of the first or second voltage.
  • the first control circuit reduces the absolute value of the first voltage and the temperature of the second circuit area is higher than the temperature of the first circuit area.
  • the second control circuit reduces the absolute value of the second voltage.
  • the light receiving element is mounted on the automobile.
  • a distance measurement system includes an illumination device that irradiates an object with irradiation light, and a light receiving element that receives reflected light from the object irradiated with the irradiation light, and the light receiving element includes an array of a plurality of photodiodes.
  • a readout circuit region including a plurality of readout circuits provided corresponding to each of the plurality of photodiodes; and a first thermometer provided corresponding to the first circuit region in the readout circuit region.
  • thermometer provided corresponding to the second circuit region in the readout circuit region; a first control circuit for applying to a photodiode corresponding to a readout circuit in the second circuit region; and a second control circuit for applying to the photodiodes corresponding to .
  • the lighting device and light receiving element are mounted on the automobile.
  • the pixel area and the readout circuit area have an elongated shape with a long side or a long diameter, and distance measurement is performed using the reflected light obtained by scanning the detection target range in the direction of the short side or the short diameter of the elongated shape. .
  • the pixel area and the readout circuit area detect the entire detection target range at once and measure the distance.
  • the first or second control circuit changes the absolute value of the first or second voltage.
  • the first control circuit reduces the absolute value of the first voltage and the temperature of the second circuit area is higher than the temperature of the first circuit area.
  • the second control circuit reduces the absolute value of the second voltage.
  • the light receiving element includes a pixel region in which a plurality of photodiodes are arranged, a readout circuit region including a plurality of readout circuits provided corresponding to each of the plurality of photodiodes, and a first side of the readout circuit region.
  • a signal processing circuit provided adjacent to the readout circuit region for processing pixel signals from the readout circuit region; a first thermometer and a second temperature provided on a second side opposite to the first side of the readout circuit region; , wherein the first thermometer and the second thermometer are provided between a plurality of pads formed on the edge of the chip and the readout circuit area.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of an embodiment of a ranging system to which the present technology is applied;
  • FIG. FIG. 2 is a block diagram showing a configuration example of an imaging unit;
  • FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration example of one pixel circuit arranged in a pixel circuit region;
  • FIG. 2 is a perspective view showing a configuration example of a light-receiving element composed of a plurality of stacked semiconductor chips;
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of a pixel circuit;
  • FIG. 2 is a schematic plan view showing a configuration example of a first chip;
  • FIG. 4 is a schematic plan view showing a configuration example of a second chip; 5 is a graph showing an example of SPAD operation according to the present technology; FIG. 4 is a flowchart showing an example of feedback control operation of a light receiving element according to the present technology; Schematic diagram showing a configuration example of a ranging system that operates in scan mode. Schematic diagram showing a configuration example of a ranging system operating in an array mode. 1 is a block diagram showing a schematic configuration example of a vehicle control system, which is an example of a mobile body control system to which technology according to the present disclosure can be applied; FIG. FIG. 4 is a diagram showing an example of an installation position of an imaging unit;
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of an embodiment of a ranging system to which this technology is applied.
  • the distance measurement system 11 is a system that takes a distance image using, for example, the ToF method.
  • the distance image is an image composed of distance pixel signals based on the detected distance, which is obtained by detecting the distance in the depth direction from the distance measuring system 11 to the subject for each pixel.
  • the ranging system 11 includes an illumination device 21 and an imaging device 22 .
  • the illumination device 21 includes an illumination controller 31 and a light source 32 .
  • the illumination control unit 31 controls the pattern in which the light source 32 emits light under the control of the control unit 42 of the imaging device 22 .
  • the illumination control unit 31 controls the pattern in which the light source 32 emits light according to the irradiation code included in the irradiation signal supplied from the control unit 42 .
  • the irradiation code consists of two values of 1 (High) and 0 (Low). 32 is extinguished.
  • the light source 32 emits light in a predetermined wavelength range under the control of the illumination control section 31 .
  • the light source 32 consists of an infrared laser diode, for example.
  • the type of the light source 32 and the wavelength range of the irradiation light can be arbitrarily set according to the application of the distance measuring system 11 and the like.
  • the imaging device 22 is a device that receives light (irradiation light) emitted from the illumination device 21 and reflected by the subject 12 and the subject 13 and the like.
  • the imaging device 22 includes a light receiving element 41 , a control section 42 , a display section 43 and a storage section 44 .
  • the light receiving element 41 includes a lens 51 , a pixel circuit area 71 and a signal processing circuit 80 .
  • the lens 51 forms an image of incident light on the light receiving surface of the pixel circuit region 71 .
  • the configuration of the lens 51 is arbitrary, and for example, the lens 51 can be configured by a plurality of lens groups.
  • the pixel circuit region 71 is configured by two-dimensionally arranging a plurality of pixel circuits in a matrix. Each pixel includes, for example, one SPAD and a readout circuit provided corresponding to the SPAD. When SPADs are miniaturized, one readout circuit may be commonly provided for a plurality of SPADs.
  • the pixel circuit area 71 receives reflected light from the subject 12 and the subject 13 under the control of the control section 42 and supplies the resulting pixel signal to the signal processing circuit 80 .
  • This pixel signal represents a digital count value obtained by counting the time from when the lighting device 21 irradiates the irradiation light until the pixel circuit region 71 receives the light.
  • a light emission timing signal indicating the timing at which the light source 32 emits light is also supplied from the control section 42 to the pixel circuit region 71 .
  • the signal processing circuit 80 processes pixel signals supplied from the pixel circuit area 71 under the control of the control unit 42 . For example, the signal processing circuit 80 detects the distance to the subject for each pixel based on the pixel signal supplied from the pixel circuit region 71, and generates a distance image showing the distance to the subject for each pixel. Specifically, the signal processing circuit 80 measures the time (count value) from when the light source 32 emits light to when each pixel in the pixel circuit region 71 receives light a plurality of times (for example, several thousand times) for each pixel. ⁇ tens of thousands of times). The signal processing circuit 80 creates a histogram corresponding to the acquired times.
  • the signal processing circuit 80 determines the time until the light emitted from the light source 32 is reflected by the subject 12 or 13 and returns. Further, the signal processing circuit 80 performs calculations for obtaining the distance to the object based on the determined time and speed of light. The signal processing circuit 80 supplies the generated distance image to the control section 42 .
  • the control unit 42 is composed of, for example, a control circuit such as an FPGA (Field Programmable Gate Array) or a DSP (Digital Signal Processor), a processor, or the like.
  • the controller 42 controls the illumination controller 31 and the light receiving element 41 .
  • the controller 42 supplies an irradiation signal to the illumination controller 31 and a light emission timing signal to the light receiving element 41 .
  • the light source 32 emits irradiation light according to the irradiation signal.
  • the light emission timing signal may be an irradiation signal supplied to the illumination control section 31 .
  • the control unit 42 supplies the distance image acquired from the light receiving element 41 to the display unit 43 and causes the display unit 43 to display it.
  • control unit 42 causes the storage unit 44 to store the distance image acquired from the light receiving element 41 . Also, the control unit 42 outputs the distance image acquired from the light receiving element 41 to the outside.
  • the display unit 43 is, for example, a panel-type display device such as a liquid crystal display device or an organic EL (Electro Luminescence) display device.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a configuration example of the light receiving element 41.
  • the light receiving element 41 includes a pixel circuit region 71 , a peripheral circuit 70 , a signal processing circuit 80 and a transmitter 79 .
  • the peripheral circuit 70 includes a SPAD controller 72, a controller 73, a PLL (Phase Locked Loop) 74, a clock generator 75, a reference current source 76, a thermometer 77, and a light emission timing controller 78.
  • SPAD controller 72 a controller 73
  • PLL Phase Locked Loop
  • the pixel circuit region 71 includes a plurality of SPADs arranged two-dimensionally in a matrix and a readout circuit provided corresponding to each SPAD. A more detailed configuration of the pixel circuit region 71 will be described later.
  • the SPAD control section 72 controls the operation of the pixel circuit area 71 based on instructions from the control section 73 .
  • the control section 73 controls each component of the light receiving element 41 .
  • the control unit 73 also has a function of communicating with an external device using, for example, I2C via the terminal COM.
  • the PLL 74 operates based on the input clock supplied via the terminal CKIN.
  • the clock generator 75 generates one or more clock signals used in the light receiving element 41 .
  • Reference current source 76 generates one or more reference currents used in light receiving element 41 .
  • a thermometer 77 detects the temperature in the light receiving element 41 .
  • the light emission timing control section 78 controls the light emission timing based on the light emission trigger signal supplied via the terminal TRGIN.
  • the light emission timing control section 78 generates a light emission trigger signal, supplies the light emission trigger signal to the signal processing circuit 80, and outputs the light emission trigger signal via the terminal TRGOUT.
  • the signal processing circuit 80 generates a depth image based on the detection result in the pixel circuit area 71.
  • FIG. Control signals input via terminals COM, CKIN, and TRGIN are supplied from the control section 42 of FIG. Signals output via terminals DOUT and TRGOUT are output to the control unit 42 .
  • the signal processing circuit 80 has a TDC (Time to Digital Converter) 81, a histogram generator 82, and a processor 83.
  • the TDC 81 converts the light reception timing into a digital value based on the detection result in the pixel circuit area 71 .
  • a histogram generator 82 generates a histogram based on the digital values obtained by the TDC 81 .
  • the processing unit 83 performs various processes based on the histograms generated by the histogram generation unit 82 . For example, the processing unit 83 performs FIR (Finite Impulse Response) filter processing, echo determination, depth value (distance value) calculation processing, peak detection processing, and the like.
  • FIR Finite Impulse Response
  • the transmission unit 79 outputs the depth image generated by the signal processing circuit 80 as serial data, for example, via the terminal DOUT.
  • MIPI Mobile Industry Processor Interface
  • FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration example of one pixel circuit 280 arranged in the pixel circuit area 71.
  • the pixel circuit 280 includes a resistive element 281 , a SPAD 282 , an inverter circuit 283 and a transistor 284 .
  • the resistor element 281, the inverter circuit 283, and the transistor 284 other than the SPAD 282 are hereinafter also referred to as the readout circuit 290.
  • FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration example of one pixel circuit 280 arranged in the pixel circuit area 71.
  • the pixel circuit 280 includes a resistive element 281 , a SPAD 282 , an inverter circuit 283 and a transistor 284 .
  • the resistor element 281, the inverter circuit 283, and the transistor 284 other than the SPAD 282 are hereinafter also referred to as the readout circuit 290.
  • FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration example of one pixel circuit 280
  • the cathode of the SPAD 282 is connected through a junction 285 to one end of a resistive element 281, and is connected through the resistive element 281 to the power supply line of the excess bias voltage VEX. Also, the cathode of the SPAD 282 is connected to the input terminal of the inverter circuit 283 and the drain of the transistor 284 . The anode of SPAD 282 is connected to the power line of bias voltage VSPAD.
  • the SPAD 282 waits for photon incidence with a reverse bias exceeding the breakdown voltage VBD applied.
  • the SPAD 282 amplifies electrons generated by photoelectric conversion by avalanche multiplication.
  • the current flowing at once due to this avalanche breakdown changes the cathode voltage Vs of the SPAD 282 and inverts the output signal of the inverter circuit 283 .
  • SPAD 282 can detect the incidence of single photons.
  • the multiplication operation of electrons starting from the arrival time of photons is called Geiger mode.
  • resistance element 281 One end of the resistance element 281 is connected to the power supply line of the excess bias voltage VEX.
  • the other end of resistance element 281 is connected to the cathode of SPAD 282 , the input terminal of inverter circuit 283 , and the drain of transistor 284 .
  • Resistive element 281 reduces cathode voltage Vs when SPAD 282 undergoes avalanche breakdown.
  • the resistance element 281 may be a quenching resistance composed of a P-type MOSFET operating in the saturation region.
  • the drain of the transistor 284 is connected to the cathode of the SPAD 282, the input terminal of the inverter circuit 283, and the resistance element 281.
  • the source of transistor 284 is connected to ground (GND).
  • a gate of the transistor 284 is supplied with a gating control signal GAT from the controller 42 of FIG.
  • the transistor 284 is composed of, for example, an N-type MOSFET.
  • the bias voltage VSPAD is approximately equal to the breakdown voltage VBD of SPAD 282, eg, a negative bias voltage of -20V.
  • the overbias voltage VEX is the voltage added to the breakdown voltage VBD to allow the SPAD 282 to detect photons. Excess bias voltage VEX is, for example, a positive bias voltage of +3V.
  • the SPAD 282 is applied with a reverse bias voltage corresponding to the sum of the absolute value of VBD and the absolute value of VEX (
  • is, for example, 23V.
  • the bias voltage VSPAD and the excess bias voltage VEX may be supplied from the SPAD control section 72 .
  • FIG. 4 is a perspective view showing a configuration example of a light receiving element 41 composed of a plurality of stacked semiconductor chips.
  • the light receiving element 41 is configured by stacking two semiconductor chips CH1 and CH2.
  • a pixel region 14 is provided in the first chip CH1.
  • the pixel region 14 is a region in which a plurality of SPADs 282 are two-dimensionally arranged in a matrix on the semiconductor substrate.
  • a readout circuit area 15 is provided in the second chip CH2.
  • the readout circuit area 15 is an area in which a plurality of readout circuits 290 are two-dimensionally arranged in a matrix on the semiconductor substrate.
  • the readout circuit area 15 has approximately the same size and shape as the pixel area 14, and when the first chip CH1 and the second chip CH2 are stacked, they are in contact with each other. Although the first chip CH1 and the second chip CH2 are separated from each other in FIG.
  • the readout circuits 290 in the readout circuit region 15 correspond to and face each of the SPADs 282 in the pixel region 14 , and are electrically connected via junctions 285 .
  • the readout circuit 290 corresponds one-to-one with the SPAD 282 and is electrically connected to the SPAD 282 at junction 285 .
  • the junction portion 285 connects the cathode of the SPAD 282 on the first chip CH1 side to the resistance element 281, the inverter circuit 283, and the transistor on the second chip CH2 side by directly bonding the wirings exposed on the surfaces of the chips CH1 and CH2. 284.
  • the first chip CH1 and the second chip CH2 are directly bonded to each other by wiring (Cu--Cu bonding) with the readout circuit 290 and the SPAD 282 facing each other, so that the SPAD 282 and the corresponding readout circuit 290 are connected. They are electrically connected to each other.
  • a pixel circuit region 71 is configured by electrically connecting the pixel region 14 and the readout circuit region 15 through the bonding portion 285 .
  • the light receiving element 41 may be composed of one semiconductor chip.
  • the pixel circuit region 71, the signal processing circuit 80, the transmission section 79, and the peripheral circuit 70 are formed in a flat state on the surface of one semiconductor chip.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of the pixel circuit 280.
  • the light-receiving element 41 according to this embodiment is composed of a first chip CH1 and a second chip CH2 that are stacked.
  • a sensor substrate 341, a sensor wiring layer 342, a logic wiring layer 343, and a logic circuit substrate 344 are laminated.
  • the sensor substrate 341 is, for example, a semiconductor substrate using silicon single crystal containing p-type or n-type impurities.
  • a SPAD 282 is provided for each pixel circuit 280 on the sensor substrate 341 .
  • the surface of the sensor substrate 341 is the light receiving surface for receiving the light L1
  • the sensor wiring layer 342 is provided on the back side opposite to the light receiving surface.
  • the second chip CH2 is joined to the first chip CH1.
  • the sensor wiring layer 342 and the logic wiring layer 343 there are wirings (power supply lines) for supplying the bias voltages VSPAD and VEX to be applied to the SPAD 282, or wirings for extracting electrons generated in the SPAD 282 from the sensor substrate 341, and the like. is provided.
  • the SPAD 282 is provided on the sensor substrate 341.
  • SPAD 282 comprises an n-type well 351 , p-type diffusion layer 352 , n-type diffusion layer 353 , hole accumulation layer 354 , pinning layer 355 and high concentration p-type diffusion layer 356 .
  • SPAD 282 generates a depletion layer by applying a reverse bias to the pn junction between p-type diffusion layer 352 and n-type diffusion layer 353 .
  • the SPAD 282 undergoes an avalanche breakdown when photons enter this depletion layer. That is, the depletion layer at the pn junction between the p-type diffusion layer 352 and the n-type diffusion layer 353 functions as an avalanche multiplication region 357 .
  • the n-type diffusion layer 353 is electrically connected to a contact 371 that supplies a bias voltage VSPAD to form an avalanche multiplication region 357 . That is, the cathode of SPAD 282 is electrically connected to contact 371 .
  • P-type diffusion layer 352 is electrically connected through well 351 to heavily doped p-type diffusion layer 356 supplying bias voltage VEX and contact 372 to form avalanche multiplication region 357 . That is, the anode of SPAD 282 is electrically connected to contact electrode 72 .
  • the hole accumulation layer 354 is a p-type diffusion layer covering the side and bottom surfaces of the well 351 and accumulates holes. Hole accumulation layer 354 is also electrically connected to contact 372 (anode of SPAD 282) to allow bias adjustment. As a result, the hole concentration in the hole accumulation layer 354 is enhanced, and the pinning including the pinning layer 355 is strengthened, thereby suppressing the occurrence of dark current, for example.
  • the pinning layer 355 is a high-concentration p-type diffusion layer (p+) formed on the surface outside the hole accumulation layer 354 (the side surface in contact with the back surface of the sensor substrate 341 and the insulating film 362), and is similar to the hole accumulation layer 354. Also, for example, the generation of dark current is suppressed.
  • p+ high-concentration p-type diffusion layer
  • the high-concentration p-type diffusion layer 356 is a high-concentration p-type diffusion layer (p++) formed so as to surround the periphery of the well 351 near the surface of the sensor substrate 341, and the hole accumulation layer 354 is electrically connected to the anode of the SPAD 282. It is used for connection with the contact 372 for connecting to the .
  • the avalanche multiplication region 357 is a depletion layer region caused by a reverse bias voltage applied to the pn junction between the n-type diffusion layer 353 and the p-type diffusion layer 352.
  • Avalanche multiplication region 357 avalanche breaks down with one photon incident on SPAD 282 and avalanche multiplies electrons (e-).
  • a double-structured inter-pixel separation section 363 of a metal film 361 and an insulating film 362 is provided between the adjacent SPADs 282.
  • Adjacent SPADs 282 are insulated and isolated by inter-pixel isolation portions 363 .
  • the inter-pixel separation part 363 is formed so as to penetrate from the rear surface to the front surface of the sensor substrate 341 . That is, the inter-pixel isolation part 363 has a full trench isolation structure.
  • the metal film 361 is made of a metal that reflects light (such as tungsten).
  • the insulating film 362 is formed of an insulating film such as a silicon oxide film.
  • the inter-pixel separation section 363 is formed by embedding the metal film 361 in the sensor substrate 341 so that the surface of the metal film 361 is covered with the insulating film 362 .
  • the inter-pixel separation section 363 electrically and optically separates the adjacent SPADs 282 .
  • the sensor wiring layer 342 is provided with contacts 371-373, metal wirings 374-376, contacts 377-379, and metal pads 380-382.
  • the contact 371 connects between the n-type diffusion layer 353 and the metal wiring 374 .
  • Contact 372 connects between high-concentration p-type diffusion layer 356 and metal wiring 375 .
  • a contact 373 connects between the metal film 361 and the metal wiring 376 .
  • the metal wiring 374 is formed wider than the avalanche multiplication region 357 so as to cover at least the avalanche multiplication region 357, for example. Thereby, the metal wiring 374 reflects the light transmitted through the SPAD 282 to the SPAD 282 . This leads to improved photon detection efficiency (PDE).
  • PDE photon detection efficiency
  • the metal wiring 375 is provided, for example, so as to surround the outer periphery of the metal wiring 374, and overlaps the high-concentration p-type diffusion layer 356 in plan view from the incident direction (Z direction) of the light L1.
  • the metal wiring 376 is provided, for example, at four corners of the SPAD 282 and connected to the metal film 361 .
  • the contact 377 connects between the metal wiring 374 and the metal pad 380 .
  • a contact 378 connects between the metal wiring 375 and the metal pad 381 .
  • a contact 379 connects between the metal wiring 376 and the metal pad 382 .
  • the metal pads 380 to 382 are joined to metal pads 401 to 403 provided on the logic wiring layer 343 .
  • the metal pads 380 to 382 and the metal pads 401 to 403 are made of metal such as copper, and are electrically connected to each other by electrically and mechanically bonding (Cu--Cu bonding).
  • the metal pads 380 to 382 and the metal pads 401 to 403 joined in this manner function as the joining portion 285 in FIG.
  • the logic wiring layer 343 is provided with electrode pads 391-393, an insulating layer 394, contacts 395-400, and metal pads 401-403.
  • the electrode pads 391 to 393 are used for connection with the logic circuit board 344 respectively.
  • the insulating layer 394 insulates the electrode pads 391-393 from each other.
  • Contacts 395 and 396 connect between electrode pad 391 and metal pad 401 .
  • Contacts 397 and 398 connect between electrode pad 392 and metal pad 402 .
  • Contacts 399 and 400 connect between electrode pad 393 and metal pad 403 .
  • the metal pad 401 is joined with the metal pad 380 , the metal pad 402 is joined with the metal pad 381 , and the metal pad 303 is joined with the metal pad 382 .
  • the electrode pad 391 is connected to the n-type diffusion layer 353 via the contacts 395 and 396, the metal pads 401 and 380, the contact 377, the metal wiring 374, and the contact 371. Therefore, in the SPAD 282, when the bias voltage VSPAD is applied from the logic circuit 410 of the logic circuit board 344 to the electrode pad 391, it is applied to the n-type diffusion layer 353 via the metal pads 401, 380 and the like.
  • the electrode pad 392 is connected to the high concentration p-type diffusion layer 356 via contacts 397 and 398 , metal pads 402 and 381 , contact 378 , metal wiring 375 and contact 372 . Therefore, in the SPAD 282, when the bias voltage VEX is applied from the logic circuit 410 of the logic circuit board 344 to the electrode pad 392, it is applied to the high concentration p-type diffusion layer 356 via the metal pads 402, 381 and the like. Thus, the logic circuit 410 of the logic circuit board 344 can apply the bias voltages VSPAD and VEX to the anode (p-type diffusion layer 352) and cathode (n-type diffusion layer 353) of the SPAD 282, respectively.
  • the electrode pad 393 is connected to the metal film 361 via contacts 399 and 400 , metal pads 403 and 382 , contacts 379 , metal wiring 376 and contacts 373 . Accordingly, in the SPAD 282 , the bias voltage supplied from the logic circuit board 344 to the electrode pad 393 is applied to the metal film 361 .
  • a logic circuit 410 is provided on the logic circuit board 344 .
  • the logic circuit board 344 is, for example, a semiconductor substrate using silicon single crystal containing p-type or n-type impurities.
  • the logic circuit board 344 is provided on the back side of the sensor board 341 .
  • Logic circuit 410 includes a bias voltage application circuit that applies bias voltages VSPAD and VEX to SPAD 282 or read circuit 290 .
  • the metal wiring 374 is formed wider than the avalanche multiplication region 357 so as to cover the avalanche multiplication region 357 in plan view in the Z direction.
  • the metal film 361 is formed so as to penetrate the sensor substrate 341 . That is, the SPAD 282 is formed so as to have a reflective structure in which the metal wiring 374 and the metal film 361 surround the SPAD 282 except for the light incident surface.
  • the metal wiring 374 can suppress the light L1 from entering the logic circuit 410 and suppress noise contained in the pixel signal of the logic circuit 410 and malfunction of the logic circuit 410 .
  • An on-chip lens OCL is provided on the surface (incident light) side of the sensor substrate 341 .
  • the on-chip lens OCL is provided to condense the incident light L1 onto the avalanche multiplication region 357 .
  • the on-chip lens OCL is formed using, for example, a transparent resin material.
  • FIG. 6A is a schematic plan view showing a configuration example of the first chip CH1.
  • the first chip CH1 includes a pixel region 14 provided on a semiconductor substrate.
  • the pixel region 14 is configured by two-dimensionally arranging a plurality of photodiodes (282 in FIG. 3) in a matrix.
  • FIG. 6B is a schematic plan view showing a configuration example of the second chip CH2.
  • the second chip CH2 includes a readout circuit area 15, a row driver 291, a column driver 292, a signal processing circuit (DSP) 80, a PLL 74, a transmitter 79, a PoR (Power on Reset) circuit 296, a plurality of thermometers Temp1 and Temp2, a plurality of bias circuits Bias1 and Bias2, and a plurality of bias control circuits LDO (Low Drop Out) 1 and LDO2 on a semiconductor substrate.
  • DSP signal processing circuit
  • the readout circuit area 15 is configured by two-dimensionally arranging a plurality of readout circuits (290 in FIG. 3) in a matrix.
  • a readout circuit 290 is provided corresponding to each of the SPADs 282 in the pixel region 14 .
  • a row driver 291 and a column driver 292 select an arbitrary pixel circuit 280 from the pixel circuit region 71 and output a pixel signal from the readout circuit 290 of the selected pixel circuit 280 to the signal processing circuit 80 .
  • the row driver 291 and the column driver 292 are configured by logic circuits and controlled by control signals from the SPAD controller 72 in FIG.
  • the signal processing circuit 80 is configured to process the pixel signal from the readout circuit 290, and is configured by, for example, a control circuit such as FPGA or DSP and a processor. The function of the signal processing circuit 80 is as described with reference to FIG.
  • the transmission unit 79 outputs the image signal processed by the signal processing circuit 80 to the outside of the light receiving element 41 according to the timing of the PLL 74 .
  • MIPI is used for the transmission unit 79 as described above.
  • the PoR circuit 296 is a circuit that activates the light receiving element 41 according to the timing of the PLL 74 .
  • thermometers Temp1 and Temp2 are provided near the readout circuit area 15 .
  • a thermometer Temp1 as a first thermometer is provided corresponding to the circuit region 15_1 as the first circuit region in the readout circuit region 15 .
  • a thermometer Temp2 as a second thermometer is provided corresponding to the circuit region 15_2 as the second circuit region in the readout circuit region 15 .
  • the pixel region 14 and the readout circuit region 15 have an elongated shape with a long side or a long diameter when viewed from above in the incident direction (Z direction) of the light L1. It is approximately rectangular.
  • the pixel region 14 has an elongated shape similar to the readout circuit region 15, and faces the readout circuit region 15 when the first chip CH1 and the second chip CH2 are joined. Thereby, each SPAD 282 in the pixel region 14 corresponds to each readout circuit 290 in the readout circuit region 15 and can be electrically connected to its corresponding readout circuit 290 via the junction 285 .
  • the pixel region 14 and the readout circuit region 15 may have a substantially elliptical shape with a major axis or other elongated shapes.
  • thermometers Temp1 and Temp2 are arranged in parallel along the long side or the major axis of the readout circuit area 15 having such an elongated shape, and are provided corresponding to the circuit areas 15_1 and 15_2, respectively.
  • thermometer Temp1 corresponding to and adjacent to the circuit region 15_1
  • thermometer Temp2 can measure the temperature of the circuit region 15_2.
  • the temperature distribution of the readout circuit region 15 is used for feedback control of the bias voltages VSPAD and BEX. Details of the feedback control of the bias voltages VSPAD and BEX will be described later.
  • thermometers Temp1 and Temp2 are provided adjacent to one side of the readout circuit area 15 .
  • the thermometers Temp1 and Temp2 are provided on the opposite side of the signal processing circuit 80 with the readout circuit region 15 interposed therebetween. That is, the signal processing circuit 80 is arranged on one side of the readout circuit area 15 and the thermometers Temp1 and Temp2 are arranged on the other side of the readout circuit area 15 .
  • the thermometers Temp1 and Temp2 are arranged in the vicinity of the bias control circuits LDO1 and LDO2 included in the input/output circuit. Wiring connection with the control circuit LDO2 is facilitated. Further, it is not necessary to arrange the thermometers Temp1 and Temp2 between the readout circuit area 15 and the signal processing circuit 80, and the wiring connection between the readout circuit area 15 and the signal processing circuit 80 is facilitated.
  • a bias control circuit LDO1 as a first control circuit is a regulator circuit provided in an input/output circuit near the thermometer Temp1.
  • the bias control circuit LDO1 is connected to a power input pad PAD1 and externally receives bias voltages VSPAD and VEX from the pad PAD1.
  • the bias control circuit LDO1 controls the bias voltages VSPAD and VEX and supplies them to the SPAD282 corresponding to the circuit region 15_1.
  • the bias control circuit LDO1 applies bias voltages VSPAD and BEX corresponding to the temperature of the circuit region 15_1 measured by the thermometer Temp1 to the SPAD 282 corresponding to the readout circuit 290 in the circuit region 15_1. Thereby, the bias control circuit LDO1 can feedback-control the bias voltages VSPAD and VEX applied to the SPAD 282 corresponding to the circuit region 15_1 according to the temperature of the circuit region 15_1. Since the thermometer Temp1 is close to the bias control circuit LDO1, delay in feedback control can be suppressed.
  • a bias control circuit LDO2 as a second control circuit is a regulator circuit provided in an input/output circuit near the thermometer Temp2.
  • the bias control circuit LDO2 is connected to a power input pad PAD2 and externally receives bias voltages VSPAD and VEX from the pad PAD2.
  • the bias control circuit LDO2 controls the bias voltages VSPAD and VEX and supplies them to the SPAD 282 corresponding to the circuit region 15_2.
  • the bias control circuit LDO2 applies bias voltages VSPAD and BEX corresponding to the temperature of the circuit region 15_2 measured by the thermometer Temp2 to the SPAD 282 corresponding to the readout circuit 290 in the circuit region 15_2.
  • the bias control circuit LDO1 can feedback-control the bias voltages VSPAD and BEX applied to the SPAD 282 corresponding to the circuit region 15_2 according to the temperature of the circuit region 15_2. Since the thermometer Temp2 is close to the bias control circuit LDO2, delay in feedback control can be suppressed.
  • bias control circuits LDO1 and LDO2 are synchronized, they can apply different bias voltages VSPAD and VEX to the circuit regions 15_1 and 15_2, respectively.
  • the pad PAD1 and the pad PAD2 for power input are part of a plurality of pads provided at the chip edge of the second chip CH2, for example.
  • a plurality of pads are provided on the four sides of the chip and are used for input/output of signals with the outside and input/output of signals for inspecting the chip.
  • the pads PAD1 and PAD2 for power input may be included in a plurality of pad groups provided on one side of the chip.
  • thermometers Temp1 and Temp2 are located near the bias control circuits LDO1 and LDO2.
  • the thermometer Temp1 is arranged between the readout circuit area 15 and the pad PAD1
  • thermometer Temp2 is arranged between the readout circuit area 15 and the pad PAD2.
  • a plurality of bias circuits Bias1 and Bias2 are provided.
  • a bias circuit Bias1 as a first bias circuit supplies power to the row driver 291, the column driver 292, the thermometers Temp1 and Temp2, etc. in the readout circuit area 15.
  • FIG. A bias circuit Bias2 as a second bias circuit also supplies power to the row driver 291, the column driver 292, the thermometers Temp1 and Temp2, etc. in the readout circuit area 15.
  • FIG. By providing a plurality of bias circuits Bias1 and Bias2 in one second chip CH2, even if one of the bias circuits Bias1 and Bias2 fails, the other can supply power to the second chip CH2. That is, the plurality of bias circuits Bias1 and Bias2 can ensure redundancy of power supply to the second chip CH2 and be robust against power failure.
  • the bias circuits Bias1 and Bias2 are also provided on the opposite side of the signal processing circuit 80 with the readout circuit region 15 interposed therebetween.
  • the bias circuit Bias1 is provided between the circuit region 15_1 and the pad PAD1 and arranged near the thermometer Temp1.
  • the bias circuit Bias2 is provided between the circuit region 15_2 and the pad PAD2 and arranged near the thermometer Temp2.
  • FIG. 7 is a graph showing an example of the operation of the SPAD 282 according to this technology.
  • FIG. 7 shows the operation of one SPAD 282.
  • FIG. The vertical axis of the graph is the current I flowing through one SPAD 282 and the horizontal axis is the voltage V applied to that SPAD 282 .
  • the voltage V applied to the SPAD 282 is a reverse bias voltage corresponding to the sum of the anode-side bias voltage VSPAD and the cathode-side bias voltage VEX of the SPAD 282 in FIG.
  • bias voltage VSPAD is equal to breakdown voltage VBD of SPAD 282
  • SPAD 282 has a reverse bias voltage corresponding to the sum of the absolute value of VBD and the absolute value of VEX (
  • the SPAD 282 is charged to a reverse bias voltage of (
  • the SPAD 282 After the quenching operation, when the excess bias voltage VEX is applied to the SPAD 282 again, the SPAD 282 is recharged to return to the first state St1 and becomes capable of detecting photons.
  • the SPAD 282 repeatedly performs the recharge operation, the avalanche multiplication operation by photons, the quenching operation, the recharge operation, . . . , and the first to third states St1, St2, St3.
  • the SPAD 282 causes a large current I to flow each time it detects a photon, thereby lowering the cathode voltage Vs in FIG.
  • the logic of the output signal 230 of the inverter circuit 283 is inverted each time the SPAD 282 detects a photon.
  • the signal processing circuit 80 of FIG. 3 can perform subsequent signal processing, such as generating a histogram. Thereby, the signal processing circuit 80 can generate a depth image and output it via the MIPI 79 .
  • FIG. 8 is a flowchart showing an example of feedback control operation of the light receiving element 41 according to the present technology.
  • the threshold of the temperature difference between the circuit regions 15_1 and 15_2 is set (S10). That is, the allowable range of temperature variation between the circuit regions 15_1 and 15_2 is set.
  • the threshold setting may be input by the operator via a user interface (not shown).
  • the bias control circuits LDO1 and LDO2 control the read circuit region 15 without changing the same bias voltages VSPAD and VEX. apply.
  • the bias control circuits LDO1 and LDO2 adjust the bias voltages VSPAD and VEX applied to the circuit regions 15_1 and 15_2.
  • the light receiving element 41 performs a photon detection operation (S20).
  • the photon detection operation is as described with reference to FIG.
  • thermometers Temp1 and Temp2 measure the temperature of the circuit regions 15_1 and 15_2 and calculate the temperature difference (S30). Thereby, the thermometers Temp1 and Temp2 calculate the temperature variation between the circuit regions 15_1 and 15_2. This temperature variation calculation may be performed by a logic circuit (not shown) other than the thermometers Temp1 and Temp2. Also, the temperature information of the circuit regions 15_1 and 15_2 may be output to an external device of the light receiving element 41 (for example, the control unit 42 in FIG. 1). In this case, for example, the control unit 42 calculates the temperature difference between the circuit regions 15_1 and 15_2 measured by the thermometers Temp1 and Temp2. The calculated temperature difference is input to the light receiving element 41 .
  • the bias control circuits LDO1 and LDO2 control the bias voltages VSPAD and VEX according to this temperature difference, as will be described later.
  • the bias control circuits LDO1 and LDO2 apply the same bias voltages VSPAD and VEX without changing the bias voltages VSPAD and VEX. apply. SPAD 282 then continues to detect photons.
  • the bias control circuits LDO1 and LDO2 change the bias voltages VSPAD and VEX. That is, the bias control circuit LDO1 or LDO2 changes the reverse bias voltage (
  • the SPAD282 tends to undergo avalanche breakdown. Therefore, when the temperature of the circuit region 15_1 becomes higher than the temperature of the circuit region 15_2 by a threshold value or more, the breakdown voltage VBD of the SPAD 282 of the pixel region 14 corresponding to the circuit region 15_1 is lowered.
  • the bias control circuit LDO1 changes the bias voltage VSPAD to match the breakdown voltage VBD of the SPAD 282 corresponding to the circuit region 15_1.
  • the circuit region 15_1 reduces the reverse bias voltage (
  • the circuit region 15_2 does not have to change the reverse bias voltage (
  • the SPAD 282 and erroneous detection of photons can be suppressed in the pixel region 14 corresponding to the circuit region 15_1, and the photon detection efficiency (PDE) of the entire light receiving element 41 can be maintained.
  • the bias control circuit LDO2 changes the bias voltage VSPAD to match the breakdown voltage VBD of the SPAD 282 corresponding to the circuit region 15_2.
  • the circuit region 15_2 reduces the reverse bias voltage (
  • the circuit region 15_1 does not have to change the reverse bias voltage (
  • PDE photon detection efficiency
  • the distance between the light receiving element 41 and the detection target varies greatly in a specific part of the pixel area 14 (for example, roads and buildings in the lower half). , may not change much in other parts (eg, the upper half of the sky).
  • the temperature of the lower half circuit region 15_1 of the readout circuit region 15 may be extremely higher than the temperature of the upper half circuit region 15_2.
  • the bias control circuit LDO1 reduces the bias voltage VSPAD according to the temperature difference between the circuit regions 15_1 and 15_2. Thereby, the photon detection efficiency (PDE) of the entire light receiving element 41 can be maintained.
  • the relationship between the temperature and the breakdown voltage VBD of the SPAD 282 may be measured in advance, or is known in advance from the structure of the SPAD 282. Therefore, the relational expression between the temperature and the breakdown voltage VBD may be stored in advance in the memory (not shown) within the light receiving element 41 or within the control section 42 .
  • Steps S20 to S50 are repeatedly executed until photon detection is completed (NO in S60). When photon detection ends (YES in S60), photon detection by the light receiving element 41 ends.
  • the light receiving element 41 includes multiple thermometers Temp1 and Temp2 corresponding to the multiple circuit areas 15_1 and 15_2 of the readout circuit area 15 .
  • the temperature distribution of the readout circuit area 15 can be obtained from a plurality of thermometers Temp1 and Temp2.
  • the bias control circuits LDO1 and LDO2 feedback-control the bias voltages VSPAD and VEX input from the pads PAD1 and PAD2 to control the bias voltages VSPAD and VEX according to the temperature distribution (temperature variation) of the readout circuit region 15 to the circuit region 15_1.
  • 15_2 are applied to the pixel regions 14 corresponding to .
  • the light receiving element 41 can apply different reverse bias voltages (
  • thermometers Temp1 and Temp2 are arranged along the long side of one readout circuit area 15 .
  • Two bias control circuits LDO1 and LDO2 are arranged along the long side of one readout circuit region 15 .
  • the number and arrangement of thermometers and bias control circuits are not limited to this.
  • three or more thermometers and three or more bias control circuits may be arranged along the long side of one readout circuit region 15 .
  • the number of thermometers and the number of bias control circuits should be equal. This makes it possible to obtain a more detailed temperature distribution (temperature variation) in the readout circuit region 15, and correspondingly, it is possible to set the bias voltage more finely.
  • thermometers are arranged along the lower half circuit region 15_1 where the distance changes sharply.
  • a small number of thermometers may be arranged in the upper half circuit region 15_2 where the distance changes slowly.
  • a more detailed temperature distribution (temperature variation) of the circuit region 15_1 can be obtained, and correspondingly, the bias voltage to the pixel region 14 corresponding to the circuit region 15_1 can be set more finely. becomes.
  • PDE photon detection efficiency
  • FIG. 9A is a schematic diagram showing a configuration example of a ranging system 500 operating in scan mode.
  • Distance measuring system 500 includes light receiving element 41 , laser diode 510 , condenser lens 520 , half mirror 530 , polygon mirror 540 , light receiving lens 545 , driving section 550 and control section 560 . .
  • a laser diode 510 generates laser light Le.
  • the condenser lens 520 condenses the laser beam Le and irradiates it onto the half mirror 530 .
  • Half mirror 530 reflects laser beam Le to polygon mirror 540 .
  • the polygon mirror 540 irradiates the scanning area SR of the scanning area AR as the detection target range with the laser beam Le.
  • the scanning area SR is a part of the entire scanning area AR, and the operation of the polygon mirror 540 can scan the entire scanning area AR.
  • Polygon mirror 540 is operated by drive unit 550 .
  • the reflected light Lr from the scanning region SR with respect to the laser light Le passes through the polygon mirror 540 and the half mirror 530 and is irradiated onto the pixel region 14 of the light receiving element 41 via the light receiving lens 545 . Thereby, the light receiving element 41 detects the reflected light Lr from the scanning region SR and generates a depth image.
  • Control unit 560 controls the entire distance measuring system 500 .
  • the pixel region 14 and the readout circuit region 15 of the light receiving element 41 have an elongated shape, and the reflected light Lr obtained by scanning the laser light Le in the direction of the short side or the short diameter of the elongated shape is used to Measure the distance.
  • the scanning region SR may be, for example, a vertically elongated region extending from the ground to the sky.
  • the light-receiving element 41 detects the vertically long scanning area SR at once.
  • the light receiving element 41 detects the reflected light Lr of the scanning area SR from the ground to the sky all at once.
  • the light receiving element 41 images only the scanning area SR at a time, but can image the entire scanning area AR by scanning the scanning area SR in the horizontal direction.
  • the ranging system 500 can obtain a depth image of the object OBJ in scan mode.
  • FIG. 9B is a schematic diagram showing a configuration example of a ranging system 600 operating in array mode.
  • the ranging system 600 includes a light receiving element 41 , a laser diode 610 , an irradiation lens 620 and a light receiving lens 645 .
  • a laser diode 610 generates laser light Le.
  • the irradiation lens 620 irradiates the entire scanning area AR with the laser light Le.
  • the reflected light Lr from the detection target range AR for the laser light is irradiated onto the pixel region 14 of the light receiving element 41 via the light receiving lens 645 .
  • the light receiving element 41 detects the reflected light Lr from the detection target range AR and generates a depth image.
  • the light receiving element 41 can detect the entire detection target range AR at once and measure the distance.
  • the ranging system 600 can obtain depth images of the object OBJ in a short period of time.
  • the light receiving element 41 may be used in either the scan mode ranging system 500 or the array mode ranging system 600 .
  • the technology (the present technology) according to the present disclosure can be applied to various products.
  • the technology according to the present disclosure can be realized as a device mounted on any type of moving body such as automobiles, electric vehicles, hybrid electric vehicles, motorcycles, bicycles, personal mobility, airplanes, drones, ships, and robots. may
  • FIG. 10 is a block diagram showing a schematic configuration example of a vehicle control system, which is an example of a mobile control system to which the technology according to the present disclosure can be applied.
  • a vehicle control system 12000 includes a plurality of electronic control units connected via a communication network 12001.
  • the vehicle control system 12000 includes a drive system control unit 12010, a body system control unit 12020, an exterior information detection unit 12030, an interior information detection unit 12040, and an integrated control unit 12050.
  • a microcomputer 12051, an audio/image output unit 12052, and an in-vehicle network I/F (Interface) 12053 are illustrated.
  • the drive system control unit 12010 controls the operation of devices related to the drive system of the vehicle according to various programs.
  • the driving system control unit 12010 includes a driving force generator for generating driving force of the vehicle such as an internal combustion engine or a driving motor, a driving force transmission mechanism for transmitting the driving force to the wheels, and a steering angle of the vehicle. It functions as a control device such as a steering mechanism to adjust and a brake device to generate braking force of the vehicle.
  • the body system control unit 12020 controls the operation of various devices equipped on the vehicle body according to various programs.
  • the body system control unit 12020 functions as a keyless entry system, a smart key system, a power window device, or a control device for various lamps such as headlamps, back lamps, brake lamps, winkers or fog lamps.
  • the body system control unit 12020 can receive radio waves transmitted from a portable device that substitutes for a key or signals from various switches.
  • the body system control unit 12020 receives the input of these radio waves or signals and controls the door lock device, power window device, lamps, etc. of the vehicle.
  • the vehicle exterior information detection unit 12030 detects information outside the vehicle in which the vehicle control system 12000 is installed.
  • the vehicle exterior information detection unit 12030 is connected with an imaging section 12031 .
  • the vehicle exterior information detection unit 12030 causes the imaging unit 12031 to capture an image of the exterior of the vehicle, and receives the captured image.
  • the vehicle exterior information detection unit 12030 may perform object detection processing or distance detection processing such as people, vehicles, obstacles, signs, or characters on the road surface based on the received image.
  • the imaging unit 12031 is an optical sensor that receives light and outputs an electrical signal according to the amount of received light.
  • the imaging unit 12031 can output the electric signal as an image, and can also output it as distance measurement information.
  • the light received by the imaging unit 12031 may be visible light or non-visible light such as infrared rays.
  • the in-vehicle information detection unit 12040 detects in-vehicle information.
  • the in-vehicle information detection unit 12040 is connected to, for example, a driver state detection section 12041 that detects the state of the driver.
  • the driver state detection unit 12041 includes, for example, a camera that captures an image of the driver, and the in-vehicle information detection unit 12040 detects the degree of fatigue or concentration of the driver based on the detection information input from the driver state detection unit 12041. It may be calculated, or it may be determined whether the driver is dozing off.
  • the microcomputer 12051 calculates control target values for the driving force generator, the steering mechanism, or the braking device based on the information inside and outside the vehicle acquired by the vehicle exterior information detection unit 12030 or the vehicle interior information detection unit 12040, and controls the drive system control unit.
  • a control command can be output to 12010 .
  • the microcomputer 12051 realizes the functions of ADAS (Advanced Driver Assistance System) including collision avoidance or shock mitigation of vehicles, follow-up driving based on inter-vehicle distance, vehicle speed maintenance driving, vehicle collision warning, vehicle lane deviation warning, etc. Cooperative control can be performed for the purpose of ADAS (Advanced Driver Assistance System) including collision avoidance or shock mitigation of vehicles, follow-up driving based on inter-vehicle distance, vehicle speed maintenance driving, vehicle collision warning, vehicle lane deviation warning, etc. Cooperative control can be performed for the purpose of ADAS (Advanced Driver Assistance System) including collision avoidance or shock mitigation of vehicles, follow-up driving based on inter-vehicle distance, vehicle speed maintenance driving
  • the microcomputer 12051 controls the driving force generator, the steering mechanism, the braking device, etc. based on the information about the vehicle surroundings acquired by the vehicle exterior information detection unit 12030 or the vehicle interior information detection unit 12040, so that the driver's Cooperative control can be performed for the purpose of autonomous driving, etc., in which vehicles autonomously travel without depending on operation.
  • the microcomputer 12051 can output a control command to the body system control unit 12030 based on the information outside the vehicle acquired by the information detection unit 12030 outside the vehicle.
  • the microcomputer 12051 controls the headlamps according to the position of the preceding vehicle or the oncoming vehicle detected by the vehicle exterior information detection unit 12030, and performs cooperative control aimed at anti-glare such as switching from high beam to low beam. It can be carried out.
  • the audio/image output unit 12052 transmits at least one of audio and/or image output signals to an output device capable of visually or audibly notifying the passengers of the vehicle or the outside of the vehicle.
  • an audio speaker 12061, a display unit 12062, and an instrument panel 12063 are illustrated as output devices.
  • the display unit 12062 may include at least one of an on-board display and a head-up display, for example.
  • FIG. 11 is a diagram showing an example of the installation position of the imaging unit 12031.
  • the imaging unit 12031 has imaging units 12101, 12102, 12103, 12104, and 12105.
  • the imaging units 12101, 12102, 12103, 12104, and 12105 are provided at positions such as the front nose, side mirrors, rear bumper, back door, and windshield of the vehicle 12100, for example.
  • An image pickup unit 12101 provided in the front nose and an image pickup unit 12105 provided above the windshield in the passenger compartment mainly acquire images in front of the vehicle 12100 .
  • Imaging units 12102 and 12103 provided in the side mirrors mainly acquire side images of the vehicle 12100 .
  • An imaging unit 12104 provided in the rear bumper or back door mainly acquires an image behind the vehicle 12100 .
  • the imaging unit 12105 provided above the windshield in the passenger compartment is mainly used for detecting preceding vehicles, pedestrians, obstacles, traffic lights, traffic signs, lanes, and the like.
  • FIG. 11 shows an example of the imaging range of the imaging units 12101 to 12104.
  • the imaging range 12111 indicates the imaging range of the imaging unit 12101 provided in the front nose
  • the imaging ranges 12112 and 12113 indicate the imaging ranges of the imaging units 12102 and 12103 provided in the side mirrors, respectively
  • the imaging range 12114 The imaging range of an imaging unit 12104 provided on the rear bumper or back door is shown. For example, by superimposing the image data captured by the imaging units 12101 to 12104, a bird's-eye view image of the vehicle 12100 viewed from above can be obtained.
  • At least one of the imaging units 12101 to 12104 may have a function of acquiring distance information.
  • at least one of the imaging units 12101 to 12104 may be a stereo camera composed of a plurality of imaging elements, or may be an imaging element having pixels for phase difference detection.
  • the microcomputer 12051 determines the distance to each three-dimensional object within the imaging ranges 12111 to 12114 and changes in this distance over time (relative velocity with respect to the vehicle 12100). , it is possible to extract, as the preceding vehicle, the closest three-dimensional object on the traveling path of the vehicle 12100, which runs at a predetermined speed (for example, 0 km/h or more) in substantially the same direction as the vehicle 12100. can. Furthermore, the microcomputer 12051 can set the inter-vehicle distance to be secured in advance in front of the preceding vehicle, and perform automatic brake control (including following stop control) and automatic acceleration control (including following start control). In this way, cooperative control can be performed for the purpose of automatic driving in which the vehicle runs autonomously without relying on the operation of the driver.
  • automatic brake control including following stop control
  • automatic acceleration control including following start control
  • the microcomputer 12051 converts three-dimensional object data related to three-dimensional objects to other three-dimensional objects such as motorcycles, ordinary vehicles, large vehicles, pedestrians, and utility poles. It can be classified and extracted and used for automatic avoidance of obstacles. For example, the microcomputer 12051 distinguishes obstacles around the vehicle 12100 into those that are visible to the driver of the vehicle 12100 and those that are difficult to see. Then, the microcomputer 12051 judges the collision risk indicating the degree of danger of collision with each obstacle, and when the collision risk is equal to or higher than the set value and there is a possibility of collision, an audio speaker 12061 and a display unit 12062 are displayed. By outputting an alarm to the driver via the drive system control unit 12010 and performing forced deceleration and avoidance steering via the drive system control unit 12010, driving support for collision avoidance can be performed.
  • At least one of the imaging units 12101 to 12104 may be an infrared camera that detects infrared rays.
  • the microcomputer 12051 can recognize a pedestrian by determining whether or not the pedestrian exists in the captured images of the imaging units 12101 to 12104 .
  • recognition of a pedestrian is performed by, for example, a procedure for extracting feature points in images captured by the imaging units 12101 to 12104 as infrared cameras, and performing pattern matching processing on a series of feature points indicating the outline of an object to determine whether or not the pedestrian is a pedestrian.
  • the audio image output unit 12052 outputs a rectangular outline for emphasis to the recognized pedestrian. is superimposed on the display unit 12062 . Also, the audio/image output unit 12052 may control the display unit 12062 to display an icon or the like indicating a pedestrian at a desired position.
  • this technique can take the following structures. (1) a pixel region in which a plurality of photodiodes are arranged; a readout circuit region including a plurality of readout circuits provided corresponding to each of the plurality of photodiodes; a first thermometer provided corresponding to a first circuit area of the readout circuit area; a second thermometer provided corresponding to a second circuit area of the readout circuit area; a first control circuit that applies a first voltage corresponding to the temperature of the first circuit area measured by the first thermometer to the photodiode corresponding to the readout circuit in the first circuit area; a second control circuit that applies a second voltage corresponding to the temperature of the second circuit area measured by the second thermometer to the photodiode corresponding to the readout circuit in the second circuit area; A light receiving element provided.
  • the readout circuit region has an elongated shape with a long side or a long diameter, and includes the first and second circuit regions arranged along the long side or the long diameter,
  • the light receiving element according to (1) or (2), wherein the first and second thermometers are provided on the opposite side of the signal processing circuit across the readout circuit region.
  • thermometer is arranged between the first circuit region and the first pad
  • second thermometer is arranged between the second circuit region and the second pad.
  • a first bias circuit provided corresponding to the first circuit region and supplying power to a driver in the readout circuit region
  • the light receiving element according to any one of (1) to (4), further comprising a second bias circuit provided corresponding to the second circuit region and supplying power to a driver in the readout circuit region.
  • (6) further comprising a signal processing circuit provided adjacent to one side of the readout circuit region for processing pixel signals from the readout circuit region;
  • the first bias circuit is positioned proximate to the first thermometer;
  • (9) a first chip including the pixel area;
  • the second chip according to any one of (1) to (8), which includes the readout circuit region and is bonded to the first chip such that the readout circuits corresponding to the photodiodes face each other.
  • Light receiving element (10) The light receiving element according to (9), wherein the pixel region has an elongated shape similar to that of the readout circuit region, and faces the readout circuit region when the first chip and the second chip are joined. .
  • the first or second control circuit changes the absolute value of the first or second voltage when the difference between the temperature of the first circuit region and the temperature of the second circuit region exceeds a first threshold.
  • the light receiving element according to any one of (1) to (10).
  • the first control circuit reduces the absolute value of the first voltage
  • the second control circuit reduces the absolute value of the second voltage when the temperature of the second circuit area is higher than the temperature of the first circuit area.
  • a lighting device that irradiates an object with irradiation light; a light receiving element that receives reflected light from the object irradiated with the irradiation light,
  • the light receiving element is a pixel region in which a plurality of photodiodes are arranged; a readout circuit region including a plurality of readout circuits provided corresponding to each of the plurality of photodiodes; a first thermometer provided corresponding to a first circuit area of the readout circuit area; a second thermometer provided corresponding to a second circuit area of the readout circuit area; a first control circuit that applies a first voltage corresponding to the temperature of the first circuit area measured by the first thermometer to the photodiode corresponding to the readout circuit in the first circuit area; a second control circuit that applies a second voltage corresponding to the temperature of the second circuit area measured by the second thermometer to the photodiode corresponding to the readout circuit in the second circuit area; equipped ranging system.
  • the pixel region and the readout circuit region each have an elongated shape having a long side or a long diameter, and the detection target range is measured using the reflected light obtained by scanning in the direction of the short side or the short diameter of the elongated shape.
  • the distance measurement system according to (14) or (15), wherein the pixel area and the readout circuit area detect the entire detection target range at once and perform distance measurement.
  • the first or second control circuit changes the absolute value of the first or second voltage when the difference between the temperature of the first circuit region and the temperature of the second circuit region exceeds a first threshold.
  • thermometer a thermometer provided on a second side opposite to the first side of the readout circuit area; with A light-receiving element, wherein the first thermometer and the second thermometer are provided between a plurality of pads formed at a chip end and the readout circuit region.

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Abstract

［課題］温度勾配があっても電気的特性のばらつきを抑制することができる受光素子を提供する。 ［解決手段］本開示による受光素子は、複数のフォトダイオードを配列した画素領域と、複数のフォトダイオードのそれぞれに対応して設けられた複数の読出し回路を含む読出し回路領域と、読出し回路領域のうち第１回路領域に対応して設けられた第１温度計と、読出し回路領域のうち第２回路領域に対応して設けられた第２温度計と、第１温度計で測定された第１回路領域の温度に応じた第１電圧を、該第１回路領域内の読出し回路に対応するフォトダイオードに印加する第１制御回路と、第２温度計で測定された第２回路領域の温度に応じた第２電圧を、第２回路領域内の読出し回路に対応するフォトダイオードに印加する第２制御回路とを備える。

Description

受光素子
　本実施形態は、受光素子に関する。
　車載用ｄＴｏＦ（direct Time of Flight）測距センサには、ＳＰＡＤ（Single Photon　Avalanche Diode）が用いられる場合がある。ＳＰＡＤは、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）をガイガーモードで動作させて、単一光子の検出を可能とする受光素子である。このようなＳＡＰＤでは、降伏電圧（ブレークダウン電圧）より大きな逆バイアス電圧が印加された状態で単一光子が入射すると、キャリアがアバランシェ増倍を起こして、大きな電流が発生する。この電流に基づいて光子がＳＰＡＤに入射したことを検出する。
特開２０２０－１７８２４９号公報
　このようなＳＰＡＤは、画素領域およびそれに対応するＣＭＯＳ（Complementary Metal　Oxide Semiconductor）回路において検出する光子によって不均一に発熱し、温度勾配を生じさせる。この温度勾配は、ＳＰＡＤのブレークダウン電圧等の電気的特性のばらつきの原因となり、光子検出効率（ＰＤＥ（Photon Detective Effect））を低下させる。
　そこで、本開示は上記問題点を鑑みてなされたものであり、温度勾配があっても電気的特性のばらつきを抑制することができる受光素子を提供する。
　本実施形態による受光素子は、複数のフォトダイオードを配列した画素領域と、複数のフォトダイオードのそれぞれに対応して設けられた複数の読出し回路を含む読出し回路領域と、読出し回路領域のうち第１回路領域に対応して設けられた第１温度計と、読出し回路領域のうち第２回路領域に対応して設けられた第２温度計と、第１温度計で測定された第１回路領域の温度に応じた第１電圧を、該第１回路領域内の読出し回路に対応するフォトダイオードに印加する第１制御回路と、第２温度計で測定された第２回路領域の温度に応じた第２電圧を、該第２回路領域内の読出し回路に対応するフォトダイオードに印加する第２制御回路と、を備える。
　読出し回路領域は、長辺または長径を有する細長形状を有し、該長辺または長径に沿うように配置された第１および第２回路領域を含み、第１および第２温度計は、長辺または長径に沿って第１および第２回路領域に対応して配置されている。
　受光素子は、読出し回路領域の一辺に隣接して設けられ、読出し回路領域からの画素信号を処理する信号処理回路をさらに備え、記第１および第２温度計は、読出し回路領域を挟んで信号処理回路とは反対側に設けられている。
　受光素子は、第１制御回路に接続された第１パッドと、第２制御回路に接続された第２パッドとをさらに備え、第１温度計は、第１回路領域と第１パッドとの間に配置され、第２温度計は、第２回路領域と第２パッドとの間に配置される。
　受光素子は、第１回路領域に対応して設けられ、読出し回路領域のドライバに電力を供給する第１バイアス回路と、第２回路領域に対応して設けられ、読出し回路領域のドライバに電力を供給する第２バイアス回路とを備える。
　受光素子は、読出し回路領域の一辺に隣接して設けられ、読出し回路領域からの画素信号を処理する信号処理回路をさらに備え、第１および第２バイアス回路は、読出し回路領域を挟んで信号処理回路とは反対側に設けられている。
　受光素子は、第１制御回路に接続された第１パッドと、記第２制御回路に接続された第２パッドとをさらに備え、第１バイアス回路は、第１回路領域と第１パッドとの間に配置され、第２バイアス回路は、第２回路領域と第２パッドとの間に配置される。
　第１バイアス回路は、第１温度計に近接して配置され、第２バイアス回路は、第２温度計に近接して配置される。
　受光素子は、画素領域を含む第１チップと、読出し回路領域を含みフォトダイオードに対応する読出し回路が対向するように第１チップに接合する第２チップとを備える。
　画素領域は、読出し回路領域と同様の細長形状を有し、第１チップと第２チップとを接合したときに、読出し回路領域に対向する。
　第１回路領域の温度と第２回路領域の温度との差が第１閾値を超えた場合、第１または第２制御回路は、第１または第２電圧の絶対値を変更する。
　第１回路領域の温度が第２回路領域の温度よりも高い場合、第１制御回路は、第１電圧の絶対値を低下させ、第２回路領域の温度が第１回路領域の温度よりも高い場合、第２制御回路は、第２電圧の絶対値を低下させる。
　受光素子は自動車に搭載される。
　本開示による測距システムは、照射光を対象物に照射する照明装置と、照射光を照射した対象物からの反射光を受光する受光素子とを備え、受光素子は、複数のフォトダイオードを配列した画素領域と、複数のフォトダイオードのそれぞれに対応して設けられた複数の読出し回路を含む読出し回路領域と、読出し回路領域のうち第１回路領域に対応して設けられた第１温度計と、読出し回路領域のうち第２回路領域に対応して設けられた第２温度計と、第１温度計で測定された第１回路領域の温度に応じた第１電圧を、該第１回路領域内の読出し回路に対応するフォトダイオードに印加する第１制御回路と、第２温度計で測定された第２回路領域の温度に応じた第２電圧を、該第２回路領域内の前記読出し回路に対応するフォトダイオードに印加する第２制御回路と、を備える。
　照明装置および受光素子は、自動車に搭載される。
　画素領域および読出し回路領域は、長辺または長径を有する細長形状を有し、検出対象範囲を該細長形状の短辺または短径方向への走査によって得られた反射光を用いて測距を行う。
　画素領域および読出し回路領域は、検出対象範囲全体を一度に検出し測距を行う。
　第１回路領域の温度と第２回路領域の温度との差が第１閾値を超えた場合、第１または第２制御回路は、第１または第２電圧の絶対値を変更する。
　第１回路領域の温度が第２回路領域の温度よりも高い場合、第１制御回路は、第１電圧の絶対値を低下させ、第２回路領域の温度が第１回路領域の温度よりも高い場合、第２制御回路は、第２電圧の絶対値を低下させる。
　本実施形態による受光素子は、複数のフォトダイオードを配列した画素領域と、複数のフォトダイオードのそれぞれに対応して設けられた複数の読出し回路を含む読出し回路領域と、読出し回路領域の第１辺に隣接して設けられ、読出し回路領域からの画素信号を処理する信号処理回路と、読出し回路領域の第１辺とは反対の第２辺に設けられた第１温度計及び第２温度と、を備え、第１温度計及び第２温度計は、チップ端に形成された複数のパッドと読み出し回路領域との間に設けられている。
本技術を適用した測距システムの一実施の形態の構成例を示すブロック図。 撮像部の構成例を表すブロック図。 画素回路領域に配列されている１つの画素回路の構成例を示す回路図。 積層された複数の半導体チップで構成された受光素子の構成例を示す斜視図。 画素回路の構成例を示す概略断面図。 第１チップの構成例を示す概略平面図。 第２チップの構成例を示す概略平面図。 本技術によるＳＰＡＤの動作の一例を示すグラフ。 本技術による受光素子のフィードバック制御動作の一例を示すフロー図。 スキャンモードで動作する測距システムの構成例を示す概略図。 アレイモードで動作する測距システムの構成例を示す概略図。 本開示に係る技術が適用され得る移動体制御システムの一例である車両制御システムの概略的な構成例を示すブロック図。 撮像部の設置位置の例を示す図。
　以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。本実施形態は、本発明を限定するものではない。図面は模式的または概念的なものであり、各部分の比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。明細書と図面において、既出の図面に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
　図１は、本技術を適用した測距システムの一実施の形態の構成例を示すブロック図である。測距システム１１は、例えば、ＴｏＦ法を用いて距離画像の撮影を行うシステムである。ここで、距離画像とは、測距システム１１から被写体までの奥行き方向の距離を画素毎に検出し、検出した距離に基づく距離画素信号からなる画像のことである。
　測距システム１１は、照明装置２１及び撮像装置２２を備える。照明装置２１は、照明制御部３１及び光源３２を備える。照明制御部３１は、撮像装置２２の制御部４２の制御に従って、光源３２が光を照射するパターンを制御する。具体的には、照明制御部３１は、制御部４２から供給される照射信号に含まれる照射コードに従って、光源３２が光を照射するパターンを制御する。例えば、照射コードは、１（High）と０（Low）の２値からなり、照明制御部３１は、照射コードの値が１のとき光源３２を点灯させ、照射コードの値が０のとき光源３２を消灯させる。
　光源３２は、照明制御部３１の制御の下に、所定の波長域の光を発する。光源３２は、例えば、赤外線レーザダイオードからなる。なお、光源３２の種類、及び、照射光の波長域は、測距システム１１の用途等に応じて任意に設定することが可能である。
　撮像装置２２は、照明装置２１から照射された光（照射光）が被写体１２及び被写体１３等により反射され、その反射光を受光する装置である。撮像装置２２は、受光素子４１、制御部４２、表示部４３、及び、記憶部４４を備える。
　受光素子４１は、レンズ５１、画素回路領域７１、及び、信号処理回路８０を備える。レンズ５１は、入射光を画素回路領域７１の受光面に結像させる。なお、レンズ５１の構成は任意であり、例えば、複数のレンズ群によりレンズ５１を構成することも可能である。画素回路領域７１は、複数の画素回路をマトリックス状に二次元配置して構成されている。各画素は、例えば、１つのＳＰＡＤと、該ＳＰＡＤに対応して設けられた読出し回路とを含む。尚、ＳＰＡＤが微細化されると、複数のＳＰＡＤに対して１つの読出し回路が共通に設けられる場合もある。
　画素回路領域７１は、制御部４２の制御に従って、被写体１２及び被写体１３等からの反射光を受光し、その結果得られた画素信号を信号処理回路８０に供給する。この画素信号は、照明装置２１が照射光を照射してから、画素回路領域７１が受光するまでの時間をカウントしたデジタルカウント値を表す。光源３２が発光するタイミングを示す発光タイミング信号は、制御部４２から画素回路領域７１にも供給される。
　信号処理回路８０は、制御部４２の制御に従って、画素回路領域７１から供給される画素信号の処理を行う。例えば、信号処理回路８０は、画素回路領域７１から供給される画素信号に基づいて、画素毎に被写体までの距離を検出し、画素毎の被写体までの距離を示す距離画像を生成する。具体的には、信号処理回路８０は、光源３２が光を発光してから画素回路領域７１の各画素が光を受光するまでの時間（カウント値）を画素毎に複数回（例えば、数千～数万回）取得する。信号処理回路８０は、取得した時間に対応するヒストグラムを作成する。そして、信号処理回路８０は、ヒストグラムのピークを検出することで、光源３２から照射された光が被写体１２または被写体１３で反射して戻ってくるまでの時間を判定する。さらに、信号処理回路８０は、判定した時間と光速に基づいて、物体までの距離を求める演算を行う。信号処理回路８０は、生成した距離画像を制御部４２に供給する。
　制御部４２は、例えば、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）等の制御回路やプロセッサ等により構成される。制御部４２は、照明制御部３１、及び、受光素子４１の制御を行う。具体的には、制御部４２は、照明制御部３１に照射信号を供給するとともに、発光タイミング信号を受光素子４１に供給する。光源３２は、照射信号に応じて照射光を発光する。発光タイミング信号は、照明制御部３１に供給される照射信号でもよい。また、制御部４２は、受光素子４１から取得した距離画像を表示部４３に供給し、表示部４３に表示させる。さらに、制御部４２は、受光素子４１から取得した距離画像を記憶部４４に記憶させる。また、制御部４２は、受光素子４１から取得した距離画像を外部に出力する。表示部４３は、例えば、液晶表示装置や有機ＥＬ（Electro Luminescence）表示装置等のパネル型表示装置からなる。
　図２は、受光素子４１の構成例を表すブロック図である。受光素子４１は、画素回路領域７１と、周辺回路７０と、信号処理回路８０と、送信部７９とを備える。周辺回路７０は、ＳＰＡＤ制御部７２と、制御部７３と、ＰＬＬ（Phase Locked Loop）７４と、クロック生成部７５と、基準電流源７６と、温度計７７と、発光タイミング制御部７８とを備える。
　画素回路領域７１は、上述の通り、マトリクス状に二次元配置された複数のＳＰＡＤと、各ＳＰＡＤに対応して設けられた読出し回路とを含む。尚、画素回路領域７１のより詳細な構成は後で説明する。
　ＳＰＡＤ制御部７２は、制御部７３からの指示に基づいて、画素回路領域７１の動作を制御する。制御部７３は、受光素子４１の各構成要素を制御する。また、制御部７３は、端子ＣＯＭを介して、外部装置との間で、例えばＩ２Ｃを用いて通信を行う機能を有している。ＰＬＬ７４は、端子ＣＫＩＮを介して供給された入力クロックに基づいて動作を行う。クロック生成部７５は、受光素子４１において使用される１または複数のクロック信号を生成する。基準電流源７６は、受光素子４１において使用される１または複数の基準電流を生成する。温度計７７は、受光素子４１における温度を検出する。発光タイミング制御部７８は、端子ＴＲＧＩＮを介して供給された発光トリガ信号に基づいて、発光タイミングを制御する。発光タイミング制御部７８は、発光トリガ信号を生成し、この発光トリガ信号を信号処理回路８０に供給するとともに、この発光トリガ信号を、端子ＴＲＧＯＵＴを介して出力する。信号処理回路８０は、画素回路領域７１における検出結果に基づいて、デプス画像を生成する。端子ＣＯＭ、ＣＫＩＮ、ＴＲＧＩＮを介して入力される制御信号は、図１の制御部４２から供給される。端子ＤＯＵＴ、ＴＲＧＯＵＴを介して出力される信号は、制御部４２へ出力される。
　信号処理回路８０は、ＴＤＣ（Time to Digital Converter）８１と、ヒストグラム生成部８２と、処理部８３とを有している。ＴＤＣ８１は、画素回路領域７１における検出結果に基づいて、受光タイミングをデジタル値に変換する。ヒストグラム生成部８２は、ＴＤＣ８１により得られたデジタル値に基づいてヒストグラムを生成する。処理部８３は、ヒストグラム生成部８２が生成したヒストグラムに基づいて、様々な処理を行う。例えば、処理部８３は、ＦＩＲ（Finite Impulse Response）フィルタ処理、エコー判定、デプス値（距離値）算出処理、ピーク検出処理などを行う。
　送信部７９は、信号処理回路８０が生成したデプス画像を、端子ＤＯＵＴを介して、例えばシリアルデータにより出力する。送信部７９のインタフェースは、例えばＭＩＰＩ（Mobile Industry Processor Interface）を用いることができる。
　図３は、画素回路領域７１に配列されている１つの画素回路２８０の構成例を示す回路図である。画素回路２８０は、抵抗素子２８１と、ＳＰＡＤ２８２と、インバータ回路２８３と、トランジスタ２８４とを備える。尚、ＳＰＡＤ２８２以外の抵抗素子２８１、インバータ回路２８３およびトランジスタ２８４は、以下、読出し回路２９０とも呼ぶ。
　ＳＰＡＤ２８２のカソードは、接合部２８５を介して抵抗素子２８１の一端に接続されており、抵抗素子２８１を介して過剰バイアス電圧ＶＥＸの電源線に接続されている。また、ＳＰＡＤ２８２のカソードは、インバータ回路２８３の入力端子およびトランジスタ２８４のドレインに接続されている。ＳＰＡＤ２８２のアノードは、バイアス電圧ＶＳＰＡＤの電源線に接続されている。
　ＳＰＡＤ２８２は、ブレークダウン電圧ＶＢＤを超える逆バイアスが印加された状態で、光子の入射を待機する。光子がＳＰＡＤ２８２に入射すると、ＳＰＡＤ２８２では、光電変換により発生した電子がアバランシェ増倍によって増幅する。このアバランシェ降伏により一気に流れる電流がＳＰＡＤ２８２のカソード電圧Ｖｓを変化させ、インバータ回路２８３の出力信号を反転させる。このように、ＳＰＡＤ２８２は、単一の光子の入射を検出することができる。尚、光子の到来時刻を開始点とする電子の増倍動作は、ガイガーモードと呼ばれる。
　抵抗素子２８１の一端は、過剰バイアス電圧ＶＥＸの電源線に接続される。抵抗素子２８１の他端は、ＳＰＡＤ２８２のカソード、インバータ回路２８３の入力端子、および、トランジスタ２８４のドレインに接続される。これにより、ＳＰＡＤ２８２のカソードに、抵抗素子２８１を介して過剰バイアス電圧ＶＥＸが供給され得る。抵抗素子２８１は、ＳＰＡＤ２８２がアバランシェ降伏したときにカソード電圧Ｖｓを低下させる。尚、抵抗素子２８１は、飽和領域で動作するＰ型ＭＯＳＦＥＴで構成されたクエンチング抵抗でもよい。
　トランジスタ２８４のドレインは、ＳＰＡＤ２８２のカソード、インバータ回路２８３の入力端子、および、抵抗素子２８１に接続されている。トランジスタ２８４のソースは、グランド（ＧＮＤ）に接続されている。トランジスタ２８４のゲートには、ゲーティング制御信号ＧＡＴが、図１の制御部４２から供給される。トランジスタ２８４は、例えば、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴで構成される。
　ガイガーモードにおいて、バイアス電圧ＶＳＰＡＤは、ＳＰＡＤ２８２のブレークダウン電圧ＶＢＤにほぼ等しく、例えば、－２０Ｖの負バイアス電圧である。過剰バイアス電圧ＶＥＸは、ＳＰＡＤ２８２が光子を検出可能にするためにブレークダウン電圧ＶＢＤに対してさらに付加される電圧である。過剰バイアス電圧ＶＥＸは、例えば、＋３Ｖの正バイアス電圧である。これにより、ガイガーモードのチャージ動作またはリチャージ動作では、ＳＰＡＤ２８２に、ＶＢＤの絶対値とＶＥＸの絶対値の和（｜ＶＢＤ｜＋｜ＶＥＸ｜）に対応する逆バイアス電圧が印加される。｜ＶＢＤ｜＋｜ＶＥＸ｜は、例えば、２３Ｖとなる。尚、バイアス電圧ＶＳＰＡＤおよび過剰バイアス電圧ＶＥＸは、ＳＰＡＤ制御部７２から供給すればよい。
　図４は、積層された複数の半導体チップで構成された受光素子４１の構成例を示す斜視図である。受光素子４１は、図４に示すように、２つの半導体チップＣＨ１、ＣＨ２を積層して構成されている。第１チップＣＨ１には、画素領域１４が設けられている。画素領域１４は、複数のＳＰＡＤ２８２を半導体基板上にマトリックス状に二次元配列した領域である。第２チップＣＨ２には、読出し回路領域１５が設けられている。読出し回路領域１５は、複数の読出し回路２９０を半導体基板上にマトリックス状に二次元配列した領域である。
　読出し回路領域１５は、画素領域１４とほぼ同じ大きさおよび同じ形状の領域であり、第１チップＣＨ１と第２チップＣＨ２が積層されたときに、互いに対向して接触する。第１チップＣＨ１と第２チップＣＨ２は、図４では離間しているが、受光素子４１の完成品において互いに積層されている。
　読出し回路領域１５の読出し回路２９０は、画素領域１４のＳＰＡＤ２８２のそれぞれに対応し、対向して設けられており、接合部２８５を介して電気的に接続される。例えば、図３に示すように、画素回路２８０において、読出し回路２９０は、ＳＰＡＤ２８２と一対一に対応しており、接合部２８５においてＳＰＡＤ２８２に電気的に接続される。接合部２８５は、チップＣＨ１、ＣＨ２の表面上に露出された配線同士を直接接合することによって、第１チップＣＨ１側のＳＰＡＤ２８２のカソードを第２チップＣＨ２側の抵抗素子２８１、インバータ回路２８３、トランジスタ２８４に接続する。このように、第１チップＣＨ１と第２チップＣＨ２とは、読出し回路２９０とＳＰＡＤ２８２を対向させて配線同士で直接接合されており（Ｃｕ－Ｃｕ接合）、ＳＰＡＤ２８２とそれに対応する読出し回路２９０とをそれぞれ電気的に接続している。画素領域１４と読出し回路領域１５とが接合部２８５を介して電気的に接合されることによって、画素回路領域７１が構成されている。
　尚、図示しないが、受光素子４１は、１つの半導体チップで構成してもよい。この場合、画素回路領域７１、信号処理回路８０、送信部７９、周辺回路７０は、１つの半導体チップの表面上に平置き状態で形成される。
　図５は、画素回路２８０の構成例を示す概略断面図である。本実施形態による受光素子４１は、積層された第１チップＣＨ１および第２チップＣＨ２によって構成されている。
　第１チップＣＨ１では、センサ基板３４１、センサ配線層３４２、ロジック配線層３４３およびロジック回路基板３４４が積層構造となっている。
　センサ基板３４１は、例えば、ｐ型またはｎ型不純物を含むシリコン単結晶を用いた半導体基板である。センサ基板３４１には、画素回路２８０ごとにＳＰＡＤ２８２が設けられている。図５では、センサ基板３４１の表面が、光Ｌ１を受光する受光面であり、その受光面の反対の裏面側にセンサ配線層３４２が設けられている。また、センサ基板３４１の裏面側には、第１チップＣＨ１に対して第２チップＣＨ２が接合されている。
　センサ配線層３４２およびロジック配線層３４３には、ＳＰＡＤ２８２に印加するバイアス電圧ＶＳＰＡＤ、ＶＥＸを供給するための配線（電源線）、あるいは、ＳＰＡＤ２８２で発生した電子をセンサ基板３４１から取り出すための配線等が設けられている。
　ＳＰＡＤ２８２は、センサ基板３４１に設けられている。ＳＰＡＤ２８２は、ｎ型ウェル３５１、ｐ型拡散層３５２、ｎ型拡散層３５３、ホール蓄積層３５４、ピニング層３５５、および高濃度ｐ型拡散層３５６を備える。ＳＰＡＤ２８２は、ｐ型拡散層３５２とｎ型拡散層３５３とのｐｎ接合部に逆バイアスを印加することによって空乏層を生成する。この空乏層に光子が入射することによって、ＳＰＡＤ２８２はアバランシェ降伏する。即ち、ｐ型拡散層３５２とｎ型拡散層３５３とのｐｎ接合部の空乏層は、アバランシェ増倍領域３５７として機能する。
　ｎ型拡散層３５３は、アバランシェ増倍領域３５７を形成するためにバイアス電圧ＶＳＰＡＤを供給するコンタクト３７１に電気的に接続される。即ち、ＳＰＡＤ２８２のカソードは、コンタクト３７１と電気的に接続されている。ｐ型拡散層３５２は、アバランシェ増倍領域３５７を形成するために、ウェル３５１を介して、バイアス電圧ＶＥＸを供給する高濃度ｐ型拡散層３５６およびコンタクト３７２に電気的に接続する。即ち、ＳＰＡＤ２８２のアノードは、コンタクト電７２と電気的に接続されている。
　ホール蓄積層３５４は、ウェル３５１の側面および底面を被覆するｐ型拡散層であり、ホールを蓄積している。また、ホール蓄積層３５４は、コンタクト３７２（ＳＰＡＤ２８２のアノード）と電気的に接続されており、バイアス調整を可能とする。これにより、ホール蓄積層３５４のホール濃度が強化され、ピニング層３５５を含むピニングが強固になることによって、例えば、暗電流の発生を抑制することができる。
　ピニング層３５５は、ホール蓄積層３５４よりも外側の表面（センサ基板３４１の裏面や絶縁膜３６２と接する側面）に形成される高濃度ｐ型拡散層（ｐ＋）であり、ホール蓄積層３５４と同様に、例えば、暗電流の発生を抑制する。
　高濃度ｐ型拡散層３５６は、センサ基板３４１の表面近傍においてウェル３５１の外周を囲うように形成される高濃度ｐ型拡散層（ｐ＋＋）であり、ホール蓄積層３５４をＳＰＡＤ２８２のアノードと電気的に接続するためのコンタクト３７２との接続に用いられる。
　アバランシェ増倍領域３５７は、ｎ型拡散層３５３とｐ型拡散層３５２との間のｐｎ接合部に印加される逆バイアス電圧によって生じる空乏層領域である。アバランシェ増倍領域３５７は、ＳＰＡＤ２８２に入射する１つの光子によってアバランシェ降伏し、電子（ｅ－）をアバランシェ増倍させる。
　また、隣接するＳＰＡＤ２８２間には、メタル膜３６１および絶縁膜３６２による二重構造の画素間分離部３６３が設けられている。隣接するＳＰＡＤ２８２は、画素間分離部３６３によって絶縁分離されている。画素間分離部３６３は、センサ基板３４１の裏面から表面まで貫通するように形成される。即ち、画素間分離部３６３は、フルトレンチアイソレーション構造を有する。
　メタル膜３６１は、光を反射する金属（例えば、タングステンなど）により形成され、る。絶縁膜３６２は、シリコン酸化膜等の絶縁膜により形成される。例えば、メタル膜３６１の表面が絶縁膜３６２で覆われるようにセンサ基板３４１に埋め込まれることで画素間分離部３６３は形成される。画素間分離部３６３は、隣接するＳＰＡＤ２８２間を電気的および光学的に分離する。
　センサ配線層３４２には、コンタクト３７１～３７３、メタル配線３７４～３７６、コンタクト３７７～３７９、および、メタルパッド３８０～３８２が設けられている。
　コンタクト３７１は、ｎ型拡散層３５３とメタル配線３７４との間を接続する。コンタクト３７２は、高濃度ｐ型拡散層３５６とメタル配線３７５との間を接続する。コンタクト３７３は、メタル膜３６１とメタル配線３７６との間を接続する。
　メタル配線３７４は、例えば、少なくともアバランシェ増倍領域３５７を覆うように、アバランシェ増倍領域３５７よりも広く形成される。これにより、メタル配線３７４は、ＳＰＡＤ２８２を透過した光を、ＳＰＡＤ２８２へ反射する。これは、光子検出効率（ＰＤＥ）の向上につながる。
　メタル配線３７５は、例えば、メタル配線３７４の外周を囲むように設けられており、光Ｌ１の入射方向（Ｚ方向）から見た平面視において、高濃度ｐ型拡散層３５６に重複する。メタル配線３７６は、例えば、ＳＰＡＤ２８２の四隅にもうけられ、メタル膜３６１に接続される。
　コンタクト３７７は、メタル配線３７４とメタルパッド３８０との間を接続する。コンタクト３７８は、メタル配線３７５とメタルパッド３８１との間を接続する。コンタクト３７９は、メタル配線３７６とメタルパッド３８２との間を接続する。
　メタルパッド３８０～３８２は、ロジック配線層３４３に設けられたメタルパッド４０１～４０３に接合されている。メタルパッド３８０～３８２およびメタルパッド４０１～４０３は、例えば、銅等の金属によって形成されており、互いに電気的および機械的に接合（Ｃｕ－Ｃｕ接合）することによって電気的に接続されている。このように接合されたメタルパッド３８０～３８２およびメタルパッド４０１～４０３が図３の接合部２８５として機能する。
　ロジック配線層３４３には、電極パッド３９１～３９３、絶縁層３９４、コンタクト３９５～４００、および、メタルパッド４０１～４０３が設けられている。
　電極パッド３９１～３９３は、それぞれロジック回路基板３４４との接続に用いられる。絶縁層３９４は、電極パッド３９１～３９３の間を互いに絶縁する。
　コンタクト３９５および３９６は、電極パッド３９１とメタルパッド４０１との間を接続する。コンタクト３９７および３９８は、電極パッド３９２とメタルパッド４０２との間を接続する。コンタクト３９９および４００は、電極パッド３９３とメタルパッド４０３との間を接続する。
　メタルパッド４０１は、メタルパッド３８０と接合され、メタルパッド４０２は、メタルパッド３８１と接合され、メタルパッド３０３は、メタルパッド３８２と接合される。
　このような配線構造により、電極パッド３９１は、コンタクト３９５および３９６、メタルパッド４０１、３８０、コンタクト３７７、メタル配線３７４、並びに、コンタクト３７１を介して、ｎ型拡散層３５３に接続されている。従って、ＳＰＡＤ２８２において、バイアス電圧ＶＳＰＡＤは、ロジック回路基板３４４のロジック回路４１０から電極パッド３９１に印加されると、メタルパッド４０１、３８０等を介してｎ型拡散層３５３に印加される。
　また、電極パッド３９２は、コンタクト３９７および３９８、メタルパッド４０２、３８１、コンタクト３７８、メタル配線３７５、並びに、コンタクト３７２を介して高濃度ｐ型拡散層３５６に接続される。従って、ＳＰＡＤ２８２において、バイアス電圧ＶＥＸは、ロジック回路基板３４４のロジック回路４１０から電極パッド３９２に印加されると、メタルパッド４０２、３８１等を介して高濃度ｐ型拡散層３５６に印加される。このように、ロジック回路基板３４４のロジック回路４１０は、ＳＰＡＤ２８２のアノード（ｐ型拡散層３５２）とカソード（ｎ型拡散層３５３）とにバイアス電圧ＶＳＰＡＤ、ＶＥＸをそれぞれ印加することができる。
　さらに、電極パッド３９３は、コンタクト３９９、４００、メタルパッド４０３、３８２、コンタクト３７９、メタル配線３７６、並びに、コンタクト３７３を介して、メタル膜３６１に接続される。従って、ＳＰＡＤ２８２において、ロジック回路基板３４４から電極パッド３９３に供給されるバイアス電圧は、メタル膜３６１に印加される。
　ロジック回路基板３４４には、ロジック回路４１０が設けられている。ロジック回路基板３４４は、例えば、ｐ型またはｎ型不純物を含むシリコン単結晶を用いた半導体基板である。ロジック回路基板３４４は、センサ基板３４１の裏面側に設けられている。ロジック回路４１０は、ＳＰＡＤ２８２にバイアス電圧ＶＳＰＡＤ、ＶＥＸを印加するバイアス電圧印加回路、あるいは、読出し回路２９０を含む。
　Ｚ方向から見た平面視において、メタル配線３７４は、アバランシェ増倍領域３５７を覆うように、アバランシェ増倍領域３５７よりも広く形成される。それとともに、メタル膜３６１は、センサ基板３４１を貫通するように形成されている。即ち、ＳＰＡＤ２８２は、メタル配線３７４およびメタル膜３６１によりＳＰＡＤ２８２の光入射面以外を全て取り囲んだ反射構造となるように形成されている。メタル配線３７４およびメタル膜３６１により光Ｌ１を反射することによって、光学的なクロストークを抑制するともに、光子検出効率（ＰＤＥ）を向上させることができる。また、メタル配線３７４は、光Ｌ１がロジック回路４１０へ進入することを抑制し、ロジック回路４１０の画素信号に含まれるノイズやロジック回路４１０の誤動作を抑制することができる。
　センサ基板３４１の表面（入射光）側には、オンチップレンズＯＣＬが設けられている。オンチップレンズＯＣＬは、入射する光Ｌ１をアバランシェ増倍領域３５７に集光するために設けられている。オンチップレンズＯＣＬは、例えば、透明な樹脂材料を用いて形成されている。
　図６Ａは、第１チップＣＨ１の構成例を示す概略平面図である。第１チップＣＨ１は、半導体基板上に設けられた画素領域１４を備える。画素領域１４は、複数のフォトダイオード（図３の２８２）をマトリックス状に二次元配列して構成されている。
　図６Ｂは、第２チップＣＨ２の構成例を示す概略平面図である。第２チップＣＨ２は、読出し回路領域１５と、ロウドライバ２９１と、カラムドライバ２９２と、信号処理回路（ＤＳＰ）８０と、ＰＬＬ７４と、送信部７９と、ＰｏＲ（Power on Reset）回路２９６と、複数の温度計Ｔｅｍｐ１、Ｔｅｍｐ２と、複数のバイアス回路Ｂｉａｓ１、Ｂｉａｓ２と、複数のバイアス制御回路ＬＤＯ（Low Drop Out）１、ＬＤＯ２とを半導体基板上に備えている。
　読出し回路領域１５は、複数の読出し回路（図３の２９０）をマトリックス状に二次元配列して構成されている。読出し回路２９０は、画素領域１４のＳＰＡＤ２８２のそれぞれに対応して設けられている。
　ロウドライバ２９１およびカラムドライバ２９２は、画素回路領域７１のうち任意の画素回路２８０を選択し、選択された画素回路２８０の読出し回路２９０から画素信号を信号処理回路８０へ出力する。ロウドライバ２９１およびカラムドライバ２９２は、ロジック回路で構成され、図２のＳＰＡＤ制御部７２からの制御信号によって制御される。
　信号処理回路８０は、読出し回路２９０からの画素信号を処理するように構成され、例えば、ＦＰＧＡ、ＤＳＰ等の制御回路やプロセッサにより構成される。信号処理回路８０の機能は、図２を参照して説明した通りである。
　送信部７９は、ＰＬＬ７４のタイミングに従って、信号処理回路８０で処理された画像信号を受光素子４１の外部へ出力する。送信部７９には、上述の通り、例えば、ＭＩＰＩが用いられる。ＰｏＲ回路２９６は、ＰＬＬ７４のタイミングに従って、受光素子４１の起動を行う回路である。
　本開示では、複数の温度計Ｔｅｍｐ１、Ｔｅｍｐ２が、読出し回路領域１５の近傍に設けられている。第１温度計としての温度計Ｔｅｍｐ１は、読出し回路領域１５のうち第１回路領域としての回路領域１５＿１に対応して設けられている。第２温度計としての温度計Ｔｅｍｐ２は、読出し回路領域１５のうち第２回路領域としての回路領域１５＿２に対応して設けられている。
　画素領域１４および読出し回路領域１５は、光Ｌ１の入射方向（Ｚ方向）から見た平面視において、長辺または長径を有する細長形状を有し、例えば、図６Ａおよび図６Ｂに示すように、略長方形である。画素領域１４は、読出し回路領域１５と同様の細長形状を有し、第１チップＣＨ１と第２チップＣＨ２とを接合したときに、読出し回路領域１５に対向する。これにより、画素領域１４内の各ＳＰＡＤ２８２は、読出し回路領域１５内の各読出し回路２９０に対応し、その対応する読出し回路２９０に接合部２８５を介して電気的に接続され得る。尚、画素領域１４および読出し回路領域１５は、長径を有する略楕円形やその他の細長形状であってもよい。
　このような細長形状の読出し回路領域１５に対して、温度計Ｔｅｍｐ１、Ｔｅｍｐ２は、長辺または長径に沿って並列に並んで配置され、それぞれ回路領域１５＿１、１５＿２に対応して設けられる。温度計Ｔｅｍｐ１が回路領域１５＿１に対応し、かつ隣接して配置されることによって、温度計Ｔｅｍｐ１は回路領域１５＿１の温度を計測することができる。温度計Ｔｅｍｐ２が回路領域１５＿２に対応し、かつ隣接して配置されることによって、温度計Ｔｅｍｐ２は回路領域１５＿２の温度を計測することができる。これにより、読出し回路領域１５の温度分布を知ることができる。読出し回路領域１５の温度分布は、バイアス電圧ＶＳＰＡＤ、ＢＥＸのフィードバック制御に用いられる。バイアス電圧ＶＳＰＡＤ、ＢＥＸのフィードバック制御の詳細については後述する。
　信号処理回路８０も、読出し回路領域１５の一辺に隣接して設けられている。しかし、温度計Ｔｅｍｐ１、Ｔｅｍｐ２は、読出し回路領域１５を挟んで信号処理回路８０とは反対側に設けられている。即ち、読出し回路領域１５の片側に信号処理回路８０が配置され、読出し回路領域１５の他方側に温度計Ｔｅｍｐ１、Ｔｅｍｐ２が配置される。これにより、温度計Ｔｅｍｐ１、Ｔｅｍｐ２は、入出力回路に含まれるバイアス制御回路ＬＤＯ１、ＬＤＯ２の近傍に配置され、温度計Ｔｅｍｐ１とバイアス制御回路ＬＤＯ１との間の配線接続、並びに、温度計Ｔｅｍｐ２とバイアス制御回路ＬＤＯ２との間の配線接続が容易になる。また、読出し回路領域１５と信号処理回路８０との間に温度計Ｔｅｍｐ１、Ｔｅｍｐ２を配置する必要が無く、読出し回路領域１５と信号処理回路８０との間の配線接続も容易になる。
　第１制御回路としてのバイアス制御回路ＬＤＯ１は、温度計Ｔｅｍｐ１の近傍の入出力回路に設けられたレギュレータ回路である。バイアス制御回路ＬＤＯ１は、電源入力用のパッドＰＡＤ１に接続されており、パッドＰＡＤ１からバイアス電圧ＶＳＰＡＤ、ＶＥＸを外部から受ける。バイアス制御回路ＬＤＯ１は、バイアス電圧ＶＳＰＡＤ、ＶＥＸの電圧を制御し、回路領域１５＿１に対応するＳＰＡＤ２８２へ供給する。
　また、バイアス制御回路ＬＤＯ１は、温度計Ｔｅｍｐ１で測定された回路領域１５＿１の温度に応じたバイアス電圧ＶＳＰＡＤ、ＢＥＸを、回路領域１５＿１内の読出し回路２９０に対応するＳＰＡＤ２８２に印加する。これにより、バイアス制御回路ＬＤＯ１は、回路領域１５＿１の温度に応じて、回路領域１５＿１に対応するＳＰＡＤ２８２に印加するバイアス電圧ＶＳＰＡＤ、ＶＥＸをフィードバック制御することができる。温度計Ｔｅｍｐ１はバイアス制御回路ＬＤＯ１に近いので、フィードバック制御の遅延が抑制され得る。
　第２制御回路としてのバイアス制御回路ＬＤＯ２は、温度計Ｔｅｍｐ２の近傍の入出力回路に設けられたレギュレータ回路である。バイアス制御回路ＬＤＯ２は、電源入力用のパッドＰＡＤ２に接続されており、パッドＰＡＤ２からバイアス電圧ＶＳＰＡＤ、ＶＥＸを外部から受ける。バイアス制御回路ＬＤＯ２は、バイアス電圧ＶＳＰＡＤ、ＶＥＸの電圧を制御して、回路領域１５＿２に対応するＳＰＡＤ２８２へ供給する。
　また、バイアス制御回路ＬＤＯ２は、温度計Ｔｅｍｐ２で測定された回路領域１５＿２の温度に応じたバイアス電圧ＶＳＰＡＤ、ＢＥＸを、回路領域１５＿２内の読出し回路２９０に対応するＳＰＡＤ２８２に印加する。これにより、バイアス制御回路ＬＤＯ１は、回路領域１５＿２の温度に応じて、回路領域１５＿２に対応するＳＰＡＤ２８２に印加するバイアス電圧ＶＳＰＡＤ、ＢＥＸをフィードバック制御することができる。温度計Ｔｅｍｐ２はバイアス制御回路ＬＤＯ２に近いので、フィードバック制御の遅延が抑制され得る。
　バイアス制御回路ＬＤＯ１、ＬＤＯ２は、同期されているものの、互いに異なるバイアス電圧ＶＳＰＡＤ、ＶＥＸをそれぞれ回路領域１５＿１、１５＿２へ印加することができる。
　ここで、電源入力用のパッドＰＡＤ１及びパッドＰＡＤ２は、例えば第２チップＣＨ２のチップ端に複数設けられたパッドの一部である。複数のパッドはそれぞれチップの四辺に設けられ、外部との信号の入出力やチップの検査のための信号の入出力等に使用される。電源入力用のパッドＰＡＤ１及びパッドＰＡＤ２は、チップの或る１辺に設けられた複数のパッド群に含まれていてもよい。
　温度計Ｔｅｍｐ１、Ｔｅｍｐ２は、バイアス制御回路ＬＤＯ１、ＬＤＯ２の近傍にある。温度計Ｔｅｍｐ１は、読出し回路領域１５とパッドＰＡＤ１との間に配置され、温度計Ｔｅｍｐ２は、読出し回路領域１５とパッドＰＡＤ２との間に配置される。これにより、温度計Ｔｅｍｐ１、Ｔｅｍｐ２は、回路領域１５＿１、１５＿２のそれぞれの温度をバイアス制御回路ＬＤＯ１、ＬＤＯ２へ素早くフィードバックすることができる。
　さらに、本技術では、複数のバイアス回路Ｂｉａｓ１、Ｂｉａｓ２が設けられている。第１バイアス回路としてのバイアス回路Ｂｉａｓ１は、読出し回路領域１５のロウドライバ２９１、カラムドライバ２９２および温度計Ｔｅｍｐ１、Ｔｅｍｐ２等に電力を供給する。第２バイアス回路としてのバイアス回路Ｂｉａｓ２も、読出し回路領域１５のロウドライバ２９１、カラムドライバ２９２および温度計Ｔｅｍｐ１、Ｔｅｍｐ２等に電力を供給する。複数のバイアス回路Ｂｉａｓ１、Ｂｉａｓ２を１つの第２チップＣＨ２内に設けることによって、バイアス回路Ｂｉａｓ１、Ｂｉａｓ２の一方が故障しても、他方が第２チップＣＨ２へ電力を供給することができる。即ち、複数のバイアス回路Ｂｉａｓ１、Ｂｉａｓ２は、第２チップＣＨ２に対する電源供給の冗長性を確保し、電源故障に対してロバストにすることができる。
　バイアス回路Ｂｉａｓ１、Ｂｉａｓ２も、読出し回路領域１５を挟んで信号処理回路８０とは反対側に設けられている。例えば、バイアス回路Ｂｉａｓ１は、回路領域１５＿１とパッドＰＡＤ１との間に設けられ、温度計Ｔｅｍｐ１の近傍に配置されている。バイアス回路Ｂｉａｓ２は、回路領域１５＿２とパッドＰＡＤ２との間に設けられ、温度計Ｔｅｍｐ２の近傍に配置されている。
　次に、受光素子４１の動作について説明する。
　図７は、本技術によるＳＰＡＤ２８２の動作の一例を示すグラフである。図７は、１つのＳＰＡＤ２８２の動作を示す。グラフの縦軸は、１つのＳＰＡＤ２８２に流れる電流Ｉであり、横軸は、そのＳＰＡＤ２８２に印加される電圧Ｖである。
　ガイガーモードでは、ＳＰＡＤ２８２に印加される電圧Ｖは、図３のＳＰＡＤ２８２のアノード側のバイアス電圧ＶＳＰＡＤとカソード側のバイアス電圧ＶＥＸとの和に対応した逆バイアス電圧となる。例えば、バイアス電圧ＶＳＰＡＤがＳＰＡＤ２８２のブレークダウン電圧ＶＢＤに等しい場合、ＳＰＡＤ２８２には、ＶＢＤの絶対値とＶＥＸの絶対値の和（｜ＶＢＤ｜＋｜ＶＥＸ｜）に対応する逆バイアス電圧が電圧Ｖとして印加される。即ち、ＳＰＡＤ２８２には、ブレークダウン電圧ＶＢＤを過剰バイアス電圧ＶＥＸだけ超える逆バイアス電圧が印加されチャージされる。
　ＳＰＡＤ２８２は、暗状態で（｜ＶＢＤ｜＋｜ＶＥＸ｜）の逆バイアス電圧までチャージされる。このとき、光子が入射していない暗状態であるので、ＳＰＡＤ２８２においてアバランシェ降伏は生じず、ＳＰＡＤ２８２は、第１状態Ｓｔ１に維持される。このとき、ＳＰＡＤ２８２に電流Ｉはほとんど流れていない。
　次に、光Ｌ１の光子がＳＰＡＤ２８２に入射すると、アバランシェ増倍領域３５７においてアバランシェ降伏が発生し、アバランシェ増倍による電流Ｉが一気に流れる。これにより、ＳＰＡＤ２８２は、第２状態Ｓｔ２になる。
　電流Ｉが流れることによって、ＳＰＡＤ２８２に印加される電圧（逆バイアス電圧）Ｖが、ブレークダウン電圧ＶＢＤまで低くなると、アバランシェ増倍は停止する。即ち、ＳＰＡＤ２８２は、第３状態Ｓｔ３になる。アバランシェ増倍により発生した電子がＳＰＡＤ２８２から放電され、電圧Ｖがブレークダウン電圧まで戻る動作を、クエンチング動作とも呼ぶ。
　クエンチング動作の後、ＳＰＡＤ２８２には、過剰バイアス電圧ＶＥＸが再び印加されると、ＳＰＡＤ２８２は、リチャージされて第１状態Ｓｔ１に戻り、光子を検出可能になる。
　このように、ＳＰＡＤ２８２は、リチャージ動作、光子によるアバランシェ増倍動作、クエンチング動作、リチャージ動作・・・と、第１～第３状態Ｓｔ１、Ｓｔ２、Ｓｔ３を繰り返し実行する。これにより、ＳＰＡＤ２８２は、光子を検出するごとに、大きな電流Ｉを流し、図３のカソード電圧Ｖｓを低下させる。その結果、ＳＰＡＤ２８２が光子を検出するごとに、インバータ回路２８３の出力信号２３０の論理が反転する。
 図３の信号処理回路８０は、出力信号２３０の反転をカウントすることによって、ヒストグラムの生成等のその後の信号処理を実行することができる。これにより、信号処理回路８０は、デプス画像を生成し、ＭＩＰＩ７９を介して出力することができる。
　図８は、本技術による受光素子４１のフィードバック制御動作の一例を示すフロー図である。
　まず、回路領域１５＿１と回路領域１５＿２との温度差の閾値を設定する（Ｓ１０）。即ち、回路領域１５＿１と回路領域１５＿２との温度ばらつきの許容範囲を設定する。閾値の設定は、オペレータがユーザインターフェース（図示せず）を介して入力すればよい。後述するように、回路領域１５＿１と回路領域１５＿２との温度差が閾値を超えていない場合には、バイアス制御回路ＬＤＯ１、ＬＤＯ２は、同一バイアス電圧ＶＳＰＡＤ、ＶＥＸを変更することなく読出し回路領域１５に印加する。一方、回路領域１５＿１と回路領域１５＿２との温度差が閾値を超える場合には、バイアス制御回路ＬＤＯ１、ＬＤＯ２は、回路領域１５＿１、１５＿２へ印加するバイアス電圧ＶＳＰＡＤ、ＶＥＸを調整する。
　次に、受光素子４１は、光子の検出動作を実行する（Ｓ２０）。光子の検出動作は、図７を参照して説明した通りである。
　光子の検出動作中に、温度計Ｔｅｍｐ１、Ｔｅｍｐ２が回路領域１５＿１、１５＿２の温度を測定し、その温度差を演算する（Ｓ３０）。これにより、温度計Ｔｅｍｐ１、Ｔｅｍｐ２は、回路領域１５＿１と回路領域１５＿２との温度ばらつきを演算する。この温度ばらつきの演算は、温度計Ｔｅｍｐ１、Ｔｅｍｐ２以外のロジック回路（図示せず）が実行してもよい。また、回路領域１５＿１、１５＿２の温度情報は、受光素子４１の外部装置（例えば、図１の制御部４２）へ出力されてもよい。この場合、例えば、制御部４２は、温度計Ｔｅｍｐ１、Ｔｅｍｐ２において測定された回路領域１５＿１と回路領域１５＿２との温度差を演算する。演算された温度差は、受光素子４１に入力される。バイアス制御回路ＬＤＯ１、ＬＤＯ２は、後述するように、この温度差に応じてバイアス電圧ＶＳＰＡＤ、ＶＥＸの制御を行う。
　例えば、温度差がステップＳ１０で設定された閾値を超えていない場合（Ｓ４０のＮＯ）、バイアス制御回路ＬＤＯ１、ＬＤＯ２は、バイアス電圧ＶＳＰＡＤ、ＶＥＸを変更せずに、そのまま同一バイアス電圧ＶＳＰＡＤ、ＶＥＸを印加する。そして、ＳＰＡＤ２８２は、光子の検出を継続する。
　一方、温度差がステップＳ１０で設定された閾値を超えた場合（Ｓ４０のＹＥＳ）、バイアス制御回路ＬＤＯ１、ＬＤＯ２は、バイアス電圧ＶＳＰＡＤ、ＶＥＸを変更する。即ち、バイアス制御回路ＬＤＯ１またはＬＤＯ２は、回路領域１５＿１または１５＿２に印加する逆バイアス電圧（｜ＶＢＤ｜＋｜ＶＥＸ｜）を変更する。
　例えば、温度が高くなるとＳＰＡＤ２８２は、アバランシェ降伏しやすくなる。よって、回路領域１５＿１の温度が回路領域１５＿２の温度よりも閾値以上に高くなった場合、回路領域１５＿１に対応する画素領域１４のＳＰＡＤ２８２のブレークダウン電圧ＶＢＤは低下する。この場合、バイアス制御回路ＬＤＯ１は、回路領域１５＿１に対応するＳＰＡＤ２８２のブレークダウン電圧ＶＢＤに適合させるようにバイアス電圧ＶＳＰＡＤを変更する。これにより、回路領域１５＿１は、それに対応するＳＰＡＤ２８２に印加される第１電圧としての逆バイアス電圧（｜ＶＢＤ｜＋｜ＶＥＸ｜）を低下させる。回路領域１５＿２は、それに対応するＳＰＡＤ２８２に印加される逆バイアス電圧（｜ＶＢＤ｜＋｜ＶＥＸ｜）を変更しなくてよい。その結果、回路領域１５＿１に対応する画素領域１４において、ＳＰＡＤ２８２の誤動作や光子の誤検出を抑制することができ、受光素子４１全体の光子検出効率（ＰＤＥ）を維持させることができる。
　一方、例えば、回路領域１５＿２の温度が回路領域１５＿１の温度よりも閾値以上に高くなった場合、回路領域１５＿２に対応する画素領域１４のＳＰＡＤ２８２のブレークダウン電圧ＶＢＤは低下する。この場合、バイアス制御回路ＬＤＯ２は、回路領域１５＿２に対応するＳＰＡＤ２８２のブレークダウン電圧ＶＢＤに適合させるようにバイアス電圧ＶＳＰＡＤを変更する。これにより、回路領域１５＿２は、それに対応するＳＰＡＤ２８２に印加される第２電圧としての逆バイアス電圧（｜ＶＢＤ｜＋｜ＶＥＸ｜）を低下させる。回路領域１５＿１は、それに対応するＳＰＡＤ２８２に印加される逆バイアス電圧（｜ＶＢＤ｜＋｜ＶＥＸ｜）を変更しなくてよい。その結果、回路領域１５＿２に対応する画素領域１４において、ＳＰＡＤ２８２の誤動作や光子の誤検出を抑制することができ、受光素子４１全体の光子検出効率（ＰＤＥ）を維持させることができる。
　例えば、受光素子４１が車載用ｄＴｏＦである場合、受光素子４１と検出対象との間の距離は、画素領域１４の特定の一部（例えば、下半部の道路や建物等）において大きく変化し、他部（例えば、上半分の空）においてあまり変化しないことがある。このような場合、読出し回路領域１５のうち下半分の回路領域１５＿１の温度が上半分の回路領域１５＿２の温度に対して極端に高くなることがある。このような場合には、バイアス制御回路ＬＤＯ１が回路領域１５＿１、１５＿２の温度差に応じてバイアス電圧ＶＳＰＡＤを低下させる。これにより、受光素子４１全体の光子検出効率（ＰＤＥ）を維持させることができる。
　尚、温度とＳＰＡＤ２８２のブレークダウン電圧ＶＢＤとの関係は、予め測定しておいてもよく、あるいは、ＳＰＡＤ２８２の構造から予め判明している。従って、温度とブレークダウン電圧ＶＢＤとの関係式は予め受光素子４１内または制御部４２内のメモリ（図示せず）に格納しておけばよい。
　ステップＳ２０～Ｓ５０は、光子検出を終了するまで繰り返し実行される（Ｓ６０のＮＯ）。光子検出が終了すると（Ｓ６０のＹＥＳ）、受光素子４１の光子検出が終了する。
　以上のように、本技術による受光素子４１は、読出し回路領域１５の複数の回路領域１５＿１、１５＿２に対応して複数の温度計Ｔｅｍｐ１、Ｔｅｍｐ２を備える。複数の温度計Ｔｅｍｐ１、Ｔｅｍｐ２によって、読出し回路領域１５の温度分布を得ることができる。バイアス制御回路ＬＤＯ１、ＬＤＯ２は、パッドＰＡＤ１、ＰＡＤ２から入力されるバイアス電圧ＶＳＰＡＤ、ＶＥＸをフィードバック制御して、読出し回路領域１５の温度分布（温度ばらつき）に応じたバイアス電圧ＶＳＰＡＤ、ＶＥＸを回路領域１５＿１、１５＿２に対応する画素領域１４へ印加する。これにより、受光素子４１は、回路領域１５＿１、１５＿２に対して互いに異なる逆バイアス電圧（｜ＶＢＤ｜＋｜ＶＥＸ｜）を印加することができ、温度ばらつきによるＳＰＡＤ２８２のブレークダウン電圧ＶＢＤのばらつきを補償して光子検出効率（ＰＤＥ）を向上させることができる。即ち、本技術による受光素子４１は、読出し回路領域１５に温度勾配があっても画素領域１４の電気的特性のばらつきを抑制し、光子検出効率（ＰＤＥ）を向上させることができる。
　尚、本実施形態において、２つの温度計Ｔｅｍｐ１、Ｔｅｍｐ２が１つの読出し回路領域１５の長辺に対して配列されている。また、２つのバイアス制御回路ＬＤＯ１、ＬＤＯ２が１つの読出し回路領域１５の長辺に対して配列されている。しかし、温度計およびバイアス制御回路の個数や配置はこれに限定されない。例えば、３つ以上の温度計および３つ以上のバイアス制御回路が１つの読出し回路領域１５の長辺に沿って配列されていてもよい。この場合、温度計個数とバイアス制御回路の個数は等しくすればよい。これにより、読出し回路領域１５のより詳細な温度分布（温度ばらつき）を得ることができ、これに対応して、バイアス電圧をよりより細かく設定することが可能となる。
　例えば、上記車載用ｄＴｏＦの例において、距離の変化の激しい下半分の回路領域１５＿１に沿って多くの温度計を配置する。距離の変化の緩やかな上半分の回路領域１５＿２には、少ない数の温度計を配置してよい。これにより、回路領域１５＿１のより詳細な温度分布（温度ばらつき）を得ることができ、これに対応して、回路領域１５＿１に対応する画素領域１４へのバイアス電圧をよりより細かく設定することが可能となる。これにより、受光素子４１全体の光子検出効率（ＰＤＥ）をさらに良好に維持させることができる。
（スキャンモード）
　図９Ａは、スキャンモードで動作する測距システム５００の構成例を示す概略図である。測距システム５００は、受光素子４１と、レーザダイオード５１０と、集光レンズ５２０と、ハーフミラー５３０と、ポリゴンミラー５４０と、受光レンズ５４５と、駆動部５５０と、制御部５６０とを備えている。
　レーザダイオード５１０は、レーザ光Ｌｅを生成する。集光レンズ５２０は、レーザ光Ｌｅを集光し、ハーフミラー５３０に照射する。ハーフミラー５３０は、レーザ光Ｌｅをポリゴンミラー５４０へ反射する。ポリゴンミラー５４０は、レーザ光Ｌｅを検出対象範囲としての走査エリアＡＲのうち走査領域ＳＲへ照射する。走査領域ＳＲは、走査エリアＡＲ全体の一部であり、ポリゴンミラー５４０の動作によって、走査エリアＡＲ全体を走査させることができる。ポリゴンミラー５４０は、駆動部５５０によって動作する。
　レーザ光Ｌｅに対する走査領域ＳＲからの反射光Ｌｒは、ポリゴンミラー５４０からハーフミラー５３０を透過して受光レンズ５４５を介して受光素子４１の画素領域１４に照射される。これにより、受光素子４１は、走査領域ＳＲからの反射光Ｌｒを検出し、デプス画像を生成する。制御部５６０は、測距システム５００の全体を制御する。
　例えば、受光素子４１の画素領域１４および読出し回路領域１５は、細長形状を有し、該細長形状の短辺または短径方向へレーザ光Ｌｅを走査することによって得られた反射光Ｌｒを用いて測距を行う。このとき、走査領域ＳＲは、例えば、鉛直方向に縦長の領域であり、地面から空までの領域であってもよい。この場合、受光素子４１は、鉛直方向に縦長の走査領域ＳＲを一度に検出する。例えば、受光素子４１は、地面から空までの走査領域ＳＲの反射光Ｌｒを一度に検出する。スキャンモードでは、受光素子４１は、一度に走査領域ＳＲしか撮像しないが、走査領域ＳＲを水平方向にスキャンすることによって走査エリアＡＲ全体を撮像することができる。このように、測距システム５００は、スキャンモードで対象物ＯＢＪのデプス画像を得ることができる。
（アレイモード）
　図９Ｂは、アレイモードで動作する測距システム６００の構成例を示す概略図である。測距システム６００は、受光素子４１と、レーザダイオード６１０と、照射レンズ６２０と、受光レンズ６４５とを備えている。
　レーザダイオード６１０は、レーザ光Ｌｅを生成する。照射レンズ６２０は、レーザ光Ｌｅを走査エリアＡＲ全体へ照射する。
　レーザ光に対する検出対象範囲ＡＲからの反射光Ｌｒは、受光レンズ６４５を介して受光素子４１の画素領域１４に照射される。これにより、受光素子４１は、検出対象範囲ＡＲからの反射光Ｌｒを検出し、デプス画像を生成する。
　アレイモードでは、受光素子４１は、検出対象範囲ＡＲ全体を一度に検出し測距を行うことができる。このように、アレイモードでは、測距システム６００は、短時間に対象物ＯＢＪのデプス画像を得ることができる。
　本技術による受光素子４１は、スキャンモードの測距システム５００およびアレイモードの測距システム６００のいずれに用いてもよい。
　＜移動体への応用例＞
　本開示に係る技術（本技術）は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット等のいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。
　図１０は、本開示に係る技術が適用され得る移動体制御システムの一例である車両制御システムの概略的な構成例を示すブロック図である。
　車両制御システム１２０００は、通信ネットワーク１２００１を介して接続された複数の電子制御ユニットを備える。図１０に示した例では、車両制御システム１２０００は、駆動系制御ユニット１２０１０、ボディ系制御ユニット１２０２０、車外情報検出ユニット１２０３０、車内情報検出ユニット１２０４０、及び統合制御ユニット１２０５０を備える。また、統合制御ユニット１２０５０の機能構成として、マイクロコンピュータ１２０５１、音声画像出力部１２０５２、及び車載ネットワークＩ／Ｆ（Interface）１２０５３が図示されている。
　駆動系制御ユニット１２０１０は、各種プログラムにしたがって車両の駆動系に関連する装置の動作を制御する。例えば、駆動系制御ユニット１２０１０は、内燃機関又は駆動用モータ等の車両の駆動力を発生させるための駆動力発生装置、駆動力を車輪に伝達するための駆動力伝達機構、車両の舵角を調節するステアリング機構、及び、車両の制動力を発生させる制動装置等の制御装置として機能する。
　ボディ系制御ユニット１２０２０は、各種プログラムにしたがって車体に装備された各種装置の動作を制御する。例えば、ボディ系制御ユニット１２０２０は、キーレスエントリシステム、スマートキーシステム、パワーウィンドウ装置、あるいは、ヘッドランプ、バックランプ、ブレーキランプ、ウィンカー又はフォグランプ等の各種ランプの制御装置として機能する。この場合、ボディ系制御ユニット１２０２０には、鍵を代替する携帯機から発信される電波又は各種スイッチの信号が入力され得る。ボディ系制御ユニット１２０２０は、これらの電波又は信号の入力を受け付け、車両のドアロック装置、パワーウィンドウ装置、ランプ等を制御する。
　車外情報検出ユニット１２０３０は、車両制御システム１２０００を搭載した車両の外部の情報を検出する。例えば、車外情報検出ユニット１２０３０には、撮像部１２０３１が接続される。車外情報検出ユニット１２０３０は、撮像部１２０３１に車外の画像を撮像させるとともに、撮像された画像を受信する。車外情報検出ユニット１２０３０は、受信した画像に基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等の物体検出処理又は距離検出処理を行ってもよい。
　撮像部１２０３１は、光を受光し、その光の受光量に応じた電気信号を出力する光センサである。撮像部１２０３１は、電気信号を画像として出力することもできるし、測距の情報として出力することもできる。また、撮像部１２０３１が受光する光は、可視光であっても良いし、赤外線等の非可視光であっても良い。
　車内情報検出ユニット１２０４０は、車内の情報を検出する。車内情報検出ユニット１２０４０には、例えば、運転者の状態を検出する運転者状態検出部１２０４１が接続される。運転者状態検出部１２０４１は、例えば運転者を撮像するカメラを含み、車内情報検出ユニット１２０４０は、運転者状態検出部１２０４１から入力される検出情報に基づいて、運転者の疲労度合い又は集中度合いを算出してもよいし、運転者が居眠りをしていないかを判別してもよい。
　マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で取得される車内外の情報に基づいて、駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置の制御目標値を演算し、駆動系制御ユニット１２０１０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車両の衝突回避あるいは衝撃緩和、車間距離に基づく追従走行、車速維持走行、車両の衝突警告、又は車両のレーン逸脱警告等を含むＡＤＡＳ（Advanced Driver Assistance System）の機能実現を目的とした協調制御を行うことができる。
　また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で取得される車両の周囲の情報に基づいて駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置等を制御することにより、運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
　また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で取得される車外の情報に基づいて、ボディ系制御ユニット１２０３０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で検知した先行車又は対向車の位置に応じてヘッドランプを制御し、ハイビームをロービームに切り替える等の防眩を図ることを目的とした協調制御を行うことができる。
　音声画像出力部１２０５２は、車両の搭乗者又は車外に対して、視覚的又は聴覚的に情報を通知することが可能な出力装置へ音声及び画像のうちの少なくとも一方の出力信号を送信する。図１０の例では、出力装置として、オーディオスピーカ１２０６１、表示部１２０６２及びインストルメントパネル１２０６３が例示されている。表示部１２０６２は、例えば、オンボードディスプレイ及びヘッドアップディスプレイの少なくとも一つを含んでいてもよい。
　図１１は、撮像部１２０３１の設置位置の例を示す図である。
　図１１では、撮像部１２０３１として、撮像部１２１０１、１２１０２、１２１０３、１２１０４、１２１０５を有する。
　撮像部１２１０１、１２１０２、１２１０３、１２１０４、１２１０５は、例えば、車両１２１００のフロントノーズ、サイドミラー、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部等の位置に設けられる。フロントノーズに備えられる撮像部１２１０１及び車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部１２１０５は、主として車両１２１００の前方の画像を取得する。サイドミラーに備えられる撮像部１２１０２、１２１０３は、主として車両１２１００の側方の画像を取得する。リアバンパ又はバックドアに備えられる撮像部１２１０４は、主として車両１２１００の後方の画像を取得する。車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部１２１０５は、主として先行車両又は、歩行者、障害物、信号機、交通標識又は車線等の検出に用いられる。
　なお、図１１には、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮影範囲の一例が示されている。撮像範囲１２１１１は、フロントノーズに設けられた撮像部１２１０１の撮像範囲を示し、撮像範囲１２１１２，１２１１３は、それぞれサイドミラーに設けられた撮像部１２１０２，１２１０３の撮像範囲を示し、撮像範囲１２１１４は、リアバンパ又はバックドアに設けられた撮像部１２１０４の撮像範囲を示す。例えば、撮像部１２１０１ないし１２１０４で撮像された画像データが重ね合わせられることにより、車両１２１００を上方から見た俯瞰画像が得られる。
　撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、距離情報を取得する機能を有していてもよい。例えば、撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、複数の撮像素子からなるステレオカメラであってもよいし、位相差検出用の画素を有する撮像素子であってもよい。
　例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４から得られた距離情報を基に、撮像範囲１２１１１ないし１２１１４内における各立体物までの距離と、この距離の時間的変化（車両１２１００に対する相対速度）を求めることにより、特に車両１２１００の進行路上にある最も近い立体物で、車両１２１００と略同じ方向に所定の速度（例えば、０km/h以上）で走行する立体物を先行車として抽出することができる。さらに、マイクロコンピュータ１２０５１は、先行車の手前に予め確保すべき車間距離を設定し、自動ブレーキ制御（追従停止制御も含む）や自動加速制御（追従発進制御も含む）等を行うことができる。このように運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
　例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４から得られた距離情報を元に、立体物に関する立体物データを、２輪車、普通車両、大型車両、歩行者、電柱等その他の立体物に分類して抽出し、障害物の自動回避に用いることができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車両１２１００の周辺の障害物を、車両１２１００のドライバが視認可能な障害物と視認困難な障害物とに識別する。そして、マイクロコンピュータ１２０５１は、各障害物との衝突の危険度を示す衝突リスクを判断し、衝突リスクが設定値以上で衝突可能性がある状況であるときには、オーディオスピーカ１２０６１や表示部１２０６２を介してドライバに警報を出力することや、駆動系制御ユニット１２０１０を介して強制減速や回避操舵を行うことで、衝突回避のための運転支援を行うことができる。
　撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、赤外線を検出する赤外線カメラであってもよい。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像中に歩行者が存在するか否かを判定することで歩行者を認識することができる。かかる歩行者の認識は、例えば赤外線カメラとしての撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像における特徴点を抽出する手順と、物体の輪郭を示す一連の特徴点にパターンマッチング処理を行って歩行者か否かを判別する手順によって行われる。マイクロコンピュータ１２０５１が、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像中に歩行者が存在すると判定し、歩行者を認識すると、音声画像出力部１２０５２は、当該認識された歩行者に強調のための方形輪郭線を重畳表示するように、表示部１２０６２を制御する。また、音声画像出力部１２０５２は、歩行者を示すアイコン等を所望の位置に表示するように表示部１２０６２を制御してもよい。
　以上、本開示に係る技術が適用され得る車両制御システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、例えば、撮像部１２０３１に適用され得る。
　なお、本技術は、以下のような構成をとることができる。
　（１）
　複数のフォトダイオードを配列した画素領域と、
　前記複数のフォトダイオードのそれぞれに対応して設けられた複数の読出し回路を含む読出し回路領域と、
　前記読出し回路領域のうち第１回路領域に対応して設けられた第１温度計と、
　前記読出し回路領域のうち第２回路領域に対応して設けられた第２温度計と、
　前記第１温度計で測定された前記第１回路領域の温度に応じた第１電圧を、該第１回路領域内の前記読出し回路に対応する前記フォトダイオードに印加する第１制御回路と、
　前記第２温度計で測定された前記第２回路領域の温度に応じた第２電圧を、該第２回路領域内の前記読出し回路に対応する前記フォトダイオードに印加する第２制御回路と、を備える受光素子。
　（２）
　前記読出し回路領域は、長辺または長径を有する細長形状を有し、該長辺または長径に沿うように配置された前記第１および第２回路領域を含み、
　前記第１および第２温度計は、前記長辺または長径に沿って前記第１および第２回路領域に対応して配置されている、（１）に記載の受光素子。
　（３）
　前記読出し回路領域の一辺に隣接して設けられ、前記読出し回路領域からの画素信号を処理する信号処理回路をさらに備え、
　前記第１および第２温度計は、前記読出し回路領域を挟んで前記信号処理回路とは反対側に設けられている、（１）または（２）に記載の受光素子。
　（４）
　前記第１制御回路に接続された第１パッドと、
　前記第２制御回路に接続された第２パッドとをさらに備え、
　前記第１温度計は、前記第１回路領域と前記第１パッドとの間に配置され、
　前記第２温度計は、前記第２回路領域と前記第２パッドとの間に配置される、（３）に記載の受光素子。
　（５）
　前記第１回路領域に対応して設けられ、前記読出し回路領域のドライバに電力を供給する第１バイアス回路と、
　前記第２回路領域に対応して設けられ、前記読出し回路領域のドライバに電力を供給する第２バイアス回路とを備える、（１）から（４）のいずれか一項に記載の受光素子。
　（６）
　前記読出し回路領域の一辺に隣接して設けられ、前記読出し回路領域からの画素信号を処理する信号処理回路をさらに備え、
　前記第１および第２バイアス回路は、前記読出し回路領域を挟んで前記信号処理回路とは反対側に設けられている、（５）に記載の受光素子。
　（７）
　前記第１制御回路に接続された第１パッドと、
　前記第２制御回路に接続された第２パッドとをさらに備え、
　前記第１バイアス回路は、前記第１回路領域と前記第１パッドとの間に配置され、
　前記第２バイアス回路は、前記第２回路領域と前記第２パッドとの間に配置される、（５）または（６）に記載の受光素子。
　（８）
　前記第１バイアス回路は、前記第１温度計に近接して配置され、
　前記第２バイアス回路は、前記第２温度計に近接して配置される、（５）から（７）のいずれか一項に記載の受光素子。
　（９）
　前記画素領域を含む第１チップと、
　前記読出し回路領域を含み、前記フォトダイオードに対応する前記読出し回路が対向するように前記第１チップに接合する第２チップとを備える、（１）から（８）のいずれか一項に記載の受光素子。
　（１０）
　前記画素領域は、前記読出し回路領域と同様の細長形状を有し、前記第１チップと前記第２チップとを接合したときに、前記読出し回路領域に対向する、（９）に記載の受光素子。
　（１１）
　前記第１回路領域の温度と前記第２回路領域の温度との差が第１閾値を超えた場合、前記第１または第２制御回路は、前記第１または第２電圧の絶対値を変更する、（１）から（１０）のいずれか一項に記載の受光素子。
　（１２）
　前記第１回路領域の温度が前記第２回路領域の温度よりも高い場合、前記第１制御回路は、前記第１電圧の絶対値を低下させ、
　前記第２回路領域の温度が前記第１回路領域の温度よりも高い場合、前記第２制御回路は、前記第２電圧の絶対値を低下させる、（１１）に記載の受光素子。
　（１３）
　前記受光素子は自動車に搭載される、（１）から（１２）のいずれか一項に記載の受光素子。
　（１４）
　照射光を対象物に照射する照明装置と、
　前記照射光を照射した前記対象物からの反射光を受光する受光素子とを備え、
　前記受光素子は、
　複数のフォトダイオードを配列した画素領域と、
　前記複数のフォトダイオードのそれぞれに対応して設けられた複数の読出し回路を含む読出し回路領域と、
　前記読出し回路領域のうち第１回路領域に対応して設けられた第１温度計と、
　前記読出し回路領域のうち第２回路領域に対応して設けられた第２温度計と、
　前記第１温度計で測定された前記第１回路領域の温度に応じた第１電圧を、該第１回路領域内の前記読出し回路に対応する前記フォトダイオードに印加する第１制御回路と、
　前記第２温度計で測定された前記第２回路領域の温度に応じた第２電圧を、該第２回路領域内の前記読出し回路に対応する前記フォトダイオードに印加する第２制御回路と、を備える測距システム。
　（１５）
　前記照明装置および前記受光素子は、自動車に搭載される、（１４）に記載の測距システム。
　（１６）
　前記画素領域および前記読出し回路領域は、長辺または長径を有する細長形状を有し、検出対象範囲を該細長形状の短辺または短径方向への走査によって得られた前記反射光を用いて測距を行う、（１４）または（１５）に記載の測距システム。
　（１７）
　前記画素領域および前記読出し回路領域は、検出対象範囲全体を一度に検出し測距を行う、（１４）または（１５）に記載の測距システム。
　（１８）
　前記第１回路領域の温度と前記第２回路領域の温度との差が第１閾値を超えた場合、前記第１または第２制御回路は、前記第１または第２電圧の絶対値を変更する、（１４）から（１７）のいずれか一項に記載の測距システム。
　（１９）
　前記第１回路領域の温度が前記第２回路領域の温度よりも高い場合、前記第１制御回路は、前記第１電圧の絶対値を低下させ、
　前記第２回路領域の温度が前記第１回路領域の温度よりも高い場合、前記第２制御回路は、前記第２電圧の絶対値を低下させる、（１８）に記載の測距システム。
　（２０）
　複数のフォトダイオードを配列した画素領域と、
　前記複数のフォトダイオードのそれぞれに対応して設けられた複数の読出し回路を含む読出し回路領域と、
　前記読出し回路領域の第１辺に隣接して設けられ、前記読出し回路領域からの画素信号を処理する信号処理回路と、
　前記読出し回路領域の前記第１辺とは反対の第２辺に設けられた第１温度計及び第２温度計と、
を備え、
　前記第１温度計及び前記第２温度計は、チップ端に形成された複数のパッドと前記読み出し回路領域との間に設けられている、受光素子。
　尚、本開示は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。また、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものでは無く、他の効果があってもよい。
４１　受光素子、ＣＨ１　第１チップ、ＣＨ２　第２チップ、１４　画素領域、１５　読出し回路領域、２８０　画素回路、２９０　読出し回路、７０　周辺回路、７１　画素回路領域、８０　信号処理部、７９　送信部、２８１　抵抗素子、２８２　ＳＰＡＤ、２８３　インバータ回路、２８４　トランジスタ、２８５　接合部、８０　信号処理回路、７４　ＰＬＬ、７９　送信部、２９６　ＰｏＲ回路、Ｔｅｍｐ１，Ｔｅｍｐ２　温度計、Ｂｉａｓ１，Ｂｉａｓ２　バイアス回路、ＬＤＯ１，ＬＤＯ２　バイアス制御回路

Claims (20)

  1. 　複数のフォトダイオードを配列した画素領域と、
    　前記複数のフォトダイオードのそれぞれに対応して設けられた複数の読出し回路を含む読出し回路領域と、
    　前記読出し回路領域のうち第１回路領域に対応して設けられた第１温度計と、
    　前記読出し回路領域のうち第２回路領域に対応して設けられた第２温度計と、
    　前記第１温度計で測定された前記第１回路領域の温度に応じた第１電圧を、該第１回路領域内の前記読出し回路に対応する前記フォトダイオードに印加する第１制御回路と、
    　前記第２温度計で測定された前記第２回路領域の温度に応じた第２電圧を、該第２回路領域内の前記読出し回路に対応する前記フォトダイオードに印加する第２制御回路と、を備える受光素子。
  2. 　前記読出し回路領域は、長辺または長径を有する細長形状を有し、該長辺または長径に沿うように配置された前記第１および第２回路領域を含み、
    　前記第１および第２温度計は、前記長辺または長径に沿って前記第１および第２回路領域に対応して配置されている、請求項１に記載の受光素子。
  3. 　前記読出し回路領域の一辺に隣接して設けられ、前記読出し回路領域からの画素信号を処理する信号処理回路をさらに備え、
    　前記第１および第２温度計は、前記読出し回路領域を挟んで前記信号処理回路とは反対側に設けられている、請求項１に記載の受光素子。
  4. 　前記第１制御回路に接続された第１パッドと、
    　前記第２制御回路に接続された第２パッドとをさらに備え、
    　前記第１温度計は、前記第１回路領域と前記第１パッドとの間に配置され、
    　前記第２温度計は、前記第２回路領域と前記第２パッドとの間に配置される、請求項３に記載の受光素子。
  5. 　前記第１回路領域に対応して設けられ、前記読出し回路領域のドライバに電力を供給する第１バイアス回路と、
    　前記第２回路領域に対応して設けられ、前記読出し回路領域のドライバに電力を供給する第２バイアス回路とを備える、請求項１に記載の受光素子。
  6. 　前記読出し回路領域の一辺に隣接して設けられ、前記読出し回路領域からの画素信号を処理する信号処理回路をさらに備え、
    　前記第１および第２バイアス回路は、前記読出し回路領域を挟んで前記信号処理回路とは反対側に設けられている、請求項５に記載の受光素子。
  7. 　前記第１制御回路に接続された第１パッドと、
    　前記第２制御回路に接続された第２パッドとをさらに備え、
    　前記第１バイアス回路は、前記第１回路領域と前記第１パッドとの間に配置され、
    　前記第２バイアス回路は、前記第２回路領域と前記第２パッドとの間に配置される、請求項５に記載の受光素子。
  8. 　前記第１バイアス回路は、前記第１温度計に近接して配置され、
    　前記第２バイアス回路は、前記第２温度計に近接して配置される、請求項５に記載の受光素子。
  9. 　前記画素領域を含む第１チップと、
    　前記読出し回路領域を含み、前記フォトダイオードに対応する前記読出し回路が対向するように前記第１チップに接合する第２チップとを備える、請求項１に記載の受光素子。
  10. 　前記画素領域は、前記読出し回路領域と同様の細長形状を有し、前記第１チップと前記第２チップとを接合したときに、前記読出し回路領域に対向する、請求項９に記載の受光素子。
  11. 　前記第１回路領域の温度と前記第２回路領域の温度との差が第１閾値を超えた場合、前記第１または第２制御回路は、前記第１または第２電圧の絶対値を変更する、請求項１に記載の受光素子。
  12. 　前記第１回路領域の温度が前記第２回路領域の温度よりも高い場合、前記第１制御回路は、前記第１電圧の絶対値を低下させ、
    　前記第２回路領域の温度が前記第１回路領域の温度よりも高い場合、前記第２制御回路は、前記第２電圧の絶対値を低下させる、請求項１１に記載の受光素子。
  13. 　前記受光素子は自動車に搭載される、請求項１に記載の受光素子。
  14. 　照射光を対象物に照射する照明装置と、
    　前記照射光を照射した前記対象物からの反射光を受光する受光素子とを備え、
    　前記受光素子は、
    　複数のフォトダイオードを配列した画素領域と、
    　前記複数のフォトダイオードのそれぞれに対応して設けられた複数の読出し回路を含む読出し回路領域と、
    　前記読出し回路領域のうち第１回路領域に対応して設けられた第１温度計と、
    　前記読出し回路領域のうち第２回路領域に対応して設けられた第２温度計と、
    　前記第１温度計で測定された前記第１回路領域の温度に応じた第１電圧を、該第１回路領域内の前記読出し回路に対応する前記フォトダイオードに印加する第１制御回路と、
    　前記第２温度計で測定された前記第２回路領域の温度に応じた第２電圧を、該第２回路領域内の前記読出し回路に対応する前記フォトダイオードに印加する第２制御回路と、を備える測距システム。
  15. 　前記照明装置および前記受光素子は、自動車に搭載される、請求項１４に記載の測距システム。
  16. 　前記画素領域および前記読出し回路領域は、長辺または長径を有する細長形状を有し、検出対象範囲を該細長形状の短辺または短径方向への走査によって得られた前記反射光を用いて測距を行う、請求項１４に記載の測距システム。
  17. 　前記画素領域および前記読出し回路領域は、検出対象範囲全体を一度に検出し測距を行う、請求項１４に記載の測距システム。
  18. 　前記第１回路領域の温度と前記第２回路領域の温度との差が第１閾値を超えた場合、前記第１または第２制御回路は、前記第１または第２電圧の絶対値を変更する、請求項１４に記載の測距システム。
  19. 　前記第１回路領域の温度が前記第２回路領域の温度よりも高い場合、前記第１制御回路は、前記第１電圧の絶対値を低下させ、
    　前記第２回路領域の温度が前記第１回路領域の温度よりも高い場合、前記第２制御回路は、前記第２電圧の絶対値を低下させる、請求項１８に記載の測距システム。
  20. 　複数のフォトダイオードを配列した画素領域と、
    　前記複数のフォトダイオードのそれぞれに対応して設けられた複数の読出し回路を含む読出し回路領域と、
    　前記読出し回路領域の第１辺に隣接して設けられ、前記読出し回路領域からの画素信号を処理する信号処理回路と、
    　前記読出し回路領域の前記第１辺とは反対の第２辺に設けられた第１温度計及び第２温度計と、
    を備え、
    　前記第１温度計及び前記第２温度計は、チップ端に形成された複数のパッドと前記読み出し回路領域との間に設けられている、受光素子。
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