WO2023286403A1 - 光検出装置および測距システム - Google Patents

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WO2023286403A1
WO2023286403A1 PCT/JP2022/016794 JP2022016794W WO2023286403A1 WO 2023286403 A1 WO2023286403 A1 WO 2023286403A1 JP 2022016794 W JP2022016794 W JP 2022016794W WO 2023286403 A1 WO2023286403 A1 WO 2023286403A1
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photoelectric conversion
voltage
conversion units
photodetector
conversion unit
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PCT/JP2022/016794
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辰樹 西野
俊平 鈴木
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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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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
    • H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
    • H01L31/102—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier
    • H01L31/107—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier working in avalanche mode, e.g. avalanche photodiodes

Definitions

  • the present disclosure relates to a photodetector and a ranging system.
  • the ToF (Time of Flight) method is used as a method of measuring the distance to the subject.
  • the ToF method light emitted from a light source is reflected by an object, and the reflected light is photoelectrically converted. Subsequently, the distance to the object is measured based on the time from when the light is emitted until when the reflected light is photoelectrically converted.
  • a distance measurement system using the ToF method is generally provided with a photodetector that photoelectrically converts the reflected light.
  • Some photodetectors have a plurality of photoelectric conversion units in one pixel. In such a photodetector, increasing the number of photoelectric conversion units per pixel widens the dynamic range. On the other hand, it is expected that the chip size and power consumption will increase.
  • the present disclosure provides a photodetector and a distance measuring system capable of widening the dynamic range without increasing the number of photoelectric conversion units.
  • a photodetector includes a plurality of photoelectric conversion units that are arranged in one pixel and photoelectrically convert incident light.
  • the plurality of photoelectric conversion units includes at least one first photoelectric conversion unit and at least one second photoelectric conversion unit having lower sensitivity to incident light than the first photoelectric conversion unit.
  • the sensitivities may be different among the plurality of second photoelectric conversion units.
  • the number of the second photoelectric conversion units may be less than the number of the first photoelectric conversion units.
  • the first photoelectric conversion unit has a first avalanche photodiode
  • the second photoelectric conversion unit may have a second avalanche photodiode.
  • the first voltage applied to the first avalanche photodiode may be different from the second voltage applied to the second avalanche photodiode.
  • the second voltage is lower than the first voltage. good too.
  • the second voltage is higher than the first voltage.
  • a voltage adjustment unit that adjusts the first voltage to the second voltage may be further provided.
  • the aperture ratio of the second photoelectric conversion unit may be smaller than the aperture ratio of the first photoelectric conversion unit.
  • the incident light shielding region of the second photoelectric conversion unit may be wider than the incident light shielding region of the first photoelectric conversion unit.
  • a light-shielding film provided in the light-shielding region may be further provided.
  • another photodetector includes a plurality of photoelectric conversion units that are arranged in one pixel and photoelectrically convert incident light.
  • the sensitivities of the plurality of photoelectric conversion units to incident light are collectively lowered stepwise according to the photoelectric conversion results of the plurality of photoelectric conversion units.
  • the sensitivity may be lowered collectively in a stepwise manner.
  • the switch converts the voltage to be applied to the plurality of photoelectric conversion units from the output voltage of one of the plurality of external power sources to the output voltage of another external power source according to the photoelectric conversion results of the plurality of photoelectric conversion units. It may be switched to the output voltage of the power supply.
  • each of the plurality of photoelectric conversion units includes an avalanche photodiode, a transistor connected to the avalanche photodiode, and a switch connected in parallel with the transistor;
  • the switch may turn on and off depending on the result of photoelectric conversion of the avalanche photodiode.
  • the photodetector is a light-receiving lens that collects the incident light onto the plurality of photoelectric conversion units; an optical film provided on the surface of the light-receiving lens and attenuating the incident light according to the sensitivity setting; may further include
  • the sensitivity of the first photoelectric conversion unit may be ten times or more higher than the sensitivity of the second photoelectric conversion unit.
  • a ranging system includes a plurality of photoelectric conversion units that are arranged in one pixel and photoelectrically convert incident light, and the plurality of photoelectric conversion units are at least one first photoelectric conversion unit. and at least one second photoelectric conversion unit having a lower sensitivity to the incident light than the first photoelectric conversion unit; and a signal processing circuit for processing an output signal of the photodetector.
  • Another ranging system includes a plurality of photoelectric conversion units that are arranged in one pixel and photoelectrically convert incident light, and according to photoelectric conversion results of the plurality of photoelectric conversion units, a photodetector in which the sensitivity of the plurality of photoelectric conversion units to the incident light is lowered collectively in a stepwise manner; and a signal processing circuit for processing an output signal of the photodetector.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining a distance measurement method by the distance measurement system according to the first embodiment
  • FIG. 1 is a block diagram showing an example of a configuration of a ranging system
  • FIG. 1 is a schematic plan view of an optical sensor
  • FIG. 4 is a diagram showing a layout example of photoelectric conversion units in one pixel according to the first embodiment
  • FIG. It is a figure which shows an example of the circuit structure of a 1st photoelectric conversion part.
  • FIG. 2 is a perspective view showing an example of the layout of photoelectric conversion units according to the first embodiment; An example of change in cathode voltage of the light receiving element according to the first embodiment is shown.
  • FIG. 4 is a graph showing an example of the relationship between excess bias voltage VEX of a light receiving element and PDE; 2 is a block diagram showing a configuration example of a power supply circuit according to the first embodiment; FIG. It is a figure which shows the characteristic of the dynamic range for 1 pixel in a comparative example.
  • FIG. 4 is a diagram showing dynamic range characteristics for one pixel in the first embodiment; It is a figure showing an example of circuit composition of a photoelectric conversion part concerning a modification of a 1st embodiment. An example of change in anode voltage of a light receiving element according to a modification is shown.
  • FIG. 11 is a diagram showing a layout example of photoelectric conversion units in one pixel according to the second embodiment
  • 5 is a graph showing an example of the relationship between the aperture ratio of a photoelectric conversion unit and PDE
  • FIG. 7 is a cross-sectional view schematically showing the structure of part of a pixel in the second embodiment
  • FIG. 10 is a diagram showing a photoelectric conversion result of the photoelectric conversion unit when the laser beam L is irradiated for the first time
  • FIG. 10 is a diagram showing a photoelectric conversion result of the photoelectric conversion unit when the laser beam is irradiated for the second time
  • FIG. 10 is a diagram showing a photoelectric conversion result of the photoelectric conversion unit when the laser light is irradiated for the third time
  • FIG. 11 is a diagram for explaining an example of a PDE collective adjustment method according to the third embodiment
  • FIG. 12 is a diagram for explaining another example of the collective adjustment method of PDEs in the third embodiment
  • FIG. 11 is a diagram showing a layout example of photoelectric conversion units in one pixel according to the fourth embodiment
  • [FIG. 12] is a cross-sectional view schematically showing the structure of part of a pixel in the fourth embodiment
  • 1 is a block diagram showing an example of a schematic configuration of a vehicle control system
  • FIG. FIG. 4 is an explanatory diagram showing an example of installation positions of an outside information detection unit and an imaging unit;
  • FIG. 1 is a diagram for explaining a ranging method by a ranging system according to the first embodiment.
  • the distance measurement system 1 according to the present embodiment is a distance measurement method to a subject 10 that is an object to be measured.
  • a TOF (time of flight) method for measuring the time until arrival is adopted.
  • FIG. 2 is a block diagram showing an example of the configuration of the ranging system 1.
  • the distance measurement system 1 includes a light source device 20, a photodetector device 30, and a control section 40.
  • FIG. 1 is a block diagram showing an example of the configuration of the ranging system 1.
  • the distance measurement system 1 includes a light source device 20, a photodetector device 30, and a control section 40.
  • the light source device 20 has a laser driver 21, a laser light source 22, and a diffusion lens 23, for example.
  • the laser driver 21 drives the laser light source 22 under the control of the controller 40 .
  • the laser light source 22 is composed of, for example, a semiconductor laser, and is driven by the laser driver 21 to emit laser light.
  • the diffusion lens 23 diffuses the laser light emitted from the laser light source 22 and irradiates the subject 10 with the laser light.
  • the photodetector 30 includes a light receiving lens 31, an optical sensor 32, and a signal processing circuit 33, and receives reflected laser light as incident light, which is emitted from the light source device 20 and reflected by the subject 10. .
  • the light receiving lens 31 converges the reflected laser light from the subject 10 onto the light receiving surface of the optical sensor 32 .
  • the optical sensor 32 receives the reflected laser light from the subject 10 through the light receiving lens 31 in units of pixels, and photoelectrically converts the light.
  • the signal processing circuit 33 has a TDC (Time to Digital Converter) 331 and a histogram generator 33b.
  • the TDC 33A digitally converts the occurrence time of the voltage level transition timing of the output signal of the optical sensor 32 .
  • the histogram generator 33b measures the number of acquisition times of the digital values converted by the TDC 33A, that is, the number of times the optical sensor 32 reacts. Since the digital conversion by the TDC 33A is performed multiple times, the histogram generated by the histogram generator 33b is obtained by accumulating the number of reactions measured multiple times by the optical sensor 32.
  • the control unit 40 is configured by, for example, a CPU (Central Processing Unit) or the like, controls the light source device 20 and the photodetector device 30, and controls the laser light emitted from the light source device 20 toward the subject 10.
  • the time t until the light is reflected by the object 10 and returns is measured. Based on this time t, the distance L to the subject 10 can be obtained.
  • a time measurement method a timer is started at the timing when the light source device 20 irradiates the pulsed light, and is stopped at the timing when the light detection device 30 receives the pulsed light to measure the time t.
  • the time t is measured by detecting the peak of the histogram generated by the histogram generator 33b.
  • the optical sensor 32 is a two-dimensional array sensor (so-called area sensor) in which a plurality of pixels 321 are arranged in a two-dimensional array.
  • the optical sensor 32 may be a one-dimensional array sensor (so-called line sensor) in which a plurality of pixels 321 are linearly arranged.
  • a plurality of photoelectric conversion units 322 are arranged in a two-dimensional array in each of the plurality of pixels 321 .
  • FIG. 4 is a diagram showing a layout example of the photoelectric conversion unit 322 within one pixel according to the first embodiment.
  • the plurality of photoelectric conversion units 322 provided in one pixel 321 are classified into at least one first photoelectric conversion unit 322a and at least one second photoelectric conversion unit 322b.
  • 12 first photoelectric conversion units 322a and 4 second photoelectric conversion units 322b are arranged in a mixed manner.
  • the PDE (Photon Detection Efficiency) of the first photoelectric converter 322a is 25%.
  • the PDE of the second photoelectric conversion unit 322b is 5% to 20% lower than that of the first photoelectric conversion unit 322a.
  • the PDE is one index of the sensitivity of each photoelectric conversion unit to incident light, and can be obtained, for example, by calculating the number of detected photons with respect to the number of incident photons.
  • the first photoelectric conversion unit 322 a is arranged in the peripheral area of the pixel 321 and the second photoelectric conversion unit 322 b is arranged in the central area of the pixel 321 .
  • the respective positions of the first photoelectric conversion unit 322a and the second photoelectric conversion unit 322b within the pixel 321 are not particularly limited.
  • FIG. 4 four second photoelectric conversion units 322b having different PDEs are arranged.
  • the PDE of the second photoelectric conversion units 322b since the PDE of the second photoelectric conversion units 322b only needs to be lower than the PDE of the first photoelectric conversion units 322a, the PDEs of the plurality of second photoelectric conversion units 322b may all be the same.
  • the number of second photoelectric conversion units 322b is not limited to four. However, as the number of second photoelectric conversion units 322b increases, the sensitivity of the pixels 321 decreases. Therefore, the number of second photoelectric conversion units 322b is preferably smaller than the number of first photoelectric conversion units 322a.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of the circuit configuration of the first photoelectric conversion unit 322a. Note that the circuit configuration of the second photoelectric conversion unit 322b is the same as the circuit configuration of the first photoelectric conversion unit 322a, so description thereof will be omitted.
  • the first photoelectric conversion unit 322a shown in FIG. 5 has a light receiving element 51, a current source 52, a quench transistor 53, a transistor 54, and a transistor 55.
  • the light receiving element 51 is, for example, an avalanche photodiode typified by SPAD (Single Photon Avalanche Diode).
  • a cathode of the light receiving element 51 is connected to the first terminal 61 via the current source 52 .
  • a positive voltage VE is applied to the cathode of the light receiving element 51 via the first terminal 61 .
  • An anode of the light receiving element 51 is connected to the second terminal 62 .
  • a negative voltage VA at which avalanche multiplication occurs is applied to the anode of the light receiving element 51 via the second terminal 62 .
  • the current source 52 is provided between the first terminal 61 and the cathode of the light receiving element 51 .
  • the light receiving element 51 is charged by the current source 52 .
  • the quench transistor 53 is composed of, for example, an N-channel MOS transistor.
  • the drain of the quench transistor 53 is connected to the anode of the light receiving element 51 and the current source 52, and the source is grounded.
  • the cathode voltage of the light receiving element 51 is forcibly set to 0V, which is the reference voltage.
  • the light detection function of the light receiving element 51 deteriorates. Therefore, it is possible to avoid erroneous detection of an afterpulse or the like in which avalanche multiplication occurs again even though no photons are incident on the light receiving element 51 .
  • the transistor 54 is composed of, for example, a P-channel MOS transistor, and the transistor 55 is composed of, for example, an N-channel MOS transistor.
  • a gate of each transistor is connected to a cathode of the light receiving element 51 .
  • a power supply voltage VDD is applied to the source of the transistor 54 .
  • the source of transistor 55 is grounded.
  • An analog pixel signal generated based on the cathode voltage of the light receiving element 51 is output from the drains of the transistors 54 and 55 .
  • FIG. 6 is a perspective view showing an example layout of the photoelectric conversion unit 322 according to this embodiment.
  • the photoelectric conversion units 322 are dispersedly arranged on the first semiconductor substrate 310 and the second semiconductor substrate 320 stacked under the first semiconductor substrate 310 .
  • the first semiconductor substrate 310 and the second semiconductor substrate 320 are electrically connected through connection portions such as vias (VIAs), Cu—Cu junctions, and bumps. That is, the first semiconductor substrate 310 and the second semiconductor substrate 320 are bonded together by one of a CoC (Chip on Chip) method, a CoW (Chip on Wafer) method, or a WoW (Wafer on Wafer) method.
  • the light receiving elements 51 of each photoelectric conversion unit are arranged in a two-dimensional array on the light receiving surface 311 of the first semiconductor substrate 310 .
  • the second semiconductor substrate 320 has a readout region 320a in part of the surface facing the first semiconductor substrate 310. As shown in FIG. In this readout region 320a, constituent elements other than the light receiving element 51 of each photoelectric conversion unit, that is, the current source 52, the quench transistor 53, the transistor 54, and the transistor 55 are arranged. Further, the above-described signal processing circuit 33 and control unit 40 are arranged around the readout area 320a.
  • the layout of the first photoelectric conversion unit 322a and the second photoelectric conversion unit 322b is not limited to the example shown in FIG.
  • the current source 52 , the quench transistor 53 , the transistor 54 and the transistor 55 may also be arranged on the same first semiconductor substrate 310 as the light receiving element 51 .
  • FIG. 7 shows an example of changes in the cathode voltage of the light receiving element 51 according to the first embodiment.
  • the cathode of the light receiving element 51 In the initial state, the cathode of the light receiving element 51 is held at the voltage VE.
  • an avalanche current flows and the cathode voltage drops.
  • the potential difference between the anode and cathode of the light receiving element 51 reaches the breakdown voltage VBD, the avalanche current stops.
  • the light receiving element 51 is charged by the current source 52, so that the cathode voltage recovers to the voltage VE and returns to the initial state.
  • An excess voltage greater than the breakdown voltage VBD is called the excess bias voltage VEX.
  • the excess bias voltage VEX has a correlation to the PDE.
  • FIG. 8 is a graph showing an example of the relationship between the excess bias voltage VEX of the light receiving element 51 and PDE.
  • the horizontal axis indicates the excess bias voltage VEX
  • the vertical axis indicates the PDE.
  • the PDE can be set by adjusting the excess bias voltage VEX.
  • the excess bias voltage VEX changes according to the voltage VE applied to the cathode of the light receiving element 51 or the voltage VA applied to the anode of the light receiving element 51, as shown in FIG.
  • the excess bias voltage VEX will be reduced, resulting in a lower PDE. Also, if the voltage VA is increased from -20 V to -15 V, for example, while the voltage VE is fixed, the excess bias voltage VEX is reduced. Again, the PDE will be low.
  • FIG. 9 is a block diagram showing a configuration example of a power supply circuit in this embodiment.
  • the photodetector 30 further includes voltage adjusters 331 to 334 .
  • the voltage adjustment units 331 to 334 are arranged between the first terminal 61 or the second terminal 62 of the second photoelectric conversion unit 322b and the external power source 330, respectively.
  • the voltage adjustment unit 331 adjusts the voltage supplied from the external power supply 330 to a voltage at which the PDE becomes 20%.
  • the external power supply 330 is a negative power supply that supplies the voltage VA to the anode of the light receiving element 51 or a positive power supply that supplies the voltage VE to the cathode.
  • the voltage adjustment section 331 boosts the voltage VA so that the PDE of the light receiving element 51 becomes 20%.
  • the voltage adjustment section 331 steps down the voltage VE so that the PDE of the second photoelectric conversion section 322b becomes 20%.
  • the voltage adjustment units 332, 333, and 334 also step up the voltage VA or step down the voltage VE according to the value of the PDE of the second photoelectric conversion unit 322b to which they are connected.
  • Each voltage adjustment unit has a step-up circuit or step-down circuit according to the type of the external power supply 330.
  • the configurations of the booster circuit and the step-down circuit are not particularly limited, it is desirable that the number of elements is small in order to prevent the photodetector 30 from becoming large.
  • the step-down circuit may consist of one resistive element.
  • FIG. 10A is a diagram showing dynamic range characteristics for one pixel in a comparative example.
  • FIG. 10B is a diagram showing dynamic range characteristics for one pixel in the first embodiment.
  • the horizontal axis indicates the amount of light reflected by the object 10.
  • the vertical axis indicates the number of photoelectric conversion units that have detected and photoelectrically converted the reflected light.
  • 16 photoelectric conversion units 322 are arranged in 4 rows and 4 columns. Also, the PDEs of the photoelectric conversion units 322 are all set to 25%. Therefore, as shown in FIG. 10A, the number of photoelectric conversion units 322 that photoelectrically convert the reflected light increases linearly, in other words, in direct proportion, until the reflected light amount reaches the saturated reflected light amount.
  • 16 photoelectric conversion units 322 are arranged in 4 rows and 4 columns as in the comparative example.
  • the PDE of the photoelectric conversion unit 322 is set within the range of 5% to 25%. That is, among the 16 photoelectric conversion units 322, the first photoelectric conversion units 322a and the second photoelectric conversion units 322b with different PDEs are mixed. Therefore, as shown in FIG. 10B, the number of photoelectric conversion units 322 that photoelectrically convert the reflected light increases in a curve until the reflected light amount reaches the saturated reflected light amount. As a result, the saturated reflected light amount of the present embodiment becomes larger than the saturated reflected light amount of the comparative example.
  • the dynamic range DR without increasing the number of photoelectric conversion units 322 .
  • the range in which distance measurement is possible is widened, so it is possible to improve the distance measurement performance.
  • the PDE of the photoelectric conversion unit 322 can be individually adjusted by the voltage adjustment units 331 to 334 . Thereby, the number of the second photoelectric conversion units 322b and the PDE can be freely set.
  • FIG. 11 is a diagram showing an example of the circuit configuration of the photoelectric conversion section 322 according to the modification of the first embodiment.
  • the same reference numerals are assigned to the same components as in the first embodiment described above, and detailed description thereof is omitted.
  • the anode of the light receiving element 51 is connected to the current source 52, the drain of the quench transistor 53, and the gates of the transistors 54 and 55 in this modification.
  • a positive voltage VA is applied to the cathode of the light receiving element 51 via the second terminal 62 .
  • Quench transistor 53 is composed of a P-channel MOS transistor.
  • a power supply voltage VDD is applied to the source of the quench transistor 53 .
  • a signal indicating voltage change at the anode of the light receiving element 51 is output from the drains of the transistors 54 and 55 .
  • FIG. 12 shows an example of changes in the anode voltage of the light receiving element 51 according to the modification.
  • the anode of the light receiving element 51 is held at 0 V, which is the reference voltage.
  • a positive voltage VA is applied to the cathode of the light receiving element 51 . Therefore, when the light receiving element 51 detects light, an avalanche current flows and, as a result, the anode voltage rises.
  • the avalanche current stops. Thereafter, the anode voltage recovers to 0 V, and the light receiving element 51 returns to its initial state.
  • the voltage VA corresponds to the sum of the excess bias voltage VEX and the breakdown voltage VBD.
  • the excess bias voltage VEX has a correlation with the PDE as mentioned in the first embodiment.
  • the PDE is set using the voltage adjusters 331 to 334 as in the first embodiment.
  • the voltage adjustment unit 331 steps down the voltage VA supplied from the external power supply 330 so that the PDE becomes 20%.
  • the voltage adjuster 332, the voltage adjuster 333, and the voltage adjuster 334 also step down the voltage VA according to the value of the PDE of the photoelectric converter 322 to which they are connected.
  • the PDEs of the plurality of photoelectric conversion units 322 are different, as in the first embodiment.
  • the amount of saturated reflected light increases, so the dynamic range DR can be widened without increasing the number of photoelectric conversion units 322 .
  • the PDE of the photoelectric conversion unit 322 can be individually adjusted by the voltage adjustment units 331 to 334 . Thereby, the number of the second photoelectric conversion units 322b and the PDE can be freely set.
  • FIG. 13 is a diagram showing a layout example of the photoelectric conversion unit 322 within one pixel according to the second embodiment.
  • the photoelectric conversion units 322 are classified into a first photoelectric conversion unit 322a and a second photoelectric conversion unit 322b.
  • this embodiment differs from the first embodiment in the method of adjusting the PDE.
  • the aperture ratio of the second photoelectric conversion units 322b is smaller than that of the first photoelectric conversion units 322a.
  • the aperture ratio is one of indices indicating the transmittance ratio of incident light.
  • FIG. 14 is a graph showing an example of the relationship between the aperture ratio of the photoelectric conversion section 322 and the PDE.
  • the horizontal axis indicates the aperture ratio
  • the vertical axis indicates the PDE.
  • the smaller the aperture ratio the lower the PDE. Therefore, the PDE can be set by adjusting the aperture ratio.
  • the aperture ratio can be adjusted by the area of the light shielding region composed of the light shielding film 340 that shields the incident light.
  • the PDE of the second photoelectric conversion unit 322b is larger than the PDE of the first photoelectric conversion unit 322a. is also set low.
  • the second photoelectric conversion unit 322b with a lower PDE has a wider light blocking region.
  • FIG. 15 is a cross-sectional view schematically showing the structure of part of a pixel 321 according to the second embodiment.
  • the first semiconductor substrate 310 is provided with a separation film 341 that separates adjacent photoelectric conversion units.
  • the isolation film 341 is formed as an insulating film such as silicon oxide (SiO 2 ).
  • the light shielding film 340 is provided on the isolation film 341 .
  • the light shielding film 340 is made of a light shielding metal such as tungsten (W) or aluminum (Al).
  • the light shielding film 340 is covered with an antireflection film 342 .
  • the antireflection film 342 is a film for preventing reflection of light incident on the light receiving lens 31 .
  • the light shielding film 340 does not protrude inward (center side) from the separation film 341.
  • the second photoelectric conversion unit 322b the light shielding film 340 protrudes from the separation film 341 toward the inner side (center side of the second photoelectric conversion unit 322b). Therefore, the area of the opening 350 surrounded by the light shielding film 340 is narrowed. As a result, the aperture ratio of the second photoelectric conversion units 322b becomes smaller than the aperture ratio of the first photoelectric conversion units 322a.
  • the light shielding film 340 is formed such that the width w is longer for the second photoelectric conversion unit 322b having a lower PDE.
  • the first photoelectric conversion unit 322a and the second photoelectric conversion unit 322b having different PDEs can be formed in one pixel 321 by adjusting the aperture ratio of the photoelectric conversion unit 322. can be done.
  • the amount of saturated reflected light increases as in the first embodiment. Therefore, it is possible to widen the dynamic range DR without increasing the number of photoelectric conversion units 322 .
  • the first photoelectric conversion unit 322a and the second photoelectric conversion unit 322b are separately manufactured in advance according to the difference in the shape of the light shielding film 340.
  • FIG. Therefore, the voltage adjustment unit described in the first embodiment is not required, so that an increase in size of the device can be avoided.
  • a third embodiment will be described.
  • the same reference numerals are assigned to the same components as in the first embodiment described above, and detailed description thereof is omitted.
  • the PDE is collectively changed stepwise according to the photoelectric conversion results of the plurality of photoelectric conversion units 322 arranged in one pixel 321 .
  • the operation of the ranging system according to this embodiment will be described below.
  • FIG. 16A is a diagram showing the photoelectric conversion result of the photoelectric conversion unit 322 when the laser beam L1 is irradiated for the first time.
  • the laser light source 22 see FIG. 2 irradiates the subject 10 with the laser light L1
  • the light reflected by the subject 10 enters the plurality of photoelectric conversion units 322 arranged in one pixel 321 .
  • the PDEs of all the photoelectric conversion units 322 are set to 25%, for example.
  • Each photoelectric conversion unit 322 outputs a signal indicating whether photoelectric conversion has been performed (whether incident light has been detected) to the signal processing circuit 33 (see FIG. 2).
  • the TDC 33A and the histogram generation unit 33b measure the number of the photoelectric conversion units 322 that have photoelectrically converted the incident light, that is, the number of the photoelectric conversion units 322 that have detected the incident light. (See FIG. 2).
  • the control unit 40 determines whether or not the pixels 321 are saturated based on the measurement result of the signal processing circuit 33 .
  • the control unit 40 determines that the state is saturated when all the photoelectric conversion units 322 in the pixel 321 photoelectrically convert the incident light, and determines that the state is unsaturated otherwise.
  • the control unit 40 collectively lowers the PDE of all the photoelectric conversion units 322 in the pixel 321 .
  • the PDE is reset to 15%, which is lower than 25%. This widens the dynamic range of the pixel 321 .
  • control unit 40 maintains the PDEs of all the photoelectric conversion units 322 within that pixel 321 .
  • FIG. 16B is a diagram showing the photoelectric conversion result of the photoelectric conversion unit 322 when the laser beam L2 is applied for the second time.
  • the control unit 40 reduces the PDE of the photoelectric conversion unit 322, the laser light source 22 irradiates the subject 10 with the second laser light L2.
  • the intensity of the laser beam L2 is the same as the intensity of the initial laser beam L1.
  • the light reflected by the object 10 enters a plurality of photoelectric conversion units 322 arranged in one pixel 321 .
  • Each photoelectric conversion unit 322 again outputs to the signal processing circuit 33 a signal indicating whether photoelectric conversion has been performed.
  • the signal processing circuit 33 also measures the number of photoelectric conversion units 322 that have photoelectrically converted the incident light again, and outputs the measurement result to the control unit 40 . Based on the measurement results of the signal processing circuit 33, the control unit 40 again determines whether the pixels 321 are in a saturated state.
  • the dynamic range of the pixel 321 expands from the dynamic range DR1 (see FIG. 16A) to the dynamic range DR2 (see FIG. 16B). If the pixel 321 is still saturated, the PDE of the photoelectric conversion unit 322 may still be set higher than necessary. Therefore, in this case, the control unit 40 collectively further decreases the PDE of all the photoelectric conversion units 322 in the pixel 321 . For example, the PDE is reset to 10% which is lower than 15%. The dynamic range of pixel 321 is even wider.
  • control unit 40 maintains the PDEs of all the photoelectric conversion units 322 within that pixel 321 .
  • FIG. 16C is a diagram showing the photoelectric conversion result of the photoelectric conversion unit 322 when the laser beam L3 is irradiated for the third time.
  • the control unit 40 further reduces the PDE of the photoelectric conversion unit 322
  • the laser light source 22 irradiates the subject 10 with the laser light L3 for the third time.
  • the intensity of the laser beam L3 is the same as the intensity of the initial laser beam L1.
  • the light reflected by the object 10 enters a plurality of photoelectric conversion units 322 arranged in one pixel 321 .
  • Each photoelectric conversion unit 322 again outputs to the signal processing circuit 33 a signal indicating whether photoelectric conversion has been performed.
  • the signal processing circuit 33 also measures the number of photoelectric conversion units 322 that have photoelectrically converted the incident light again, and outputs the measurement result to the control unit 40 . Based on the measurement results of the signal processing circuit 33, the control unit 40 again determines whether the pixels 321 are in a saturated state.
  • the dynamic range of the pixel 321 further expands from the dynamic range DR2 (see FIG. 16B) to the dynamic range DR3 (see FIG. 16C). If the pixel 321 is still saturated, the PDE of the photoelectric conversion unit 322 may still be set higher than necessary. Therefore, in this case, the control unit 40 collectively further decreases the PDE of all the photoelectric conversion units 322 in the pixel 321 .
  • control unit 40 maintains the PDEs of all the photoelectric conversion units 322 within that pixel 321 .
  • the PDEs of all the photoelectric conversion units 322 in the pixel 321 are collectively adjusted in conjunction with laser light irradiation until the pixel 321 reaches the unsaturated state.
  • a collective adjustment method for PDEs according to this embodiment will be described below.
  • FIG. 17 is a diagram for explaining an example of a PDE collective adjustment method according to the third embodiment.
  • switch 400 is used to adjust the PDE.
  • One end of the switch 400 is connected to each of the plurality of external power sources 410a to 410c.
  • the output voltages of the external power supplies 410a to 410c are different from each other.
  • the other end of the switch 400 is connected to each of the photoelectric conversion units 322 .
  • Output voltages from the external power sources 410 a to 410 c are applied to the anode or cathode of the light receiving element 51 via the switch 400 .
  • the switch 400 Based on the control signal S from the control unit 40, the switch 400 changes the voltage applied to the light receiving element 51 of each photoelectric conversion unit 322 from the output voltage of one of the external power sources 410a to 410c to the other. switch to the output voltage of the external power supply.
  • each photoelectric conversion unit 322 has the circuit configuration shown in FIG. 5 and that the first laser light L1 is applied while a voltage is applied to the cathode of the light receiving element 51 from the external power supply 410a.
  • the switch 400 switches the connection destination of the photoelectric conversion unit 322 from the external power supply 410a to the external power supply 410b.
  • the output voltage of external power supply 410b is lower than the output voltage of external power supply 410a. Therefore, the voltage applied to the cathode of the light receiving element 51 is lowered. In this case, the excess bias voltage VEX also drops, so the PDE drops.
  • the switch 400 switches the connection destination of the photoelectric conversion unit 322 from the external power supply 410b to the external power supply 410c.
  • the output voltage of external power supply 410c is lower than the output voltage of external power supply 410b. Therefore, the voltage applied to the cathode of the light-receiving element 51 is further lowered, and the PDE is also further lowered.
  • the PDE adjustment method is not limited to the method shown in FIG.
  • FIG. 18 is a diagram for explaining another example of the PDE collective adjustment method according to the third embodiment.
  • the method shown in FIG. 18 can adjust the PDE in two stages by using transistor 500 and switch 501 .
  • the transistor 500 is, for example, an N-channel MOS transistor, and is provided between the cathode of the light receiving element 51 and the current source 52 .
  • the transistor 500 has a drain connected to the current source 52 and a source connected to the cathode of the light receiving element 51 .
  • a voltage VB is applied to the gate of the transistor 500 .
  • a switch 501 is connected in parallel with the transistor 500 . Switch 501 is turned on and off based on control signal S input from control unit 40 .
  • the switch 501 When the photoelectric conversion unit 322 is in the initial state, the switch 501 is on. In this case, the excess bias voltage VEX is the voltage VE applied to the cathode of the light receiving element via the first terminal 61 . When it is determined that the pixel 321 is in the saturated state when the switch 501 is in the ON state, the switch 501 switches from the ON state to the OFF state based on the control signal S from the control unit 40 .
  • the excess bias voltage VEX becomes a voltage obtained by subtracting the voltage VGS from the voltage VB.
  • voltage VB is the voltage applied to the gate of transistor 500 as described above.
  • Voltage VGS is the voltage between the gate and source of transistor 500 .
  • a voltage obtained by subtracting the voltage VGS from the voltage VB is lower than the voltage VE. Therefore, the excess bias voltage VEX is lower than when the switch 501 is on. This also lowers the PDE.
  • the transistor 500 and the switch 501 are provided between the anode of the light receiving element and the current source 52 . Also in this case, switching the switch 501 from the on state to the off state lowers the excess bias voltage VEX, so that the PDE can be lowered.
  • control unit 40 determines the saturation state of the pixels 321 each time the laser light is irradiated. As a result, when it is determined that the pixel 321 is saturated, the PDEs of all the photoelectric conversion units 322 in the pixel 321 are lowered collectively. By actively changing the PDE in this way, it is possible to widen the dynamic range DR without increasing the number of photoelectric conversion units 322 .
  • FIG. 19 is a diagram showing a layout example of the photoelectric conversion unit 322 within one pixel according to the fourth embodiment.
  • the photoelectric conversion units 322 are classified into a first photoelectric conversion unit 322a and a second photoelectric conversion unit 322b, as in the second embodiment.
  • the PDE of the first photoelectric conversion unit 322a is set to 20%
  • the PDE of the second photoelectric conversion unit 322b is set to 2% and 0.2%. Therefore, the difference in PDE between the first photoelectric conversion unit 322a and the second photoelectric conversion unit 322b is ten times or more.
  • the difference in PDE in the second photoelectric conversion unit 322b is ten times or more.
  • FIG. 20 is a cross-sectional view schematically showing the structure of part of the pixel 321 in the fourth embodiment.
  • the same components as those of the second embodiment shown in FIG. 15 are denoted by the same reference numerals, and overlapping descriptions are omitted.
  • the optical filter 34 is provided on the surface of the light receiving lens 31 .
  • the optical filter 34 is an ND (Neutral Density) filter that attenuates incident light.
  • the optical filter 34 is attached to the top surface and the bottom surface of the light receiving lens 31, but the attachment location of the optical filter 34 is appropriately adjusted according to the set value of the PDE.
  • the optical filter 34 may be provided only on the top surface of the light receiving lens 31, and in the second photoelectric conversion unit 322b, the optical filter 34 may be provided on the top surface and the bottom surface of the light receiving lens 31. . That is, the optical filter 34 may be provided on at least one of the top surface and the bottom surface of the light receiving lens according to the set value of the PDE.
  • the transmittance of the optical filter 34 may be changed according to the set value of the PDE.
  • the transmittance of the optical filter 34 of the second photoelectric conversion unit 322b whose PDE is set to 2% is the transmittance of the optical filter 34 of the second photoelectric conversion unit 322b whose PDE is set to 0.2%. make higher than Thereby, photoelectric conversion with different PDEs can be formed in the second photoelectric conversion unit 322b.
  • the optical filter 34 is also provided in the light receiving lens 31 of the first photoelectric conversion unit 322a.
  • the optical filter 34 may be provided only on the light receiving lens 31 of the second photoelectric conversion section 322b.
  • the PDE of the first photoelectric conversion unit 322a can be set higher than the PDE of the second photoelectric conversion unit 322b.
  • the optical filter 34 can form the first photoelectric conversion unit 322a and the second photoelectric conversion unit 322b with different PDEs in one pixel 321.
  • the amount of saturated reflected light increases as in the first embodiment. Therefore, it is possible to widen the dynamic range DR without increasing the number of photoelectric conversion units 322 .
  • the difference in PDE between the first photoelectric conversion unit 322a and the second photoelectric conversion unit 322b is ten times or more. Therefore, it is possible to further expand the dynamic range DR compared to the other embodiments described above.
  • 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. 21 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.
  • vehicle control system 12000 includes drive system control unit 12010 , body system control unit 12020 , vehicle exterior information detection unit 12030 , vehicle interior information detection unit 12040 , and integrated control unit 12050 .
  • a microcomputer 12051 , an audio/image output unit 12052 , and an in-vehicle network I/F (Interface) 12053 are illustrated as the functional configuration of the integrated control unit 12050 .
  • 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. 22 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. 22 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 range 1211212113 indicates the imaging ranges of the imaging units 12102 and 12103 provided in the side mirrors
  • the imaging range 12114 indicates the imaging range of the rear bumper or
  • the imaging range of the imaging unit 12104 provided in the 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.
  • the technology according to the present disclosure can be applied, for example, to the imaging unit 12031 among the configurations described above.
  • the photodetector 30 can be applied to the imaging unit 12031 .
  • this technique can take the following structures. (1) having a plurality of photoelectric conversion units that are arranged in one pixel and photoelectrically convert incident light; The photodetector, wherein the plurality of photoelectric conversion units includes at least one first photoelectric conversion unit and at least one second photoelectric conversion unit having a lower sensitivity to the incident light than the first photoelectric conversion unit. (2) The photodetector according to (1), wherein the sensitivity is different among the plurality of second photoelectric conversion units. (3) The photodetector according to (1) or (2), wherein the number of the second photoelectric conversion units is smaller than the number of the first photoelectric conversion units.
  • the first photoelectric conversion unit has a first avalanche photodiode;
  • the photodetector according to (5) which is also low.
  • the second voltage is the first voltage
  • the photodetector according to (5) which is higher than (8)
  • (14) further comprising a switch connected to a plurality of external power supplies with different output voltages;
  • the switch converts the voltage to be applied to the plurality of photoelectric conversion units from the output voltage of one of the plurality of external power sources to the output voltage of another external power source according to the photoelectric conversion results of the plurality of photoelectric conversion units.
  • each of the plurality of photoelectric conversion units includes an avalanche photodiode, a transistor connected to the avalanche photodiode, and a switch connected in parallel with the transistor;
  • a light-receiving lens that collects the incident light onto the plurality of photoelectric conversion units; an optical film provided on the surface of the light-receiving lens and attenuating the incident light according to the sensitivity setting;
  • the photodetector according to (1) or (2) further comprising: (17) The photodetector according to (16) or (17), wherein the sensitivity of the first photoelectric conversion unit is ten times or more higher than the sensitivity of the second photoelectric conversion unit.
  • Each pixel has a plurality of photoelectric conversion units that photoelectrically convert incident light, and the plurality of photoelectric conversion units includes at least one first photoelectric conversion unit and a sensitivity to the incident light of the above-described level.

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Abstract

［課題］光電変換部の数を増やすことなくダイナミックレンジを広げることが可能な光検出装置を提供する。 ［解決手段］本開示の一実施形態に係る光検出装置は、１画素に配置され、入射光を光電変換する複数の光電変換部を備える。複数の光電変換部は、少なくとも１つの第１光電変換部と、入射光に対する感度が第１光電変換部よりも低い少なくとも１つの第２光電変換部と、を含む。

Description

光検出装置および測距システム
　本開示は、光検出装置および測距システムに関する。
　被写体までの距離を測定する方法として、ＴｏＦ(Time of Flight）法が用いられる。ＴｏＦ法では、光源から出射された光が被写体で反射され、反射光が光電変換される。続いて、光を出射してから反射光を光電変換するまでの時間に基づいて、被写体までの距離が計測される。
　ＴｏＦ法を用いた測距システムには、一般的に、上記反射光を光電変換する光検出装置が設けられている。光検出装置には、１つの画素に複数の光電変換部が設けられたものがある。このような光検出装置では、１画素当たりの光電変換部の数を増やすと、ダイナミックレンジが広くなる。その一方で、チップサイズや消費電力が増加することが想定される。
特開２０１９－１９０８９２号公報
　本開示は、光電変換部の数を増やすことなくダイナミックレンジを広げることが可能な光検出装置および測距システムを提供する。
　本開示の一実施形態に係る光検出装置は、１画素に配置され、入射光を光電変換する複数の光電変換部を備える。複数の光電変換部は、少なくとも１つの第１光電変換部と、入射光に対する感度が第１光電変換部よりも低い少なくとも１つの第２光電変換部と、を含む。
　複数の前記第２光電変換部間で、前記感度が互いに異なっていてもよい。
　前記第２光電変換部の数は、前記第１光電変換部の数よりも少なくてもよい。
　前記第１光電変換部が、第１アバランシェフォトダイオードを有し、
　前記第２光電変換部が、第２アバランシェフォトダイオードを有していてもよい。
　前記第１アバランシェフォトダイオードに印加される第１電圧が、前記第２アバランシェフォトダイオードに印加される第２電圧と異なっていてもよい。
　前記第１電圧が前記第１アバランシェフォトダイオードのカソードに印加されるとともに、前記第２電圧が前記第２アバランシェフォトダイオードのカソードに印加される場合、第２電圧は前記第１電圧よりも低くてもよい。
　前記第１電圧が前記第１アバランシェフォトダイオードのアノードに印加されるとともに、前記第２電圧が前記第２アバランシェフォトダイオードのアノードに印加される場合、前記第２電圧は前記第１電圧よりも高くてもよい。
　前記第１電圧を前記第２電圧に調整する電圧調整部をさらに備えていてもよい。
　前記第２光電変換部の開口率が、前記第１光電変換部の開口率よりも小さくてもよい。
　前記第２光電変換部における前記入射光の遮光領域が、前記第１光電変換部における前記入射光の遮光領域よりも広くてもよい。
　前記遮光領域に設けられた遮光膜をさらに備えていてもよい。
　また、本開示の一実施形態に係る他の光検出装置は、１画素に配置され、入射光を光電変換する複数の光電変換部を備える。複数の光電変換部の光電変換の結果に応じて、複数の光電変換部の入射光に対する感度が、段階的に一括して低下する。
　前記複数の光電変換部の全てが前記入射光を光電変換した場合に、前記感度は、段階的に一括して低下してもよい。
　出力電圧が互いに異なる複数の外部電源に接続されるスイッチをさらに備え、
　前記スイッチは、前記複数の光電変換部の光電変換の結果に応じて、前記複数の光電変換部に印加する電圧を、前記複数の外部電源のうちの一の外部電源の出力電圧から他の外部電源の出力電圧に切り替えてもよい。
　前記複数の光電変換部の各々が、アバランシェフォトダイオードと、前記アバランシェフォトダイオードに接続されるトランジスタと、前記トランジスタと並列に接続されるスイッチと、を含み、
　前記スイッチは、前記アバランシェフォトダイオードの光電変換の結果に応じて、オンおよびオフしてもよい。
　前記光検出装置は、
　前記入射光を前記複数の光電変換部に集光する受光レンズと、
　前記受光レンズの表面に設けられ、前記感度の設定値に応じて前記入射光を減衰させる光学フィルムと、
をさらに備えていてもよい。
　前記第１光電変換部の前記感度が、前記第２光電変換部の前記感度よりも１０倍以上高くてもよい。
　本開示の一実施形態に係る測距システムは、１画素に配置され、入射光を光電変換する複数の光電変換部を有し、前記複数の光電変換部は、少なくとも１つの第１光電変換部と、前記入射光に対する感度が前記第１光電変換部よりも低い少なくとも１つの第２光電変換部と、を含む光検出装置と、
　前記光検出装置の出力信号を処理する信号処理回路と、を備える。
　本開示の一実施形態に係る他の測距システムは、１画素に配置され、入射光を光電変換する複数の光電変換部を有し、前記複数の光電変換部の光電変換の結果に応じて、前記複数の光電変換部の前記入射光に対する感度が、段階的に一括して低下する光検出装置と、
　前記光検出装置の出力信号を処理する信号処理回路と、を備える。
第１実施形態に係る測距システムによる測距方法を説明するための図である。 測距システムの構成の一例を示すブロック図である。 光センサの概略的な平面図である。 第１実施形態の１画素内における光電変換部のレイアウト例を示す図である。 第１光電変換部の回路構成の一例を示す図である。 第１実施形態に係る光電変換部のレイアウトの一例を示す斜視図である。 第１実施形態に係る受光素子のカソード電圧の変化の一例を示す。 受光素子のエクセスバイアス電圧ＶＥＸとＰＤＥとの関係の一例を示すグラフである。 第１実施形態における電源回路の構成例を示すブロック図である。 比較例における１画素分のダイナミックレンジの特性を示す図である。 第１実施形態における１画素分のダイナミックレンジの特性を示す図である。 第１実施形態の変形例に係る光電変換部の回路構成の一例を示す図である。 変形例に係る受光素子のアノード電圧の変化の一例を示す。 第２実施形態の１画素内における光電変換部のレイアウト例を示す図である。 光電変換部の開口率とＰＤＥとの関係の一例を示すグラフである。 第２実施形態における画素の一部の構造を概略的に示す断面図である。 初回のレーザ光Ｌを照射したときの光電変換部の光電変換の結果を示す図である。 ２回目のレーザ光を照射したときの光電変換部の光電変換の結果を示す図である。 ３回目のレーザ光を照射したときの光電変換部の光電変換の結果を示す図である。 第３実施形態におけるＰＤＥの一括調整方法の一例を説明するための図である。 第３実施形態におけるＰＤＥの一括調整方法の他の一例を説明するための図である。 第４実施形態の１画素内における光電変換部のレイアウト例を示す図である。 は、第４実施形態における画素の一部の構造を簡略的に示す断面図である。 車両制御システムの概略的な構成の一例を示すブロック図である。 車外情報検出部および撮像部の設置位置の一例を示す説明図である。
　（第１実施形態）
　図１は、第１実施形態に係る測距システムによる測距方法を説明するための図である。本実施形態に係る測距システム１は、測定対象物である被写体１０までの測距方法として、被写体１０に向けて照射した光（例えば、レーザ光）が、当該被写体１０で反射されて戻ってくるまでの時間を測定するＴＯＦ（time of flight：飛行時間）法を採用している。
　図２は、測距システム１の構成の一例を示すブロック図である。上記ＴＯＦ法による測距を実現するために、本実施形態に係る測距システム１は、光源装置２０、光検出装置３０、および制御部４０を備える。
　光源装置２０は、例えば、レーザドライバ２１、レーザ光源２２、および、拡散レンズ２３を有する。レーザドライバ２１は、制御部４０による制御の下に、レーザ光源２２を駆動する。レーザ光源２２は、例えば半導体レーザで構成され、レーザドライバ２１によって駆動されることによりレーザ光を出射する。拡散レンズ２３は、レーザ光源２２から出射されたレーザ光を拡散し、被写体１０に向けて照射する。
　光検出装置３０は、受光レンズ３１、光センサ３２、および、信号処理回路３３を有し、光源装置２０による照射レーザ光が被写体１０で反射されて戻ってくる反射レーザ光を入射光として受光する。受光レンズ３１は、被写体１０からの反射レーザ光を光センサ３２の受光面上に集光する。光センサ３２は、受光レンズ３１を経た被写体１０からの反射レーザ光を画素単位で受光し、光電変換する。信号処理回路３３は、ＴＤＣ（Time to Digital Converter）３３１およびヒストグラム生成部３３ｂを有する。
　ＴＤＣ３３Ａは、光センサ３２の出力信号の電圧レベルの遷移タイミングの発生時刻をデジタル変換する。ヒストグラム生成部３３ｂは、ＴＤＣ３３Ａで変換されたデジタル値の取得回数、すなわち、光センサ３２の反応回数を計測する。ＴＤＣ３３Ａによるデジタル変換は、複数回実行されるため、ヒストグラム生成部３３ｂで生成されたヒストグラムは、光センサ３２で複数回計測された反応回数を積算したものとなる。
　制御部４０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit：中央処理ユニット）等によって構成され、光源装置２０および光検出装置３０を制御するとともに、光源装置２０から被写体１０に向けて照射したレーザ光が、当該被写体１０で反射されて戻ってくるまでの時間ｔの計測を行う。この時間ｔを基に、被写体１０までの距離Ｌを求めることができる。時間計測の方法としては、光源装置２０からパルス光を照射したタイミングでタイマをスタートさせ、光検出装置３０が当該パルス光を受光したタイミングでタイマをストップし、時間ｔを計測する。ヒストグラム生成部３３ｂで生成されたヒストグラムのピークを検出することで時間ｔを計測する。
　図３は、光センサ３２の概略的な平面図である。本実施形態では、光センサ３２は、複数の画素３２１を２次元アレイ状に配置した２次元アレイセンサ（いわゆる、エリアセンサ）である。なお、光センサ３２は、複数の画素３２１を直線状に配置した１次元アレイセンサ（いわゆる、ラインセンサ）であってもよい。複数の画素３２１の各々には、複数の光電変換部３２２が２次元アレイ状に配置されている。被写体１０で反射した光が各光電変換部３２２に入射されると、各光電変換部３２２は、受光した入射光を光電変換する。
　図４は、第１実施形態の１画素内における光電変換部３２２のレイアウト例を示す図である。本実施形態では、１つの画素３２１内に設けられた複数の光電変換部３２２は、少なくとも１つの第１光電変換部３２２ａと、少なくとも１つの第２光電変換部３２２ｂとに区別される。図４に示す画素３２１には、１２個の第１光電変換部３２２ａと、４個の第２光電変換部３２２ｂとが混在して配置されている。第１光電変換部３２２ａのＰＤＥ（Photon Detection Efficiency）は、２５％である。一方、第２光電変換部３２２ｂのＰＤＥは、第１光電変換部３２２ａよりも低い５％～２０％である。ここで、ＰＤＥは、入射光に対する各光電変換部の感度の指標の一つであり、例えば入射光子数に対する検出光子数を計算することによって求めることができる。
　なお、図４では、第１光電変換部３２２ａは、画素３２１の外周領域に配置され、第２光電変換部３２２ｂは、画素３２１の中央領域に配置されている。しかし、画素３２１内における第１光電変換部３２２ａおよび第２光電変換部３２２ｂのそれぞれの位置は、特に制限されない。
　また、図４では、ＰＤＥが互いに異なる４個の第２光電変換部３２２ｂが配置されている。しかし、第２光電変換部３２２ｂのＰＤＥは、第１光電変換部３２２ａのＰＤＥより低ければよいため、複数の第２光電変換部３２２ｂのＰＤＥが全て同じであってもよい。さらに、第２光電変換部３２２ｂの数も４個に制限されない。ただし、第２光電変換部３２２ｂの数が増加するにつれて、画素３２１の感度が低下する。そのため、第２光電変換部３２２ｂの数は、第１光電変換部３２２ａの数よりも少ないことが望ましい。
　図５は、第１光電変換部３２２ａの回路構成の一例を示す図である。なお、第２光電変換部３２２ｂの回路構成は、第１光電変換部３２２ａの回路構成と同じであるため、説明を省略する。
　図５に示す第１光電変換部３２２ａは、受光素子５１と、電流源５２と、クエンチトランジスタ５３と、トランジスタ５４と、トランジスタ５５と、を有する。
　受光素子５１は、例えば、ＳＰＡＤ（Single Photon Avalanche Diode：単一光子アバランシェダイオード）に代表されるアバランシェフォトダイオードである。受光素子５１のカソードは、電流源５２を介して第１端子６１に接続されている。受光素子５１のカソードには、正電圧ＶＥが第１端子６１を介して印加される。受光素子５１のアノードは、第２端子６２に接続されている。受光素子５１のアノードには、アバランシェ増倍が発生する負電圧ＶＡが第２端子６２を介して印加される。
　電流源５２は、第１端子６１と受光素子５１のカソードの間に設けられている。電流源５２によって、受光素子５１は、充電される。
　クエンチトランジスタ５３は、例えばＮチャネル型ＭＯＳトランジスタで構成されている。クエンチトランジスタ５３のドレインは、受光素子５１のアノードおよび電流源５２に接続され、ソースは接地されている。所定の信号がクエンチトランジスタ５３のゲートに入力されると、受光素子５１のカソード電圧は、基準電圧である０Ｖに強制的に設定される。この場合、受光素子５１の光検出機能が低下する。そのため、受光素子５１に光子が入射していないにも関わらず、再度アバランシェ増倍が発生するアフターパルス等の誤検出を回避することができる。
　トランジスタ５４は例えばＰチャネル型ＭＯＳトランジスタで構成され、トランジスタ５５は例えばＮチャネル型ＭＯＳトランジスタで構成される。各トランジスタのゲートは、受光素子５１のカソードに接続されている。トランジスタ５４のソースには、電源電圧ＶＤＤが印加される。トランジスタ５５のソースは、接地されている。トランジスタ５４およびトランジスタ５５のドレインからは、受光素子５１のカソード電圧に基づいて生成されたアナログ形式の画素信号が出力される。
　図６は、本実施形態に係る光電変換部３２２のレイアウトの一例を示す斜視図である。光電変換部３２２は、第１半導体基板３１０と、第１半導体基板３１０の下側に積層される第２半導体基板３２０とに分散して配置される。第１半導体基板３１０および第２半導体基板３２０は、ビア（ＶＩＡ）、Ｃｕ－Ｃｕ接合、バンプなどの接続部を介して電気的に接続される。すなわち、第１半導体基板３１０および第２半導体基板３２０は、ＣｏＣ（Chip on Chip）方式、ＣｏＷ（Chip on Wafer）方式、又はＷｏＷ（Wafer on Wafer）方式のいずれかで貼り合わされる。
　第１半導体基板３１０の受光面３１１には、各光電変換部の受光素子５１が、２次元アレイ状に配置されている。一方、第２半導体基板３２０は、第１半導体基板３１０と対向する面の一部に読み出し領域３２０ａを有する。この読み出し領域３２０ａには、各光電変換部の受光素子５１を除く構成素子、すなわち、電流源５２、クエンチトランジスタ５３、トランジスタ５４、およびトランジスタ５５が配置される。さらに、読み出し領域３２０ａの周辺には、上述した信号処理回路３３や制御部４０が配置される。
　なお、第１光電変換部３２２ａおよび第２光電変換部３２２ｂのレイアウトは、図６に示す例に限定されない。例えば、電流源５２、クエンチトランジスタ５３、トランジスタ５４、およびトランジスタ５５も、受光素子５１と同じ第１半導体基板３１０に配置されてもよい。
　図７は、第１実施形態に係る受光素子５１のカソード電圧の変化の一例を示す。初期状態では、受光素子５１のカソードは、電圧ＶＥに保持されている。受光素子５１が光子を検出すると、アバランシェ電流が流れるため、カソード電圧が低下する。受光素子５１のアノードとカソードとの電位差がブレークダウン電圧ＶＢＤに達すると、アバランシェ電流が停止する。その後、受光素子５１は、電流源５２によって充電されるため、カソード電圧は、電圧ＶＥまで回復し、再び初期状態に戻る。ブレークダウン電圧ＶＢＤよりも大きな過剰電圧は、エクセスバイアス電圧ＶＥＸと呼ばれる。エクセスバイアス電圧ＶＥＸは、ＰＤＥに対して相関性を有する。
　図８は、受光素子５１のエクセスバイアス電圧ＶＥＸとＰＤＥとの関係の一例を示すグラフである。図８では、横軸は、エクセスバイアス電圧ＶＥＸを示し、縦軸はＰＤＥを示す。
　図８に示すように、エクセスバイアス電圧ＶＥＸが小さいと、ＰＤＥは低くなる。そのため、エクセスバイアス電圧ＶＥＸを調整することによって、ＰＤＥを設定できる。エクセスバイアス電圧ＶＥＸは、図７に示すように、受光素子５１のカソードに印加される電圧ＶＥまたは受光素子５１のアノードに印加される電圧ＶＡに応じて変化する。
　電圧ＶＡを固定する一方で電圧ＶＥを、例えば３Ｖから２Ｖのように下げると、エクセスバイアス電圧ＶＥＸが小さくなるため、ＰＤＥは低くなる。また、電圧ＶＥを固定する一方で電圧ＶＡを、例えば－２０Ｖから－１５Ｖのように上げると、エクセスバイアス電圧ＶＥＸは小さくなる。この場合も、ＰＤＥは低くなる。このように、受光素子５１のアノードまたはカソードに印加する電圧を個別に調整することによって、１つの画素３２１内に、ＰＤＥが異なる複数の光電変換部３２２を配置することができる。
　図９は、本実施形態における電源回路の構成例を示すブロック図である。本実施形態では、図８に示すように、光検出装置３０が電圧調整部３３１～電圧調整部３３４をさらに備える。電圧調整部３３１～電圧調整部３３４は、第２光電変換部３２２ｂの第１端子６１または第２端子６２と、外部電源３３０との間にそれぞれ配置される。
　電圧調整部３３１は、外部電源３３０から供給された電圧を、ＰＤＥが２０％になる電圧に調整する。外部電源３３０は、受光素子５１のアノードに電圧ＶＡを供給する負電源、またはカソードに電圧ＶＥを供給する正電源である。外部電源３３０が負電源である場合には、電圧調整部３３１は、受光素子５１のＰＤＥが２０％になるように、電圧ＶＡを昇圧する。一方、外部電源３３０が正電源である場合には、電圧調整部３３１は、第２光電変換部３２２ｂのＰＤＥが２０％になるように、電圧ＶＥを降圧する。電圧調整部３３２、電圧調整部３３３、および電圧調整部３３４も、接続先の第２光電変換部３２２ｂのＰＤＥの値に応じて電圧ＶＡを昇圧するか、または電圧ＶＥを降圧する。
　各電圧調整部は、外部電源３３０の種類に応じて、昇圧回路または降圧回路を有する。昇圧回路および降圧回路の構成は、特に制限されないが、光検出装置３０の大型化を抑制するために、素子数は少ない方が望ましい。例えば、降圧回路は、１つの抵抗素子で構成されていてもよい。
　図１０Ａは、比較例における１画素分のダイナミックレンジの特性を示す図である。図１０Ｂは、第１実施形態における１画素分のダイナミックレンジの特性を示す図である。図１０Ａおよび図１０Ｂでは、横軸は、被写体１０で反射した反射光の光量を示す。一方、縦軸は、反射光を検出して光電変換した光電変換部の数を示す。
　比較例の１つ画素３２１には、１６個の光電変換部３２２が４行４列に配置されている。また、光電変換部３２２のＰＤＥは、全て２５％に設定されている。そのため、図１０Ａに示すように、反射光量が飽和反射光量に達するまで、反射光を光電変換する光電変換部３２２の数は、直線状に、換言すると正比例で増加する。
　これに対し、本実施形態の１つの画素３２１には、比較例と同じく、１６個の光電変換部３２２が４行４列に配置されている。その一方で、本実施形態では、光電変換部３２２のＰＤＥは、５％～２５％の範囲内に設定されている。すなわち、１６個の光電変換部３２２の中に、ＰＤＥが異なる第１光電変換部３２２ａおよび第２光電変換部３２２ｂが混在している。そのため、図１０Ｂに示すように、反射光量が飽和反射光量に達するまで、反射光を光電変換する光電変換部３２２の数は、曲線状に増加する。これにより、本実施形態の飽和反射光量は、比較例の飽和反射光量よりも大きくなる。
　したがって、上述した本実施形態によれば、光電変換部３２２の数を増やすことなくダイナミックレンジＤＲを広げることが可能となる。ダイナミックレンジＤＲが広がることによって、測距可能な範囲が広がるため、測距性能を向上させることが可能となる。
　また、本実施形態では、電圧調整部３３１～電圧調整部３３４で光電変換部３２２のＰＤＥを個別に調整できる。これにより、第２光電変換部３２２ｂの数やＰＤＥを自由に設定することができる。
　（変形例）
　図１１は、第１実施形態の変形例に係る光電変換部３２２の回路構成の一例を示す図である。上述した第１実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。
　第１実施形態（図５参照）と比較すると、本変形例では、受光素子５１のアノードが、電流源５２、クエンチトランジスタ５３のドレイン、およびトランジスタ５４、５５のゲートに接続されている。受光素子５１のカソードには、正の電圧ＶＡが第２端子６２を介して印加される。また、クエンチトランジスタ５３は、Ｐチャネル型ＭＯＳトランジスタで構成されている。クエンチトランジスタ５３のソースには、電源電圧ＶＤＤが印加される。本変形例では、受光素子５１のアノードの電圧変化を示す信号が、トランジスタ５４、５５のドレインから出力される。
　図１２は、変形例に係る受光素子５１のアノード電圧の変化の一例を示す。初期状態では、受光素子５１のアノードは、基準電圧である０Ｖに保持されている。このとき、受光素子５１のカソードには、正の電圧ＶＡが印加されている。そのため、受光素子５１が光を検出すると、アバランシェ電流が流れ、その結果、アノード電圧が上昇する。
　その後、受光素子５１のアノードとカソードとの電位差がブレークダウン電圧ＶＢＤに達すると、アバランシェ電流が停止する。その後、アノード電圧は０Ｖまで回復し、受光素子５１は再び初期状態に戻る。
　本変形例では、電圧ＶＡは、エクセスバイアス電圧ＶＥＸとブレークダウン電圧ＶＢＤとを加算した電圧に相当する。エクセスバイアス電圧ＶＥＸは、第１実施形態で接した通り、ＰＤＥに対して相関性を有する。図１２に示すグラフでは、電圧ＶＡを下げると、ブレークダウン電圧ＶＢＤが下側にシフトするため、結果的にエクセスバイアス電圧ＶＥＸが小さくなる。そのため、第１実施形態と同様に、電圧調整部３３１～電圧調整部３３４を用いてＰＤＥを設定する。
　電圧調整部３３１は、外部電源３３０から供給された電圧ＶＡを、ＰＤＥが２０％になるように降圧する。電圧調整部３３２、電圧調整部３３３、および電圧調整部３３４も、接続先の光電変換部３２２のＰＤＥの値に応じて電圧ＶＡを降圧する。
　以上説明した本変形例においても、第１実施形態と同じく、複数の光電変換部３２２のＰＤＥが異なる。これにより、飽和反射光量が増加するため、光電変換部３２２の数を増やすことなくダイナミックレンジＤＲを広げることが可能となる。
　さらに、本変形例においても、電圧調整部３３１～電圧調整部３３４で光電変換部３２２のＰＤＥを個別に調整できる。これにより、第２光電変換部３２２ｂの数やＰＤＥを自由に設定することができる。
　（第２実施形態）
　図１３は、第２実施形態の１画素内における光電変換部３２２のレイアウト例を示す図である。本実施形態では、第１実施形態と同様に、光電変換部３２２は、第１光電変換部３２２ａおよび第２光電変換部３２２ｂに区別される。ただし、本実施形態では、ＰＤＥを調整する方法が、第１実施形態と異なる。本実施形態では、第２光電変換部３２２ｂの開口率が、第１光電変換部３２２ａの開口率よりも小さい。ここで、開口率とは、入射光の透過割合を示す指標の一つである。
　図１４は、光電変換部３２２の開口率とＰＤＥとの関係の一例を示すグラフである。図１４では、横軸は開口率を示し、縦軸はＰＤＥを示す。図１４に示すように、開口率が小さいと、ＰＤＥは低くなる。そのため、開口率を調整することによって、ＰＤＥを設定できる。
　本実施形態では、図１３に示すように、開口率は、入射光を遮光する遮光膜３４０で構成される遮光領域の面積で調整することができる。本実施形態では、第２光電変換部３２２ｂの遮光領域を、第１光電変換部３２２ａの遮光領域よりも広くすることによって、第２光電変換部３２２ｂのＰＤＥを第１光電変換部３２２ａのＰＤＥよりも低く設定している。また、本実施形態のように、第２光電変換部３２２ｂのＰＤＥが複数設定される場合には、ＰＤＥが低く設定された第２光電変換部３２２ｂほど、遮光領域が広くなっている。
　図１５は、第２実施形態における画素３２１の一部の構造を簡略的に示す断面図である。本実施形態では、互いに隣接する光電変換部を分離する分離膜３４１が第１半導体基板３１０に設けられている。分離膜３４１は、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ２）等の絶縁膜として形成される。
　遮光膜３４０は、分離膜３４１上に設けられている。遮光膜３４０は、例えばタングステン（Ｗ）やアルミニウム（Ａｌ）等の遮光性を有する金属で形成されている。遮光膜３４０は、反射防止膜３４２に覆われている。反射防止膜３４２は、受光レンズ３１に入射した光が、反射することを防止するための膜である。
　本実施形態では、図１５に示すように、第１光電変換部３２２ａでは、遮光膜３４０は、分離膜３４１から内側（中心側）にはみ出ていない。一方、第２光電変換部３２２ｂでは、遮光膜３４０が、分離膜３４１から内側（第２光電変換部３２２ｂの中心側）にはみ出している。そのため、遮光膜３４０に囲まれる開口部３５０の面積が狭くなる。その結果、第２光電変換部３２２ｂの開口率は、第１光電変換部３２２ａの開口率よりも小さくなる。
　また、分離膜３４１からはみ出した幅ｗが長くなるにつれて、遮光領域が広くなり、これにより開口率が小さくなる。そのため、ＰＤＥが低い第２光電変換部３２２ｂほど、上記幅ｗが長くなるように遮光膜３４０が形成される。
　以上説明した本実施形態によれば、光電変換部３２２の開口率を調整することによって、１つの画素３２１内に、ＰＤＥが異なる第１光電変換部３２２ａおよび第２光電変換部３２２ｂを形成することができる。これにより、第１実施形態と同様に、飽和反射光量が増加する。よって、光電変換部３２２の数を増やすことなくダイナミックレンジＤＲを広げることが可能となる。
　また、本実施形態では、遮光膜３４０の形状の違いによって、第１光電変換部３２２ａと第２光電変換部３２２ｂとを予め作り分けている。そのため、第１実施形態で説明した電圧調整部が不要になるので、装置の大型化を回避することができる。
　（第３実施形態）
　第３実施形態について説明する。上述した第１実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。本実施形態では、１画素３２１に配置された複数の光電変換部３２２の光電変換の結果に応じて、ＰＤＥが、段階的に一括して変化する。以下に、本実施形態に係る測距システムの動作について説明する。
　図１６Ａは、初回のレーザ光Ｌ１を照射したときの光電変換部３２２の光電変換の結果を示す図である。まず、レーザ光源２２（図２参照）がレーザ光Ｌ１を被写体１０に向けて照射すると、被写体１０で反射した光が、１画素３２１に配置された複数の光電変換部３２２に入射する。このとき、全ての光電変換部３２２のＰＤＥは、例えば２５％に設定されている。
　各光電変換部３２２は、光電変換をしたか否か（入射光を検出したか否か）を示す信号を信号処理回路３３（図２参照）へ出力する。信号処理回路３３では、ＴＤＣ３３Ａおよびヒストグラム生成部３３ｂが、入射光を光電変換した光電変換部３２２の数、すなわち、入射光を検出した光電変換部３２２の数を計測し、計測結果を制御部４０（図２参照）へ出力する。
　制御部４０は、信号処理回路３３の計測結果に基づいて、画素３２１が飽和状態であるか否かを判定する。制御部４０は、画素３２１内の全ての光電変換部３２２が入射光を光電変換している場合には飽和状態であると判定し、そうでない場合には非飽和状態であると判定する。
　画素３２１が飽和状態である場合、反射光に対して光電変換部３２２のＰＤＥが必要以上に高く設定されている可能性がある。この場合、飽和反射光量が小さくなり、その結果、ダイナミックレンジが狭くなってしまう。そこで、本実施形態では、制御部４０は、その画素３２１内の全ての光電変換部３２２のＰＤＥを一括して低下させる。例えば、ＰＤＥは、２５％よりも低い１５％に再設定される。これにより、画素３２１のダイナミックレンジは広くなる。
　一方、画素３２１が非飽和状態である場合には、ＰＤＥは適正であると考えられる。そのため、制御部４０は、その画素３２１内の全ての光電変換部３２２のＰＤＥを維持する。
　図１６Ｂは、２回目のレーザ光Ｌ２を照射したときの光電変換部３２２の光電変換の結果を示す図である。制御部４０が、光電変換部３２２のＰＤＥを低下させた場合、レーザ光源２２が、２回目のレーザ光Ｌ２を被写体１０に向けて照射する。レーザ光Ｌ２の強度は、初回のレーザ光Ｌ１の強度と同じである。
　被写体１０で反射した光は、１画素３２１に配置された複数の光電変換部３２２に入射する。各光電変換部３２２は、再び、光電変換したか否かを示す信号を信号処理回路３３へ出力する。信号処理回路３３も、再び、入射光を光電変換した光電変換部３２２の数を計測し、計測結果を制御部４０へ出力する。制御部４０は、信号処理回路３３の計測結果に基づいて、再び、画素３２１が飽和状態であるか否かを判定する。
　２回目のレーザ光Ｌ２の照射前後で、画素３２１のダイナミックレンジは、ダイナミックレンジＤＲ１（図１６Ａ参照）からダイナミックレンジＤＲ２（図１６Ｂ参照）へ広がっている。これでも画素３２１が飽和状態である場合、光電変換部３２２のＰＤＥが、まだ必要以上に高く設定されている可能性がある。そのため、この場合には、制御部４０は、その画素３２１内の全ての光電変換部３２２のＰＤＥを一括してさらに低下させる。例えば、ＰＤＥは、１５％よりも低い１０％に再設定される。画素３２１のダイナミックレンジはさらに広くなる。
　一方、画素３２１が非飽和状態である場合には、ＰＤＥは適正であると考えられる。そのため、制御部４０は、その画素３２１内の全ての光電変換部３２２のＰＤＥを維持する。
　図１６Ｃは、３回目のレーザ光Ｌ３を照射したときの光電変換部３２２の光電変換の結果を示す図である。制御部４０が、光電変換部３２２のＰＤＥをさらに低下させた場合、レーザ光源２２が、３回目のレーザ光Ｌ３を被写体１０に向けて照射する。レーザ光Ｌ３の強度は、初回のレーザ光Ｌ１の強度と同じである。
　被写体１０で反射した光は、１画素３２１に配置された複数の光電変換部３２２に入射する。各光電変換部３２２は、再び、光電変換したか否かを示す信号を信号処理回路３３へ出力する。信号処理回路３３も、再び、入射光を光電変換した光電変換部３２２の数を計測し、計測結果を制御部４０へ出力する。制御部４０は、信号処理回路３３の計測結果に基づいて、再び、画素３２１が飽和状態であるか否かを判定する。
　３回目のレーザ光Ｌ３の照射前後で、画素３２１のダイナミックレンジは、ダイナミックレンジＤＲ２（図１６Ｂ参照）からダイナミックレンジＤＲ３（図１６Ｃ参照）へさらに広がっている。これでも画素３２１が飽和状態である場合、光電変換部３２２のＰＤＥが、まだ必要以上に高く設定されている可能性がある。そのため、この場合には、制御部４０は、その画素３２１内の全ての光電変換部３２２のＰＤＥを一括してさらに低下させる。
　一方、画素３２１が非飽和状態である場合には、ＰＤＥは適正であると考えられる。そのため、制御部４０は、その画素３２１内の全ての光電変換部３２２のＰＤＥを維持する。
　このように、本実施形態では、画素３２１が非飽和状態になるまで、レーザ光の照射に連動して画素３２１内の全ての光電変換部３２２のＰＤＥを一括調整する。以下、本実施形態に係るＰＤＥの一括調整方法について説明する。
　図１７は、第３実施形態におけるＰＤＥの一括調整方法の一例を説明するための図である。図１７に示す方法では、スイッチ４００を用いてＰＤＥを調整する。
　スイッチ４００の一端は、複数の外部電源４１０ａ～外部電源４１０ｃにそれぞれ接続される。外部電源４１０ａ～外部電源４１０ｃの出力電圧は、互いに異なっている。スイッチ４００の他端は、複数の光電変換部３２２にそれぞれ接続されている。外部電源４１０ａ～外部電源４１０ｃの出力電圧は、スイッチ４００を介して受光素子５１のアノードまたはカソードに印加される。スイッチ４００は、制御部４０からの制御信号Ｓに基づいて、各光電変換部３２２の受光素子５１に印加する電圧を、外部電源４１０ａ～外部電源４１０ｃのうちの一の外部電源の出力電圧から他の外部電源の出力電圧に切り替える。
　例えば、各光電変換部３２２が、図５に示す回路構成を有し、受光素子５１のカソードには外部電源４１０ａから電圧が印加されている状態で初回のレーザ光Ｌ１が照射されたとする。その結果、画素３２１が飽和状態であると判定された場合、スイッチ４００は、光電変換部３２２の接続先を外部電源４１０ａから外部電源４１０ｂへ切り替える。外部電源４１０ｂの出力電圧は、外部電源４１０ａの出力電圧よりも低い。そのため、受光素子５１のカソードに印加される電圧が低下する。この場合、エクセスバイアス電圧ＶＥＸも低下するため、ＰＤＥが低下する。
　また、受光素子５１のカソードに外部電源４１０ｂから電圧が印加されている状態で２回目のレーザ光Ｌ２が照射されたときに、画素３２１が飽和状態であると判定されたとする。この場合、スイッチ４００は、光電変換部３２２の接続先を外部電源４１０ｂから外部電源４１０ｃへ切り替える。外部電源４１０ｃの出力電圧は、外部電源４１０ｂの出力電圧よりも低い。そのため、受光素子５１のカソードに印加される電圧がさらに低下するため、ＰＤＥもさらに低下する。なお、ＰＤＥの調整方法は図１７に示す方法に限定されない。
　図１８は、第３実施形態におけるＰＤＥの一括調整方法の他の一例を説明するための図である。図１８に示す方法は、トランジスタ５００およびスイッチ５０１を用いることによって、ＰＤＥを２段階に調整することができる。
　トランジスタ５００は、例えばＮチャネル型のＭＯＳトランジスタであり、受光素子５１のカソードと電流源５２との間に設けられている。トランジスタ５００のドレインは、電流源５２に接続され、ソースは受光素子５１のカソードに接続されている。トランジスタ５００のゲートには、電圧ＶＢが印加されている。スイッチ５０１は、トランジスタ５００に並列に接続されている。スイッチ５０１は、制御部４０から入力される制御信号Ｓに基づいてオンおよびオフする。
　光電変換部３２２が初期状態のとき、スイッチ５０１はオンしている。この場合、エクセスバイアス電圧ＶＥＸは、第１端子６１を介して受光素子のカソードに印加される電圧ＶＥとなる。スイッチ５０１がオン状態のときに、画素３２１が飽和状態であると判定された場合、スイッチ５０１は、制御部４０からの制御信号Ｓに基づいてオン状態からオフ状態に切り替わる。
　スイッチ５０１がオフ状態になると、エクセスバイアス電圧ＶＥＸは、電圧ＶＢから電圧ＶＧＳを差し引いた電圧となる。ここで、電圧ＶＢは、上述したようにトランジスタ５００のゲートに印加される電圧である。電圧ＶＧＳは、トランジスタ５００のゲートとソース間の電圧である。電圧ＶＢから電圧ＶＧＳを差し引いた電圧は、電圧ＶＥよりも低い。そのため、エクセスバイアス電圧ＶＥＸは、スイッチ５０１がオン状態である場合に比べて低下する。これにより、ＰＤＥも低下する。
　なお、光電変換部３２２が、図１１に示す回路構成を有する場合には、トランジスタ５００およびスイッチ５０１は、受光素子のアノードと電流源５２との間に設けられる。この場合も、スイッチ５０１がオン状態からオフ状態に切り替わることによって、エクセスバイアス電圧ＶＥＸが低下するため、ＰＤＥを低下させることができる。
　以上説明した本実施形態では、レーザ光が照射されるたびに、制御部４０が画素３２１の飽和状態を判定する。その結果、画素３２１が飽和状態であると判定された場合には、画素３２１内の全ての光電変換部３２２のＰＤＥが一括して低下する。このようにＰＤＥをアクティブに変化させることによって、光電変換部３２２の数を増やすことなくダイナミックレンジＤＲを広げることが可能となる。
　（第４実施形態）
　図１９は、第４実施形態の１画素内における光電変換部３２２のレイアウト例を示す図である。本実施形態では、第２実施形態と同様に、光電変換部３２２は、第１光電変換部３２２ａおよび第２光電変換部３２２ｂに区別される。ただし、本実施形態では、第１光電変換部３２２ａのＰＤＥは２０％に設定されている一方で、第２光電変換部３２２ｂのＰＤＥは、２％および０．２％に設定されている。そのため、第１光電変換部３２２ａと第２光電変換部３２２ｂとの間で、ＰＤＥの差が１０倍以上となっている。さらに、本実施形態では、第２光電変換部３２２ｂ内におけるＰＤＥの差も、１０倍以上となっている。
　図２０は、第４実施形態における画素３２１の一部の構造を簡略的に示す断面図である。図２０では、図１５に示す第２実施形態と同様の構成要素には同じ符号を付し、重複する説明を省略する。
　本実施形態では、光学フィルタ３４が、受光レンズ３１の表面に設けられている。光学フィルタ３４は、入射光を減衰させるＮＤ（Neutral Density）フィルタである。図２０では、この光学フィルタ３４は、受光レンズ３１の上面および底面に貼付されているが、光学フィルタ３４の貼付場所は、ＰＤＥの設定値に応じて適宜調整される。例えば、第１光電変換部３２２ａでは、光学フィルタ３４が受光レンズ３１の上面のみに設けられ、第２光電変換部３２２ｂでは、光学フィルタ３４が受光レンズ３１の上面および底面に設けられていてもよい。すなわち、光学フィルタ３４は、ＰＤＥの設定値に応じて受光レンズの上面および底面の少なくとも一方に設けられていればよい。
　また、ＰＤＥの設定値に応じて光学フィルタ３４の透過率を変えてもよい。例えば、ＰＤＥが２％に設定されている第２光電変換部３２２ｂの光学フィルタ３４の透過率は、ＰＤＥが０．２％に設定されている第２光電変換部３２２ｂの光学フィルタ３４の透過率よりも高くする。これにより、第２光電変換部３２２ｂ内に、ＰＤＥが異なる光電変換を形成することができる。
　なお、図２０では、光学フィルタ３４は、第１光電変換部３２２ａの受光レンズ３１にも設けられている。しかし、光学フィルタ３４は、第２光電変換部３２２ｂの受光レンズ３１のみに設けられていてもよい。この場合も、第１光電変換部３２２ａのＰＤＥを第２光電変換部３２２ｂのＰＤＥよりも高く設定することができる。
　以上説明した本実施形態によれば、光学フィルタ３４によって、１つの画素３２１内に、ＰＤＥが異なる第１光電変換部３２２ａおよび第２光電変換部３２２ｂを形成することができる。これにより、第１実施形態と同様に、飽和反射光量が増加する。よって、光電変換部３２２の数を増やすことなくダイナミックレンジＤＲを広げることが可能となる。
　特に、本実施形態では、第１光電変換部３２２ａと第２光電変換部３２２ｂとの間でＰＤＥの差が１０倍以上となっている。そのため、上述した他の実施形態に比べて、ダイナミックレンジＤＲをさらに拡大することが可能となる。
　＜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２１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２１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、およ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、およ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、および、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およ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２１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およ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およ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２２は、撮像部１２０３１の設置位置の例を示す図である。
　図２２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、バックドアおよ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およ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２２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１２１１２１２１１３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。具体的には、光検出装置３０は、撮像部１２０３１に適用することができる。本開示に係る技術を適用することにより、より測距性能の高い撮影画像を得ることができるため、安全性を向上することが可能になる。
　なお、本技術は以下のような構成を取ることができる。
（１）　１画素に配置され、入射光を光電変換する複数の光電変換部を備え、
　前記複数の光電変換部は、少なくとも１つの第１光電変換部と、前記入射光に対する感度が前記第１光電変換部よりも低い少なくとも１つの第２光電変換部と、を含む、光検出装置。
（２）　複数の前記第２光電変換部間で、前記感度が互いに異なる、（１）に記載の光検出装置。
（３）　前記第２光電変換部の数は、前記第１光電変換部の数よりも少ない、（１）または（２）に記載の光検出装置。
（４）　前記第１光電変換部が、第１アバランシェフォトダイオードを有し、
　前記第２光電変換部が、第２アバランシェフォトダイオードを有する、（１）から（３）のいずれかに記載の光検出装置。
（５）　前記第１アバランシェフォトダイオードに印加される第１電圧が、前記第２アバランシェフォトダイオードに印加される第２電圧と異なる、（４）に記載の光検出装置。
（６）　前記第１電圧が前記第１アバランシェフォトダイオードのカソードに印加されるとともに、前記第２電圧が前記第２アバランシェフォトダイオードのカソードに印加される場合、第２電圧は前記第１電圧よりも低い、（５）に記載の光検出装置。
（７）　前記第１電圧が前記第１アバランシェフォトダイオードのアノードに印加されるとともに、前記第２電圧が前記第２アバランシェフォトダイオードのアノードに印加される場合、前記第２電圧は前記第１電圧よりも高い、（５）に記載の光検出装置。
（８）　前記第１電圧を前記第２電圧に調整する電圧調整部をさらに備える、（５）から（８）のいずれかに記載の光検出装置。
（９）　前記第２光電変換部の開口率が、前記第１光電変換部の開口率よりも小さい、（１）から（３）のいずれかに記載の光検出装置。
（１０）　前記第２光電変換部における前記入射光の遮光領域が、前記第１光電変換部における前記入射光の遮光領域よりも広い、（９）に記載の光検出装置。
（１１）　前記遮光領域に設けられた遮光膜をさらに備える、（１０）に記載の光検出装置。
（１２）　１画素に配置され、入射光を光電変換する複数の光電変換部を備え、
　前記複数の光電変換部の光電変換の結果に応じて、前記複数の光電変換部の前記入射光に対する感度が、段階的に一括して低下する、光検出装置。
（１３）　前記複数の光電変換部の全てが前記入射光を光電変換した場合に、前記感度は、段階的に一括して低下する、（１２）に記載の光検出装置。
（１４）　出力電圧が互いに異なる複数の外部電源に接続されるスイッチをさらに備え、
　前記スイッチは、前記複数の光電変換部の光電変換の結果に応じて、前記複数の光電変換部に印加する電圧を、前記複数の外部電源のうちの一の外部電源の出力電圧から他の外部電源の出力電圧に切り替える、（１２）または（１３）に記載の光検出装置。
（１５）　前記複数の光電変換部の各々が、アバランシェフォトダイオードと、前記アバランシェフォトダイオードに接続されるトランジスタと、前記トランジスタと並列に接続されるスイッチと、を含み、
　前記スイッチは、前記アバランシェフォトダイオードの光電変換の結果に応じて、オンおよびオフする、（１２）または（１３）に記載の光検出装置。
（１６）　前記入射光を前記複数の光電変換部に集光する受光レンズと、
　前記受光レンズの表面に設けられ、前記感度の設定値に応じて前記入射光を減衰させる光学フィルムと、
をさらに備える、（１）または（２）に記載の光検出装置。
（１７）　前記第１光電変換部の前記感度が、前記第２光電変換部の前記感度よりも１０倍以上高い、（１６）または（１７）に記載の光検出装置。
（１８）　１画素に配置され、入射光を光電変換する複数の光電変換部を有し、前記複数の光電変換部は、少なくとも１つの第１光電変換部と、前記入射光に対する感度が前記第１光電変換部よりも低い少なくとも１つの第２光電変換部と、を含む光検出装置と、
　前記光検出装置の出力信号を処理する信号処理回路と、を備える、測距システム。
（１９）　１画素に配置され、入射光を光電変換する複数の光電変換部を有し、前記複数の光電変換部の光電変換の結果に応じて、前記複数の光電変換部の前記入射光に対する感度が、段階的に一括して低下する光検出装置と、
　前記光検出装置の出力信号を処理する信号処理回路と、を備える、測距システム。
　１：測距システム
　３０：光検出装置
　３３：信号処理回路
　５１：受光素子
　３２１：画素
　３２２：光電変換部
　３２２ａ：第１光電変換部
　３２２ｂ：第２光電変換部
　３３１～３３４：電圧調整部
　３４０：遮光膜
　４００：スイッチ
　５００：トランジスタ
　５０１：スイッチ

Claims (19)

  1. 　１画素に配置され、入射光を光電変換する複数の光電変換部を備え、
    　前記複数の光電変換部は、少なくとも１つの第１光電変換部と、前記入射光に対する感度が前記第１光電変換部よりも低い少なくとも１つの第２光電変換部と、を含む、光検出装置。
  2. 　複数の前記第２光電変換部間で、前記感度が互いに異なる、請求項１に記載の光検出装置。
  3. 　前記第２光電変換部の数は、前記第１光電変換部の数よりも少ない、請求項１に記載の光検出装置。
  4. 　前記第１光電変換部が、第１アバランシェフォトダイオードを有し、
    　前記第２光電変換部が、第２アバランシェフォトダイオードを有する、請求項１に記載の光検出装置。
  5. 　前記第１アバランシェフォトダイオードに印加される第１電圧が、前記第２アバランシェフォトダイオードに印加される第２電圧と異なる、請求項４に記載の光検出装置。
  6. 　前記第１電圧が前記第１アバランシェフォトダイオードのカソードに印加されるとともに、前記第２電圧が前記第２アバランシェフォトダイオードのカソードに印加される場合、第２電圧は前記第１電圧よりも低い、請求項５に記載の光検出装置。
  7. 　前記第１電圧が前記第１アバランシェフォトダイオードのアノードに印加されるとともに、前記第２電圧が前記第２アバランシェフォトダイオードのアノードに印加される場合、前記第２電圧は前記第１電圧よりも高い、請求項５に記載の光検出装置。
  8. 　前記第１電圧を前記第２電圧に調整する電圧調整部をさらに備える、請求項５に記載の光検出装置。
  9. 　前記第２光電変換部の開口率が、前記第１光電変換部の開口率よりも小さい、請求項１に記載の光検出装置。
  10. 　前記第２光電変換部における前記入射光の遮光領域が、前記第１光電変換部における前記入射光の遮光領域よりも広い、請求項９に記載の光検出装置。
  11. 　前記遮光領域に設けられた遮光膜をさらに備える、請求項１０に記載の光検出装置。
  12. 　１画素に配置され、入射光を光電変換する複数の光電変換部を備え、
    　前記複数の光電変換部の光電変換の結果に応じて、前記複数の光電変換部の前記入射光に対する感度が、段階的に一括して低下する、光検出装置。
  13. 　前記複数の光電変換部の全てが前記入射光を光電変換した場合に、前記感度は、段階的に一括して低下する、請求項１２に記載の光検出装置。
  14. 　出力電圧が互いに異なる複数の外部電源に接続されるスイッチをさらに備え、
    　前記スイッチは、前記複数の光電変換部の光電変換の結果に応じて、前記複数の光電変換部に印加する電圧を、前記複数の外部電源のうちの一の外部電源の出力電圧から他の外部電源の出力電圧に切り替える、請求項１２に記載の光検出装置。
  15. 　前記複数の光電変換部の各々が、アバランシェフォトダイオードと、前記アバランシェフォトダイオードに接続されるトランジスタと、前記トランジスタと並列に接続されるスイッチと、を含み、
    　前記スイッチは、前記アバランシェフォトダイオードの光電変換の結果に応じて、オンおよびオフする、請求項１２に記載の光検出装置。
  16. 　前記入射光を前記複数の光電変換部に集光する受光レンズと、
    　前記受光レンズの表面に設けられ、前記感度の設定値に応じて前記入射光を減衰させる光学フィルムと、
    をさらに備える、請求項１に記載の光検出装置。
  17. 　前記第１光電変換部の前記感度が、前記第２光電変換部の前記感度よりも１０倍以上高い、請求項１６に記載の光検出装置。
  18. 　１画素に配置され、入射光を光電変換する複数の光電変換部を有し、前記複数の光電変換部は、少なくとも１つの第１光電変換部と、前記入射光に対する感度が前記第１光電変換部よりも低い少なくとも１つの第２光電変換部と、を含む光検出装置と、
    　前記光検出装置の出力信号を処理する信号処理回路と、を備える、測距システム。
  19. 　１画素に配置され、入射光を光電変換する複数の光電変換部を有し、前記複数の光電変換部の光電変換の結果に応じて、前記複数の光電変換部の前記入射光に対する感度が、段階的に一括して低下する光検出装置と、
    　前記光検出装置の出力信号を処理する信号処理回路と、を備える、測距システム。
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