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CN115280519A - 光接收装置和测距装置 - Google Patents

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CN115280519A CN202180021415.5A CN202180021415A CN115280519A CN 115280519 A CN115280519 A CN 115280519A CN 202180021415 A CN202180021415 A CN 202180021415A CN 115280519 A CN115280519 A CN 115280519A
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Abstract

根据本公开内容的光接收装置包括：光接收元件，响应于接收光子而生成信号；读出电路，读出由光接收元件生成的信号；以及保护电路，设置在光接收元件和读出电路之间并且保护读出电路的电路元件免受过电压。此外，根据本公开内容的测距装置包括上述配置的光接收装置。

Description

光接收装置和测距装置
技术领域
本公开涉及光接收装置和测距装置。
背景技术
存在光接收装置(光检测装置)，该光接收装置使用响应于光子的接收而生成信号的元件作为光接收元件(光检测元件)。在这种类型的光接收装置中，例如，测量从光源向测距对象施加的光被测距对象反射并返回时的时间的飞行时间(ToF)方法被用作测量距离测距对象(被测体)的距离的测量方法。
作为响应于接收光子而生成信号的光接收元件，例如，单光子雪崩二极管(SPAD)元件是已知的。在使用SPAD元件作为光接收元件的光接收装置中，由于光接收装置的配置，通过将不小于击穿电压的电压施加到SPAD元件的阳极电极(或阴极电极)来使用SPAD元件(例如，参见专利文献1)。
引用列表
专利文献
专利文献1：日本专利申请特开第2019-125717号
发明内容
本发明要解决的问题
同时，在SPAD元件被不少于预期(不少于预定量的光)的大量激光照射的情况下，诸如SPAD元件被激光直接照射的情况下，由于大量的光，SPAD元件受到光电转换的强烈影响，并且因此内部阻抗大大降低。因此，过高的电压施加至读出由SPAD元件生成的信号的读出电路，并且包括在读出电路中的电路元件可能被损坏。
以上问题不仅适用于SPAD元件，而且还适用于响应于接收光子而生成信号的所有光接收元件。
因此，本公开的目的在于提供光接收装置和包括该光接收装置的测距装置，即使在光接收元件被不少于预定量的光的大量光照射的情况下，该光接收装置也能够保护包括在稍后阶段的读出电路中的电路元件免受过电压。
问题的解决方案
用于实现上述目的的本公开的光接收装置包括：光接收元件，响应于接收光子而生成信号；读出电路，读出由光接收元件生成的信号；以及保护电路，设置在光接收元件和读出电路之间并且保护读出电路的电路元件免受过电压。
此外，用于实现上述目的的本发明的测距装置包括：光源部，对测距对象照射光；以及光接收装置，接收基于来自光源部的照射光的来自测距对象的反射光。然后，光接收装置包括：光接收元件，响应于接收光子而生成信号；读出电路，读出由光接收元件生成的信号；以及保护电路，设置在光接收元件和读出电路之间并且保护读出电路的电路元件免受过电压。
附图说明
[图1]图1为示出应用了根据本公开的技术的测距装置的示例的示意性配置图。
[图2]图2A和图2B是示出根据本应用示例的测距装置的具体配置的示例的框图。
[图3]图3是示出了使用SPAD元件的基本像素电路的配置的示例的电路图。
[图4]图4A是示出SPAD元件的PN结的电流-电压特性的特性图，并且图4B是用于描述像素电路的电路操作的波形图。
[图5]图5是光接收装置的传感器芯片和电路芯片的堆叠芯片结构的分解透视图。
[图6]图6A是示出SPAD元件的击穿模型和光电转换模型的等效电路图，图6B是示出SPAD元件的内部阻抗相对于入射光量的变化的示图，并且图6C是示出在正常时间和在大量光时的阴极电位VCA的波形图。
[图7]图7是示出了根据本公开的实施方式的光接收装置的配置示例的电路图。
[图8]图8是示出根据示例1的光接收装置的配置示例的电路图。
[图9]图9是描述当在根据示例1的光接收装置中发生过电压时箝位操作的波形图。
[图10]图10是示出堆叠芯片结构中的SPAD元件、电阻元件、第一箝位元件和第二箝位元件的元件布置示例1的电路图。
[图11]图11是示出堆叠芯片结构中的SPAD元件、电阻元件、第一箝位元件和第二箝位元件的元件布置示例2的电路图。
[图12]图12是示出堆叠芯片结构中的SPAD元件、电阻元件、第一箝位元件和第二箝位元件的元件布置示例3的电路图。
[图13]图13是示出根据示例2的光接收装置的配置示例的电路图。
[图14]图14是示出根据示例3的光接收装置的配置示例的电路图。
[图15]图15是示出根据示例4的光接收装置的配置示例的电路图。
[图16]图16是示出根据示例5的光接收装置的配置示例的电路图。
[图17]图17是示出根据示例6的光接收装置的构造示例的电路图。
[图18]图18是示出根据示例7的光接收装置的配置示例的电路图。
[图19]图19是示出根据示例8的光接收装置的配置示例的电路图。
[图20]图20是示出根据实施例9的光接收装置的配置示例的电路图。
[图21]图21是示出了车辆控制系统的示意性配置的示例的框图，车辆控制系统是可以应用根据本公开的技术的移动体控制系统的示例。
[图22]图22是表示成像部和车外信息检测单元的安装位置的示例的示图。
具体实施方式
在下文中，使用附图详细描述用于实现本公开的技术的模式(在下文中，称为“实施方式”)。本公开的技术不限于实施方式。在以下描述中，相同的参考标号用于相同的元件或具有相同功能的元件，并且省略重复描述。注意，按照以下顺序给出描述。
1.本公开的光接收装置和测距装置的概述
2.应用了根据本发明的技术的测距装置
2-1.测距装置的具体配置示例
2-2.使用SPAD元件的基本像素电路示例
2-3.使用SPAD元件的像素电路的电路操作示例
2-4.施加至SPAD元件的读出电路的过电压
3.根据本公开的实施方式的光接收装置
3-1.示例1(负偏置配置的示例：保护电路包括箝位电路的示例)
3-2.示例2(示例1的变形例：省略第二箝位元件的示例)
3-3.示例3(负偏置配置的示例：保护电路包括电阻元件的示例)
3-4.示例4(示例1的变形例：第一箝位元件通过使用二极管连接配置的N型MOS晶体管来配置的示例)
3-5.示例5(示例1的变形例：第一箝位元件通过使用二极管连接配置的P型MOS晶体管来配置的示例)
3-6.示例6(示例5的变形例：在P型MOS晶体管的栅极与漏极之间设置电阻元件的示例)
3-7.示例7(正偏置配置的示例：保护电路包括箝位电路的示例)
3-8.示例8(示例7的变形例：省略第二箝位元件的示例)
3-9.示例9(正偏置配置的示例：保护电路包括电阻元件的示例)
4.变形例
5.根据本公开的技术的应用示例(移动体的示例)
6.本公开可以采取的配置
<本公开的光接收装置和测距装置的概述>
在本公开的光接收装置和测距装置中，保护电路可包括将过电压箝位至一定电压的箝位电路。然后，箝位电路可包括：电阻元件，其一端连接到光接收元件；以及第一箝位元件，连接在电阻元件的另一端与参考电位节点之间，并且第一箝位元件可包括箝位二极管，在箝位二极管中，阴极电极连接到电阻元件的另一端，阳极电极连接到参考电位节点。
在包括上述优选配置的本公开的光接收装置和测距装置中，箝位电路可以包括设置在第一箝位元件和读出电路的输入端之间的第二箝位元件，并且第二箝位元件可以包括MOS晶体管，该MOS晶体管连接在第一箝位元件和读出电路的输入端之间并且其中，栅电极连接至参考电位节点。
此外，包括上述优选配置的本公开的光接收装置和测距装置可以具有堆叠芯片结构，在该堆叠芯片结构中，堆叠包括第一半导体基板和第二半导体基板的至少两个半导体基板。然后，光接收元件可以布置在第一半导体基板上，并且电阻元件、第一箝位元件和第二箝位元件可以布置在第二半导体基板上；可替代地，光接收元件和电阻元件可被布置在第一半导体基板上，并且第一箝位元件和第二箝位元件可被布置在第二半导体基板上；或者，光接收元件、电阻元件以及第一箝位元件可以布置在第一半导体基板上，并且第二箝位元件可以布置在第二半导体基板上。
此外，在包括上述优选配置的本公开的光接收装置和测距装置中，保护电路可以包括连接在光接收元件和读出电路的输入端之间的电阻元件。然后，当提供连接在读出电路的输入端与参考电位节点之间的N型MOS晶体管时，包括在保护电路中的电阻元件可以与存在于N型MOS晶体管中的体二极管一起形成箝位电路。
此外，在包括上述优选配置的本公开的光接收装置和测距装置中，第一箝位元件可以包括二极管连接配置的MOS晶体管。可替换地，第一箝位元件可以包括串联连接至电阻元件的第二电阻元件和连接在第二电阻元件的输出端与参考电位节点之间的P型MOS晶体管，并且P型MOS晶体管的栅电极可以连接至电阻元件与第二电阻元件之间的公共连接节点。
此外，在包括上述优选配置的本公开的光接收装置和测距装置中，读出电路可以包括CMOS反相器电路。
此外，在包括上述优选配置的本公开的光接收装置和测距装置中，光接收元件可以是施加不小于击穿电压的电压所使用的元件。此外，光接收元件可以包括在盖革模式下操作的雪崩光电二极管。
进一步地，在包括上述优选配置的本公开的光接收装置和测距装置中，光接收元件优选地包括单光子雪崩二极管。然后，可以通过向阳极电极施加负偏压或向阴极电极施加正偏压来使用单光子雪崩二极管。
<应用根据本公开的技术的测距装置>
图1为示出应用了根据本公开的技术的测距装置(即，本公开的测距装置)的示例的示意性配置图。
根据本应用示例的测距装置1采用测量距离的ToF方法作为测量距对象的被测体10的距离的测量方法，ToF方法测量朝向被测体10照射的光(例如，具有红外波长区域中的峰值波长的激光)在被测体10反射并返回时的飞行时间。为了通过ToF方法实现距离测量，根据本应用示例的测距装置1包括光源部20和光接收装置30。然后，可以使用根据稍后描述的本公开的实施方式的光接收装置作为光接收装置30。
[测距装置的具体配置示例]
图2A和图2B示出了根据本应用示例的测距装置1的具体配置的示例。光源部20包括例如激光驱动部21、激光光源22和扩散透镜23，并且将激光照射到被测体10。激光驱动部21在控制部40的控制下驱动激光光源22。激光光源22包括例如半导体激光器，并且由激光驱动部21驱动以发射激光。扩散透镜23对从激光光源22发出的激光进行扩散，并对被测体10照射激光。
光接收装置30具有光接收透镜31、作为光接收部的光学传感器32以及信号处理部33，光接收透镜31接收从光源部20照射的激光在被测体10反射后返回的反射激光。光接收透镜31将来自被测体10的反射激光会聚到光学传感器32的光接收表面。光学传感器32经由光接收透镜31以像素为单位接收来自被测体10的反射激光并且执行光电转换。作为光学传感器32，可以使用二维阵列传感器，在该传感器中，均包括光接收元件的像素以矩阵(阵列)形式二维布置。
光学传感器32的输出信号经由信号处理部33提供给控制部40。例如，控制部40包括中央处理单元(CPU)等；并且控制光源部20和光接收装置30，对从光源部20朝向被测体10照射的激光在被测体10反射并返回时的时间进行测量。到被测体10的距离可以基于所测量的时间获得。
作为时间测量方法，在从光源部20照射脉冲光的定时启动定时器，并且在光接收装置30接收到脉冲光的定时停止定时器；因此，测量时间。作为时间测量的另一种方法，可以以预定周期从光源部20照射脉冲光，并且可以检测光接收装置30接收脉冲光时的周期，并且可以从发射光的周期与接收光的周期之间的相位差测量时间。多次执行时间测量，并且通过检测ToF直方图的峰值位置来测量时间，在该ToF直方图中累积通过多次测量获得的时间段。
然后，在根据本应用示例的测距装置1中，其中像素的光接收元件包括响应于接收光子而生成信号的元件的传感器(例如，单光子雪崩二极管(SPAD)元件)被用作光学传感器32。即，在根据本应用示例的测距装置1中的光接收装置30中，SPAD元件被用作像素的光接收元件。SPAD元件在盖革模式下操作，其中，在超过击穿电压(降伏电压)的反向电压下操作元件。
应注意，尽管本文中给出了SPAD元件作为像素的光接收元件(光检测元件)的示例，但是光接收元件不限于SPAD元件。即，作为像素的光接收元件，可以使用以盖革模式操作的各种元件(诸如雪崩光电二极管(APD)和硅光电倍增管(SiPM))以及SPAD元件。
[使用SPAD元件的基本像素电路示例]
图3示出了使用SPAD元件的光接收装置30中的基本像素电路的配置的示例。这里，示出了一个像素的基本配置。
在使用SPAD元件的像素50的基本像素电路中，SPAD元件51的阴极电极经由第一控制晶体管52和电流源53连接至端子54，电源电压VDD施加至该端子54。电源电压VDD的示例包括约3V的电压。将阳极电压Vano施加至SPAD元件51的阳极电极。作为阳极电压Vano，施加发生雪崩倍增的大负电压，即，不小于击穿电压的电压(例如，约-20V)(见图4B)。
第一控制晶体管52包括例如P型MOS晶体管；并且通过施加至栅电极的使能信号EN变为低电平而进入导通状态，并且将电流从电流源53传递至SPAD元件51。第二控制晶体管55连接在SPAD元件51的阴极电极与参考电位节点(例如，地)之间。第二控制晶体管55包括例如N型MOS晶体管；并且通过与被施加至栅电极的使能信号EN反相的信号xEN进入导通状态，将施加至SPAD元件51的电压设置为不大于击穿电压，并且使SPAD元件51进入非激活状态。
由SPAD元件51响应于接收光子而生成的信号作为阴极电位VCA由读出电路56读出。读出电路56包括：例如，包括P型MOS晶体管Qp和N型MOS晶体管Qn的CMOS反相器电路，并且检测SPAD元件51的反应边缘。读出电路56的输出作为SPAD输出(像素输出)被供应至时间测量部(时间数字转换器，TDC)57。基于SPAD输出，时间测量部57测量直到朝向测量对象施加的光被测量对象反射并返回的时间。
如上所述，不小于击穿电压VBD的电压(例如，约-20V)被施加至SPAD元件51。在击穿电压VBD上增加的过电压称为过量偏置电压VEX。SPAD元件51的特性根据施加相对于击穿电压VBD的电压值的过量偏置电压VEX的电压值的大小而改变。
图4A示出了在盖革模式下操作的SPAD元件51的PN结的I(电流)-V(电压)特性。图4A示出了击穿电压VBD、过量偏置电压VEX以及SPAD元件51的操作点之间的关系。
[使用SPAD元件的像素电路的电路操作示例]
接下来，使用图4B的波形图描述上述配置的像素电路的电路操作的示例。
在没有电流流过SPAD元件51的状态下，值(VDD–Vano)的电压被施加到SPAD元件51。该电压值(VDD-Vano)是(VBD+VEX)。然后，由于在SPAD元件51的PN结处的暗电子生成率DCR(暗计数率)或光照射而生成的电子引起雪崩倍增，并且发生雪崩电流。该现象即使在遮光状态(即，光未入射的状态)下也随机地发生。这是暗电子生成率，即，暗计数率(DCR)。
如果阴极电位VCA降低并且SPAD元件51的端子之间的电压达到PN二极管的击穿电压VBD，则雪崩电流停止。然后，通过雪崩倍增生成并积累的电子通过负载54(例如，P型MOS晶体管QL)放电，阴极电位VCA升高。然后，阴极电位VCA恢复到电源电压VDD，并且该状态再次返回到初始状态。
如果光入射在SPAD元件51上并且生成任何电子-空穴对，则该电子-空穴对充当种子并且发生雪崩电流；因此，可以以一定的检测效率(即，光子检测效率(PDE))检测甚至一个光子的入射。
重复上述操作。然后，在该系列操作中，阴极电位VCA在包括CMOS反相器电路的读出电路56中经受波形成形，并且具有脉冲宽度T的脉冲信号作为SPAD输出(像素输出)而输出，其中一个光子的到达时间作为开始点。
[光接收装置的堆叠芯片结构]
光接收装置30的芯片结构可以是所谓的堆叠芯片结构，其中，堆叠第一半导体基板和第二半导体基板的至少两个半导体基板。如图5所示，各自包括SPAD元件51的像素50以M行和N列的二维阵列形式布置在第一半导体基板上以形成像素阵列部。布置有像素50的第一半导体基板形成传感器芯片101。传感器芯片101对应于图2A的光学传感器32。
为每个像素50提供电路部58。像素50至少包括SPAD元件51。电路部58包括例如图3所示的第一控制晶体管52、电流源53、第二控制晶体管55、读出电路56和时间测量部57等。电路部58以与每个像素50对应方式以M行和N列的二维阵列形式布置在第二半导体基板上。
配置有电路部58的第二半导体基板形成电路芯片102。电路芯片102堆叠在传感器芯片101上。由此，在传感器芯片101和电路芯片102的堆叠芯片结构中，为每个像素50提供电路部58。
[施加至SPAD元件的读出电路的过电压]
在以上示例的情况下，检测SPAD元件51的反应边缘的读出电路56直接连接至SPAD元件51的阴极电极，并且具有能够在检测到反射光的情况下检测被设置为盖革模式(例如，约3V)的电压的振幅变化的电路配置。
在此，使用图6A、图6B和图6C描述SPAD元件51被不少于预定量的光(不少于预期的)的大量激光照射的情况，诸如SPAD元件51被激光直接照射的情况。
图6A是示出SPAD元件51的击穿模型和光电转换模型的等效电路图，图6B是示出SPAD元件51的内部阻抗相对于入射光量的变化的示图，并且图6C是示出正常时间(实线)和大光量(虚线)时的阴极电位VCA的波形图。
在图6A中所示的等效电路图中，开关SW、电阻R和电压源E的串联电路的模型是SPAD击穿模型；在本文中，作为示例示出了其中SPAD元件51的电阻R为20kΩ并且电压源E为20V的模型。在SPAD击穿模型中，光量依赖性小；在不大于预定量的光的正常光量情况下，通过该SPAD击穿模型来确定阴极电位VCA。
光电转换模型是光电流ISPAD从第二控制晶体管55(参见图3)流过内部阻抗Z的模型。在该光电转换模型中，如图6B所示，当施加不超过预定量的光的激光量时，正常时的内部阻抗Z高，但是如果利用超过预定量的光的大量激光照射SPAD元件51，则SPAD元件51的内部阻抗Z降低。
根据本申请的发明人的评估，例如，已经发现SPAD元件51的内部阻抗Z在约500kW/cm2的大量光时降低至约100Ω，并且此时阴极电位VCA在计算时可以变成-10V或更高的高电位。
因此，在SPAD元件51被大量激光照射的情况下，由于大量的光，SPAD元件51受到光电转换的强烈影响，并且因此，内部阻抗Z大大降低。结果，如图6C所示，向读出电路56施加过大的电压(例如，大约几十伏)，并且可能导致读出电路56中所包括的电路元件的元件破坏。具体地，由于施加过大的电压，包括在读出电路56中的P型MOS晶体管Qp和N型MOS晶体管Qn或第一控制晶体管52或第二控制晶体管55可能被损坏。
<根据本公开的实施方式的光接收装置>
图7是示出了根据本公开的实施方式的光接收装置的配置示例的框图。如图7所示，在本实施方式中，在包括响应于接收光子而生成信号的SPAD元件51和读出由SPAD元件51生成的信号的读出电路56的光接收装置中，保护电路60设置在SPAD元件51和读出电路56的输入端之间。
保护电路60是过压保护电路，该过压保护电路具有保护包括在读出电路56中的P型MOS晶体管Qp和N型MOS晶体管Qn以及第一控制晶体管52和第二控制晶体管55免受用大量激光照射SPAD元件51时出现的过压的作用。
因此，通过在SPAD元件51和读出电路56的输入端之间设置保护电路60，即使在SPAD元件51被不少于预定量的光(不少于预期)的大量激光照射的情况下，也可以通过保护电路60的作用来保护读出电路56中包括的P型MOS晶体管Qp和N型MOS晶体管Qn以及第一控制晶体管52和第二控制晶体管55免受过电压。
在下文中，描述用于保护包括在读出电路56等中的电路元件免受过电压的保护电路60的具体示例。
[示例1]
示例1是负偏置配置的示例，并且是保护电路60包括箝位电路的示例。图8示出了根据示例1的光接收装置30的配置示例的电路图。
根据示例1的光接收装置30具有其中负偏置电压(例如，约-20V)被施加至SPAD元件51的阳极电极的负偏置配置，并且具有其中将过电压箝位至一定电压的箝位电路70被用作保护电路60的配置。即，在根据示例1的光接收装置30中，保护电路60包括将过电压箝位至一定电压的箝位电路70。
如图8所示，箝位电路70包括电阻元件71、第一箝位元件72和第二箝位元件73。电阻元件71的一端连接到SPAD元件51的阴极电极。例如，第一箝位元件72包括箝位二极管，并且阴极电极连接至电阻元件71的另一端(输出端)，并且阳极电极连接至参考电位节点(例如，地)。
电阻元件71被设置成使得当在SPAD元件51中发生过电压时，流过作为第一箝位元件72的箝位二极管的电流值被限制为不超过箝位二极管的额定正向电流。当在SPAD元件51中出现超过箝位电压的过电压时，作为第一箝位元件72的箝位二极管将过电压箝位至一定电压(正向电压VF)。
注意，第一箝位元件72不限于箝位二极管。例如，除了箝位二极管之外，第一箝位元件72的示例还可包括肖特基势垒二极管等。
第二箝位元件73例如包括P型MOS晶体管，并且连接在第一箝位元件72(具体地，箝位二极管的阳极电极)和与读出电路56的输入端连接的节点N之间。在作为第二箝位元件73的P型MOS晶体管中，栅电极连接到参考电位节点(例如，地)，并且背栅连接到源电极。
在此，作为示例，使用图9的波形图描述了在SPAD元件51中发生负几十伏的过电压的情况下的箝位操作。作为第一箝位元件72的箝位二极管将在SPAD元件51中已经发生的过电压箝位至一定电压(正向电压VF)。通过这种箝位操作，已经在SPAD元件51中发生的过电压被箝位至例如大约-1V至-3V的负电压。
在此，基于通过第一箝位元件72的箝位操作出现负电压的事实，负电压可以在稍后阶段超过MOS晶体管的击穿电压。为了解决该负电压的问题，提供第二箝位元件73。即，第二箝位元件73将读出电路56的输入端所连接到的节点N的电压箝位到P型MOS晶体管的栅极-源极电压Vgs(例如，大约0.5V)。因此，通过第一箝位元件72的箝位操作可以解决负电压的问题。
如上所述，通过使用示例1的光接收装置30，由于作为保护电路60设置的箝位电路70的作用，不少于预定量的光照射SPAD元件51而发生的过电压可以被箝位至一定电压。结果，可以保护包括在读出电路56中的P型MOS晶体管Qp和N型MOS晶体管Qn以及第一控制晶体管52和第二控制晶体管55免受过电压的影响。
接下来，描述了在根据上述配置的示例1的光接收装置30具有堆叠芯片结构(参见图5)的情况下SPAD元件51、电阻元件71、第一箝位元件72和第二箝位元件73的元件布置的变化，在该堆叠芯片结构中，传感器芯片101和电路芯片102作为上部芯片和下部芯片被堆叠。
(元件布置示例1)
图10是示出堆叠芯片结构中的SPAD元件51、电阻元件71、第一箝位元件72和第二箝位元件73的元件布置示例1的电路图。
在根据元件布置示例1的堆叠芯片结构中，仅将SPAD元件51布置在传感器芯片101(其是上部芯片)上，并且将电阻元件71、第一箝位元件72和第二箝位元件73以及第一控制晶体管52、电流源53、第二控制晶体管55和读出电路56布置在电路芯片102(其是下部芯片)上。
(元件布置示例2)
图11是示出堆叠芯片结构中的SPAD元件51、电阻元件71、第一箝位元件72和第二箝位元件73的元件布置示例2的电路图。
在根据元件布置示例2的堆叠芯片结构中，SPAD元件51和电阻元件71被布置在传感器芯片101(其是上部芯片)上，并且第一箝位元件72和第二箝位元件73以及第一控制晶体管52、电流源53、第二控制晶体管55和读出电路56被布置在电路芯片102(其是下部芯片)上。
(元件布置示例3)
图12是示出堆叠芯片结构中的SPAD元件51、电阻元件71、第一箝位元件72和第二箝位元件73的元件布置示例3的电路图。
在根据元件布置示例3的堆叠芯片结构中，SPAD元件51、电阻元件71和第一箝位元件72被布置在传感器芯片101(其是上部芯片)和第二箝位元件73上，并且第一控制晶体管52、电流源53、第二控制晶体管55和读出电路56被布置在电路芯片102(其是下部芯片)上。
[示例2]
示例2是示例1的变形例，并且是第二箝位元件被省略的示例。图13示出了根据示例2的光接收装置30的配置示例的电路图。
在根据示例2的光接收装置30中，箝位电路70包括电阻元件71和第一箝位元件72。即，在根据示例2的光接收装置30中，省略用作示例1中的箝位电路70的组成元件的第二箝位元件73。
在根据以上配置的示例2的光接收装置30的情况下，不能获得示例1的第二箝位元件73的作用和效果，并且节点N的电压变为负电压；然而，该电压远低于过电压(负几十伏)。因此，即使在SPAD元件51被不少于预定量的光的大量光照射并且出现过电压的情况下，也可以保护读出电路56中包括的P型MOS晶体管Qp和N型MOS晶体管Qn以及第一控制晶体管52和第二控制晶体管55免受过电压。
[示例3]
示例3是负偏置配置的示例，并且是保护电路60包括电阻元件的示例。图14示出根据示例3的光接收装置30的配置示例的电路图。
在根据示例3的光接收装置30中，保护电路60包括连接在SPAD元件51与读出电路56的输入端(即，节点N)之间的电阻元件71。即，在根据示例3的光接收装置30中，省略用作示例1中的箝位电路70的组成元件的第一箝位元件72和第二箝位元件73。
在根据示例3的光接收装置30中，电阻元件71与存在于N型MOS晶体管中的体二极管一起形成箝位电路，N型MOS晶体管作为第二控制晶体管55连接在节点N与参考电位节点(例如，地)之间，读出电路56的输入端连接到该节点N。此处，“体二极管”是由于MOSFET的结构而由源极与漏极之间的PN结形成的内置二极管。
通过使用根据上述配置的示例3的光接收装置30，当用不小于预定量的光的大量光照射SPAD元件51并且发生过电压时，由于电阻元件71的电压降和N型MOS晶体管的体二极管的箝位作用，比过电压(负几十伏)低得多的电压被施加到节点N。因此，即使在SPAD元件51被不少于预定量的光的大量光照射并且出现过电压的情况下，也可以保护读出电路56中包括的P型MOS晶体管Qp和N型MOS晶体管Qn以及第一控制晶体管52和第二控制晶体管55免受过电压。
[示例4]
示例4是示例1的变形例，并且是第一箝位元件73通过使用二极管连接配置的N型MOS晶体管来配置的示例。图15示出根据示例4的光接收装置30的配置示例的电路图。
在根据示例4的光接收装置30中，在包括电阻元件71、第一箝位元件72和第二箝位元件73的箝位电路70中，第一箝位元件72包括N型MOS晶体管。N型MOS晶体管连接在电阻元件71的另一端(输出端)与参考电位节点(例如，地)之间，并且具有其中栅电极和漏电极被共同连接的二极管连接配置。
如上所述，在根据示例4的光接收装置30中，二极管连接配置的N型MOS晶体管用作包括在箝位电路70中的第一箝位元件72，来代替示例1的箝位二极管。因此，即使使用二极管连接配置的N型MOS晶体管作为第一箝位元件72的配置，也可以获得与示例1的情况下的作用和效果类似的作用和效果，即，当用不小于预定量的光的大量光照射SPAD元件51并且发生过电压时，可以保护诸如稍后阶段的读出电路56之类的电路元件免受过电压。
[示例5]
示例5是示例1的变形例，并且是第一箝位元件73通过使用二极管连接配置的P型MOS晶体管来配置的示例。图16示出了根据示例5的光接收装置30的配置示例的电路图。
在根据示例5的光接收装置30中，在包括电阻元件71、第一箝位元件72和第二箝位元件73的箝位电路70中，第一箝位元件72包括P型MOS晶体管。P型MOS晶体管连接在电阻元件71的另一端(输出端)与参考电位节点(例如，地)之间，并且具有栅电极和源电极共同连接的二极管连接配置。
如上所述，在根据示例5的光接收装置30中，二极管连接配置的P型MOS晶体管用作包括在箝位电路70中的第一箝位元件72，来代替示例1的箝位二极管。因此，即使使用二极管连接配置的P型MOS晶体管作为第一箝位元件72的配置，也可以获得与示例1的情况下的作用和效果类似的作用和效果，即，当用不小于预定量的光的大量光照射SPAD元件51并且发生过电压时，可以保护诸如稍后阶段的读出电路56之类的电路元件免受过电压。
[示例6]
示例6是示例5的变形例，并且是其中P型MOS晶体管被用作第一箝位元件73并且电阻元件被设置在P型MOS晶体管的栅极与漏极之间的示例。图17示出了根据示例6的光接收装置30的配置示例的电路图。
在根据示例6的光接收装置30中，在包括电阻元件71、第一箝位元件72和第二箝位元件73的箝位电路70中，第一箝位元件72包括与电阻元件71串联连接的第二电阻元件74和连接在第二电阻元件74的输出端与参考电位节点(例如，地)之间的P型MOS晶体管。在P型MOS晶体管中，栅电极连接至电阻元件71与第二电阻元件74之间的公共连接节点。
如上所述，在根据示例6的光接收装置30中，第二电阻元件74串联连接至电阻元件71，并且P型MOS晶体管的栅电极连接至电阻元件71与第二电阻元件74之间的公共连接节点。利用该配置，因为P型MOS晶体管可以完全进入导通状态(接通状态)，所以P型MOS晶体管的源极电极和第二电阻元件74的输出端之间的公共连接节点的电压不会变成负电压。因此，在示例6的情况下，可以省略第二箝位元件73。
[示例7]
示例7是正偏置配置的示例，并且是保护电路60包括箝位电路的示例。图18示出了根据示例7的光接收装置30的配置示例的电路图。
根据示例7的光接收装置30具有其中正偏置电压(例如，约20V)被施加至SPAD元件51的阴极电极的正偏置配置，并且使用将过电压箝位至一定电压的箝位电路70作为保护电路60。即，根据正偏置配置的示例7的光接收装置30具有与根据负偏置配置的示例1的光接收装置30相对应的电路配置。
如图18所示，箝位电路70包括电阻元件71、第一箝位元件72和第二箝位元件73。电阻元件71的一端连接到SPAD元件51的阳极电极。例如，第一箝位元件72包括箝位二极管，并且阳极电极连接至电阻元件71的另一端(输出端)，并且阴极电极连接至电源电压VDD的节点。第二箝位元件73例如包括N型MOS晶体管，并且连接在第一箝位元件72和节点N之间，并且栅电极连接到电源电压VDD的节点。
通过使用根据上述配置的示例7的光接收装置30，即使在SPAD元件51被不少于预定量的光的大量光照射并且出现过电压的情况下，可以通过被设置为保护电路60的箝位电路70的作用来保护稍后阶段中的读出电路56免受过电压的影响。更具体地，可以保护包括在读出电路56中的P型MOS晶体管Qp和N型MOS晶体管Qn以及第一控制晶体管52和第二控制晶体管55免受过电压。
[示例8]
示例8是示例7的变形例，并且是第二箝位元件被省略的示例。图19示出了根据示例8的光接收装置30的配置示例的电路图。
在根据示例8的光接收装置30中，箝位电路70包括电阻元件71和第一箝位元件72。即，根据示例8的光接收装置30具有其中用作示例7中的箝位电路70的组成元件的第二箝位元件73被省略的配置，并且具有对应于根据负偏置配置的示例2的光接收装置30的电路配置。因此，通过使用根据示例8的光接收装置30，可以获得与根据示例2的光接收装置30的情况下的作用和效果基本上相似的作用和效果。
[示例9]
示例9是正偏置配置的示例，并且是保护电路60包括电阻元件的示例。图20示出了根据示例9的光接收装置30的配置示例的电路图。
在根据示例9的光接收装置30中，保护电路60包括连接在SPAD元件51与读出电路56的输入端(即，节点N)之间的电阻元件71。即，根据示例3的光接收装置30具有其中用作示例1中的箝位电路70的组成元件的第一箝位元件72和第二箝位元件73被省略的配置，并且具有对应于根据负偏置配置的示例3的光接收装置30的电路配置。因此，通过使用根据示例9的光接收装置30，可以获得与根据示例3的光接收装置30的情况下的作用和效果基本上相似的作用和效果。
<变形例>
在上文中，基于优选实施方式描述了根据本公开的技术；然而，根据本公开的技术不限于实施方式。在上述实施方式中描述的光接收装置和测距装置的配置和结构是示例，并且可以适当地改变光接收装置和测距装置。
例如，同样在根据正偏置配置的示例7的光接收装置30中，第一箝位元件72可以具有与根据负偏置配置的示例4至示例6中任一个的光接收装置30的配置类似的配置。即，第一箝位元件72可以具有使用二极管连接配置的MOS晶体管的配置，或包括第二电阻元件和MOS晶体管的组合的配置。
<根据本公开的技术的应用示例>
根据本公开的技术可以应用于各种产品。在下文中，将描述更具体的应用示例。例如，根据本公开的技术可实现为安装在任何类型的移动体(诸如汽车、电动车辆、混合电动车辆、摩托车、自行车、个人移动性、飞机、无人机、船舶、机器人、建筑机器和农业机器(牵引车))上的测距装置。
[移动体]
图21是示出作为可应用根据本公开的实施方式的技术的移动体控制系统的示例的车辆控制系统7000的示意性配置的示例的框图。车辆控制系统7000包括经由通信网络7010彼此连接的多个电子控制单元。在图21中描述的示例中，车辆控制系统7000包括驱动系统控制单元7100、车身系统控制单元7200、电池控制单元7300、车外信息检测单元7400、车内信息检测单元7500和集成控制单元7600。例如，将多个控制单元彼此连接的通信网络7010可以是符合任意标准的车载通信网络，诸如控制器局域网(CAN)、局域互联网(LIN)、局域网(LAN)、FlexRay(注册商标)等。
每个控制单元包括：微计算机，根据各种程序执行运算处理；存储部，存储由微计算机执行的程序、用于各种操作的参数等；以及驱动电路，其驱动各种控制对象设备。每个控制单元还包括：网络接口(I/F)，用于经由通信网络7010与其他控制单元执行通信；以及通信I/F，用于通过有线通信或无线电通信与车辆内和车外的设备、传感器等进行通信。图21所示的集成控制单元7600的功能配置包括微计算机7610、通用通信I/F 7620、专用通信I/F 7630、定位部7640、信标接收部7650、车载设备I/F 7660、声音/图像输出部7670、车载网络I/F 7680和存储部7690。其他控制单元类似地包括微计算机、通信I/F、存储部等。
驱动系统控制单元7100根据各种程序控制与车辆的驱动系统相关的装置的操作。例如，驱动系统控制单元7100用作用于生成车辆的驱动力的驱动力生成装置(诸如内燃机、驱动电机等)、用于将驱动力传递到车轮的驱动力传递机构、用于调节车辆的转向角的转向机构、用于生成车辆的制动力的制动装置等的控制装置。驱动系统控制单元7100可以具有作为防抱死制动系统(ABS)、电子稳定控制(ESC)等的控制装置的功能。
驱动系统控制单元7100与车辆状态检测单元7110连接。车辆状态检测单元7110例如包括检测车体的轴向旋转运动的角速度的陀螺仪传感器、检测车辆的加速度的加速度传感器和用于检测加速踏板的操作量、制动踏板的操作量、方向盘的转向角、发动机转速或车轮的转速等的传感器中的至少一个。驱动系统控制单元7100使用从车辆状态检测单元7110输入的信号进行运算处理，对内燃机、驱动电动机、电动动力转向装置、制动装置等进行控制。
车身系统控制单元7200根据各种程序来控制设置于车身的各种设备的操作。例如，车身系统控制单元7200用作用于无钥匙进入系统、智能钥匙系统、电动车窗装置或诸如前照灯、后备灯、制动灯、转向信号、雾灯等的各种灯的控制装置。在这种情况下，从移动装置发射的无线电波作为钥匙或者各种开关的信号的替代物可以被输入到车身系统控制单元7200。车身系统控制单元7200接收这些输入的无线电波或信号，并且控制车辆的门锁装置、电动车窗装置、灯等。
电池控制单元7300根据各种程序控制作为用于驱动电机的电源的二次电池7310。例如，从包括二次电池7310的电池设备向电池控制单元7300供应关于电池温度、电池输出电压、电池中剩余电荷量等的信息。电池控制单元7300使用这些信号执行算术运算处理，并且执行用于调节二次电池7310的温度的控制或控制提供给电池设备等的冷却设备。
车外信息检测单元7400检测包含车辆控制系统7000的车辆外部的信息。例如，车外信息检测单元7400与成像部7410和车外信息检测单元7420中的至少一个连接。成像部7410包括飞行时间(ToF)相机、立体相机、单目相机、红外相机和其他相机中的至少一个。例如，车外信息检测单元7420包括用于检测当前大气条件或天气条件的环境传感器和用于检测在包括车辆控制系统7000的车辆的外围的其他车辆、障碍物、行人等的外围信息检测传感器中的至少一个。
例如，环境传感器可以是检测雨的雨滴传感器、检测雾的雾传感器、检测阳光程度的阳光传感器、以及检测降雪的雪传感器中的至少一个。外围信息检测传感器可以是超声波传感器、雷达装置以及LIDAR装置(光检测和测距装置，或激光成像检测和测距装置)中的至少一个。成像部7410和车外信息检测单元7420中的每一个可被设置为独立的传感器或装置，或者可被设置为其中多个传感器或装置被集成的装置。
在此，图22描述了成像部7410和车外信息检测单元7420的安装位置的示例。成像部7910、7912、7914、7916和7918例如设置在车辆7900的前鼻、侧视镜、后保险杠和后门上的位置和车辆内部中的挡风玻璃的上部上的位置中的至少一处。设置在前鼻部的成像部7910和设置在车辆内部的挡风玻璃的上部的成像部7918主要获得车辆7900的前方的图像。设置于侧视镜的成像部7912和7914主要获得车辆7900的侧面的图像。设置在后保险杠或后门的成像部7916主要获得车辆7900的后方的图像。设置在车辆内部内的挡风玻璃的上部的成像部7918主要用于检测前方车辆、行人、障碍物、信号、交通标志、车道等。
顺便提及，图22描述了各个成像部7910、7912、7914和7916的成像范围的示例。成像范围a表示设置到前鼻部的成像部7910的成像范围。成像范围b和c分别表示设置到侧视镜的成像部7912和7914的成像范围。成像范围d表示设置到后保险杠或后门的成像部7916的成像范围。例如，通过叠加由成像部7910、7912、7914和7916成像的图像数据，能够获得从上方观看的车辆7900的鸟瞰图像。
设置于车辆7900的前方、后方、侧方、角落和车辆内部的挡风玻璃的上部的车外信息检测单元7920、7922、7924、7926、7928、7930例如也可以是超声波传感器或雷达装置。设置于车辆7900的前鼻部、后保险杠、车辆7900的后门、车辆内部的挡风玻璃的上部的车外信息检测单元7920、7926、7930例如也可以是LIDAR装置。这些车外信息检测单元7920至7930主要用于检测前方车辆、行人、障碍物等。
返回图21，将继续描述。车外信息检测单元7400使成像部7410成像车外的图像，接收成像的图像数据。另外，车外信息检测单元7400从与车外信息检测单元7400连接的车外信息检测部7420接收检测信息。在车外信息检测部7420是超声波传感器、雷达装置、LIDAR装置的情况下，车外信息检测单元7400发送超声波、电磁波等，并且接收接收到的反射波的信息。车外信息检测单元7400基于接收到的信息，可以进行对人类、车辆、障碍物、标志、路面上的文字等物体进行检测的处理、或者与物体之间的距离进行检测的处理。另外，车外信息检测单元7400也可以基于接收到的信息进行识别降雨、雾、路面状况等的环境识别处理。车外信息检测单元7400可以基于所接收的信息来计算到车辆外部的物体的距离。
另外，车外信息检测单元7400可以基于接收到的图像数据来进行对人类、车辆、障碍物、标志、路面上的文字等进行识别的图像识别处理或者检测距其距离的处理。车外信息检测单元7400可以将所接收的图像数据进行诸如失真校正、对准等的处理，并且将通过多个不同的成像部7410成像的图像数据组合以生成鸟瞰图像或全景图像。车外信息检测单元7400可以使用由成像部7410拍摄到的图像数据来进行视点变换处理，该成像部7410包括互不相同的成像部。
车载信息检测单元7500检测关于车辆内部的信息。例如，车载信息检测单元7500与检测驾驶员的状态的驾驶员状态检测部7510连接。驾驶员状态检测部7510可以包括对驾驶员成像的照相机、检测驾驶员的生物信息的生物传感器、收集车辆内部内的声音的麦克风等。生物传感器例如设置在座椅表面、方向盘等中，并检测坐在座椅上的乘客或保持方向盘的驾驶员的生物信息。基于从驾驶员状态检测部7510输入的检测信息，车载信息检测单元7500可以计算驾驶员的疲劳度或驾驶员的集中度，或者可以确定驾驶员是否打瞌睡。车载信息检测单元7500可以使通过收集声音获得的音频信号经受诸如噪声消除处理等的处理。
集成控制单元7600根据各种程序控制车辆控制系统7000内的总体操作。集成控制单元7600与输入部7800连接。输入部7800由诸如触摸面板、按钮、麦克风、开关、操纵杆等能够由乘员进行输入操作的装置实现。集成控制单元7600可以被供应通过对通过麦克风输入的语音的语音识别而获得的数据。输入部7800可以例如是使用红外线或其他无线电波的远程控制设备，或者支持车辆控制系统7000的操作的外部连接设备，诸如移动电话、个人数字助理(PDA)等。输入部7800可以是例如照相机。在这种情况下，乘坐者可以通过手势输入信息。替代地，可以输入通过检测乘员穿戴的可穿戴装置的运动而获得的数据。此外，输入部7800可以例如包括输入控制电路等，该输入控制电路等基于乘员等使用上述输入部7800输入的信息来生成输入信号，并将所生成的输入信号输出至集成控制单元7600。乘员等通过操作输入部7800，向车辆控制系统7000输入各种数据或者指示处理操作。
存储部7690可以包括存储由微计算机执行的各种程序的只读存储器(ROM)和存储各种参数、操作结果、传感器值等的随机存取存储器(RAM)。此外，存储部7690可以通过诸如硬盘驱动器(HDD)等的磁存储设备、半导体存储设备、光存储设备、磁光存储设备等来实现。
通用通信I/F 7620是被广泛使用的通信I/F，该通信I/F中继与存在于外部环境7750中的各种设备的通信。通用通信I/F 7620可以实现诸如全球移动通信系统(GSM(注册商标))、WiMAX、长期演进(LTE)、LTE-高级(LTE-A)等的蜂窝通信协议，或者诸如无线LAN(也称为无线保真(Wi-Fi(注册商标))、蓝牙(注册商标)等的另一无线通信协议。例如，通用通信I/F 7620可以经由基站或接入点连接到存在于外部网络(例如，互联网、云网络或公司专用网络)上的装置(例如，应用服务器或控制服务器)。此外，例如，通用通信I/F 7620可以使用对等(P2P)技术连接至存在于车辆附近的终端(该终端例如是驾驶员的终端、行人或商店、或机器型通信(MTC)终端)。
专用通信I/F 7630是支持开发用于在车辆中使用的通信协议的通信I/F。专用通信I/F 7630可以实现标准协议，例如，如车辆环境中的无线接入(WAVE)(其是作为较低层的电气和电子工程师协会(IEEE)802.11p和作为较高层的IEEE 1609的组合)、专用短程通信(DSRC)、或蜂窝通信协议。专用通信I/F 7630通常执行V2X通信作为包括以下各项中的一项或多项的概念：车辆与车辆(车辆到车辆)之间的通信、道路与车辆(车辆到基础设施)之间的通信、车辆与家庭(车辆到家庭)之间的通信、以及行人与车辆(车辆到行人)之间的通信。
定位部7640例如通过从GNSS卫星接收全球导航卫星系统(GNSS)信号(例如，来自全球定位系统(GPS)卫星的GPS信号)来执行定位，并且生成包括车辆的纬度、经度和海拔的位置信息。顺便提及，定位部7640可以通过与无线接入点交换信号来识别当前位置，或者可以从诸如移动电话、个人手持电话系统(PHS)或具有定位功能的智能电话之类的终端获得位置信息。
例如，信标接收部7650接收从安装在道路等上的无线电站发射的无线电波或电磁波，并且由此获得有关当前位置、拥堵、封闭道路、必要时间等的信息。顺便提及，信标接收部7650的功能可以被包括在上述专用通信I/F 7630中。
车载设备I/F 7660是中继微计算机7610和车辆内存在的各种车载设备7760之间的连接的通信接口。车载设备I/F 7660可以使用诸如无线LAN、蓝牙(注册商标)、近场通信(NFC)或无线通用串行总线(WUSB)的无线通信协议来建立无线连接。此外，车载设备I/F7660可以经由未在图中示出的连接端子(以及线缆，如果必要的话)通过通用串行总线(USB)、高清多媒体接口(HDMI(注册商标))、移动高清链路(MHL)等建立有线连接。车载装置7760可以例如包括乘员拥有的移动装置和可穿戴装置以及被携带或附接至车辆的信息装置中的至少一个。车载装置7760还可以包括搜索到任意目的地的路径的导航装置。车载设备I/F 7660与这些车载设备7760交换控制信号或数据信号。
车载网络I/F 7680是对微计算机7610与通信网络7010的通信进行中继的接口。车载网络I/F 7680根据通信网络7010所支持的预定协议来发送和接收信号等。
集成控制单元7600的微计算机7610基于经由通用通信I/F 7620、专用通信I/F7630、定位部7640、信标接收部7650、车载设备I/F 7660以及车载网络I/F 7680中的至少一个获得的信息，根据各种程序控制车辆控制系统7000。例如，微计算机7610可以基于所获得的关于车辆内部和外部的信息计算驱动力生成装置、转向机构或制动装置的控制目标值，并且向驱动系统控制单元7100输出控制命令。例如，微计算机7610可以执行旨在实现高级驾驶员辅助系统(ADAS)的功能的协作控制，该功能包括用于车辆的防碰撞或减震、基于跟随距离的跟随驾驶、维持驾驶的车辆速度、车辆碰撞的警告、车辆偏离车道的的警告等。另外，微计算机7610可通过基于所获得的关于车辆周围环境的信息控制驱动力生成装置、转向机构、制动装置等，来执行意图用于自动驾驶的协作控制，其使车辆自动行驶而不依赖于驾驶员的操作等。
微计算机7610可以基于经由通用通信I/F 7620、专用通信I/F 7630、定位部7640、信标接收部7650、车载设备I/F 7660和车载网络I/F 7680中的至少一个获得的信息来生成车辆和诸如周围结构、人等的对象之间的三维距离信息，并且生成包括关于车辆的当前位置的周围的信息的局部地图信息。此外，微计算机7610可基于获得的信息预测诸如车辆的碰撞、行人等的接近、进入封闭道路等的危险，并生成警告信号。警告信号例如可以是用于生成警告声音或点亮警告灯的信号。
声音/图像输出部7670将声音和图像中的至少一个的输出信号发送到输出装置，该输出装置能够视觉地或听觉地将信息通知给车辆的乘员或车辆外部。在图21的示例中，音频扬声器7710、显示部7720和仪表板7730被示出为输出设备。例如，显示部7720可以包括车载显示器和平视显示器中的至少一个。显示部7720可以具有增强现实(AR)显示功能。输出设备可以是不同于这些设备，并且可以是诸如耳机的另一设备、诸如由乘客等佩戴的眼镜型显示器的可佩戴设备、投影仪、灯等。在输出设备是显示设备的情况下，显示设备以各种形式(诸如文本、图像、表格、图形等)可视地显示通过由微计算机7610执行的各种处理获得的结果或从另一控制单元接收的信息。此外，在输出装置是音频输出装置的情况下，音频输出装置将由再现的音频数据或声音数据等组成的音频信号转换成模拟信号，并且在听觉上输出模拟信号。
顺便提及，在图21中描述的示例中经由通信网络7010彼此连接的至少两个控制单元可以集成到一个控制单元。可替代地，每个单独的控制单元可以包括多个控制单元。此外，车辆控制系统7000可包括图中未示出的另一个控制单元。另外，由以上描述中的控制单元之一执行的功能的部分或全部可以被分配给另一控制单元。也就是说，只要经由通信网络7010发送和接收信息，就可以由任何控制单元执行预定算术处理。类似地，连接到控制单元中的一个的传感器或装置可以连接到另一控制单元，并且多个控制单元可以经由通信网络7010相互发送和接收检测信息。
在上文中，描述了可以应用根据本公开的技术的车辆控制系统的示例。在上述组件中，例如，成像部7410或车外信息检测单元7420包括ToF相机(ToF传感器)的情况下，根据本公开的技术的上述实施例中的任一个的光接收装置可以用作ToF相机。通过将光接收装置作为测距装置的ToF方式照相机安装，例如在向光接收元件照射不少于预定量的光量、且在光接收元件生成过电压的情况下，能够防止由过电压引起的元件损坏，能够构成可靠性高的车辆控制系统。
<本公开可以采取的配置>
应注意，本公开可具有以下配置。
<<A.光接收装置>>
[A-1]一种光接收装置，包括：
光接收元件，响应于接收光子而生成信号；
读出电路，读出由光接收元件生成的信号；以及
保护电路，设置在光接收元件和读出电路的输入端之间并且保护读出电路的电路元件免受过电压。
[A-2]根据[A-1]的光接收装置，其中，
保护电路包括将过电压箝位至一定电压的箝位电路。
[A-3]根据[A-2]的光接收装置，其中，
箝位电路包括：
电阻元件，其一端连接到光接收元件；以及
第一箝位元件，连接在电阻元件的另一端与参考电位节点之间。
[A-4]根据[A-3]的光接收装置，其中，
第一箝位元件包括箝位二极管，在箝位二极管中，阴极电极连接至电阻元件的另一端，并且阳极电极连接至参考电位节点。
[A-5]根据[A-3]或[A-4]的光接收装置，其中，
箝位电路包括：第二箝位元件，设置在第一箝位元件与读出电路的输入端之间。
[A-6]根据[A-5]的光接收装置，其中，
第二箝位元件包括MOS晶体管，MOS晶体管连接在第一箝位元件与读出电路的输入端之间，并且其中，MOS晶体管的栅电极连接至参考电位节点。
[A-7]根据[A-5]或[A-6]的光接收装置，
具有其中堆叠有第一半导体基板和第二半导体基板的至少两个半导体基板的堆叠芯片结构，
其中，光接收元件布置在第一半导体基板上，以及
电阻元件、第一箝位元件和第二箝位元件布置在第二半导体基板上。
[A-8]根据[A-5]或[A-6]的光接收装置，
具有其中堆叠有第一半导体基板和第二半导体基板的至少两个半导体基板的堆叠芯片结构，
其中，光接收元件和电阻元件布置在第一半导体基板上，以及
第一箝位元件和第二箝位元件设置在第二半导体基板上。
[A-9]根据[A-5]或[A-6]的光接收装置，
具有其中堆叠有第一半导体基板和第二半导体基板的至少两个半导体基板的堆叠芯片结构，
其中，光接收元件布置在第一半导体基板上，以及
电阻元件、第一箝位元件和第二箝位元件布置在第二半导体基板上。
[A-10]根据[A-1]的光接收装置，其中，
保护电路包括连接在光接收元件和读出电路的输入端之间的电阻元件。
[A-11]根据[A-10]的光接收装置，进一步包括：
N型MOS晶体管，N型MOS晶体管连接在读出电路的输入端与参考电位节点之间，
其中，包括在保护电路中的电阻元件与存在于N型MOS晶体管中的体二极管一起形成箝位电路。
[A-12]根据[A-3]的光接收装置，其中，
第一箝位元件包括二极管连接配置的MOS晶体管。
[A-13]根据[A-3]的光接收装置，其中，
该第一箝位元件包括：
与电阻元件串联连接的第二电阻元件；以及
P型MOS晶体管，连接在第二电阻元件的输出端与参考电位节点之间，以及
P型MOS晶体管的栅电极连接至电阻元件与第二电阻元件之间的公共连接节点。
[A-14]根据[A-1]至[A-13]中任一项的光接收装置，其中，
读出电路包括CMOS反相器电路。
[A-15]根据[A-1]至[A-14]中任一项的光接收装置，其中，
光接收元件是在施加不小于击穿电压的电压下使用的元件。
[A-16]根据[A-15]的光接收装置，其中，
光接收元件包括以盖革模式操作的雪崩光电二极管。
[A-17]根据[A-16]的光接收装置，其中，
光接收元件包括单光子雪崩二极管。
[A-18]根据[A-17]的光接收装置，其中，
通过对阳极电极施加负偏置电压来使用单光子雪崩二极管。
[A-19]根据[A-17]的光接收装置，其中，
通过对阴极电极施加正偏置电压来使用单光子雪崩二极管。
<<B.测距装置>>
[B-1]一种测距装置，包括：
光源部，其对测距对象照射光；以及
光接收装置，其接收基于来自光源部的照射光的来自测距对象的反射光，
其中，光接收装置包括：
光接收元件，响应于接收光子而生成信号；
读出电路，读出由光接收元件生成的信号；以及
保护电路，设置在光接收元件和读出电路之间并且保护读出电路的电路元件免受过电压。
[B-2]根据[B-1]的测距装置，其中，
保护电路包括将过电压箝位至一定电压的箝位电路。
[B-3]根据[B-2]的测距装置，其中，
箝位电路包括：
电阻元件，其一端连接到光接收元件；以及
第一箝位元件，连接在电阻元件的另一端与参考电位节点之间。
[B-4]根据[B-3]的测距装置，其中，
第一箝位元件包括箝位二极管，在箝位二极管中，阴极电极连接至电阻元件的另一端，并且阳极电极连接至参考电位节点。
[B-5]根据[B-3]或[B-4]的测距装置，其中，
箝位电路包括：
第二箝位元件，设置在第一箝位元件与读出电路的输入端之间。
[B-6]根据[B-5]的测距装置，其中，
第二箝位元件包括MOS晶体管，MOS晶体管连接在第一箝位元件与读出电路的输入端之间，并且其中，MOS晶体管的栅电极连接至参考电位节点。
[B-7]根据[B-5]或[B-6]的测距设备，
具有其中堆叠有第一半导体基板和第二半导体基板的至少两个半导体基板的堆叠芯片结构，
其中，光接收元件布置在第一半导体基板上，以及
电阻元件、第一箝位元件和第二箝位元件布置在第二半导体基板上。
[B-8]根据[B-5]或[B-6]的测距设备，
具有其中堆叠有第一半导体基板和第二半导体基板的至少两个半导体基板的堆叠芯片结构，
其中，光接收元件和电阻元件布置在第一半导体基板上，以及
第一箝位元件和第二箝位元件设置在第二半导体基板上。
[B-9]根据[B-5]或[B-6]的测距设备，
具有其中堆叠有第一半导体基板和第二半导体基板的至少两个半导体基板的堆叠芯片结构，
其中，光接收元件布置在第一半导体基板上，以及
电阻元件、第一箝位元件和第二箝位元件布置在第二半导体基板上。
[B-10]根据[B-1]的测距装置，其中，
保护电路包括连接在光接收元件和读出电路的输入端之间的电阻元件。
[B-11]根据[B-10]的测距设备，进一步包括：
N型MOS晶体管，N型MOS晶体管连接在读出电路的输入端与参考电位节点之间，
其中，包括在保护电路中的电阻元件与存在于N型MOS晶体管中的体二极管一起形成箝位电路。
[B-12]根据[B-3]的测距装置，其中，
第一箝位元件包括二极管连接配置的MOS晶体管。
[B-13]根据[B-3]的测距装置，其中，
该第一箝位元件包括：
与电阻元件串联连接的第二电阻元件；以及
P型MOS晶体管，连接在第二电阻元件的输出端与参考电位节点之间，以及
P型MOS晶体管的栅电极连接至电阻元件与第二电阻元件之间的公共连接节点。
[B-14]根据[B-1]至[B-13]中任一项的测距装置，其中，
读出电路包括CMOS反相器电路。
[B-15]根据[B-1]至[B-14]中任一项的测距装置，其中，
光接收元件是在施加不小于击穿电压的电压下使用的元件。
[B-16]根据[B-15]的测距装置，其中，
光接收元件包括以盖革模式操作的雪崩光电二极管。
[B-17]根据[B-16]的测距装置，其中，
光接收元件包括单光子雪崩二极管。
[B-18]根据[B-17]的测距装置，其中，
通过对阳极施加负偏置电压来使用单光子雪崩二极管。
[B-19]根据[B-17]的测距装置，其中，
通过对阴极电极施加正偏置电压来使用单光子雪崩二极管。
附图标记列表
1 测距装置
10 被测体
20 光源部
21 激光驱动部
22 激光光源
23 扩散透镜
30 光接收装置
31 光接收透镜
32 光学传感器
33 信号处理部
40 控制部
50 像素
51 SPAD元件
56 读出电路
57 时间测量部(TDC)
60 保护电路
70 箝位电路

Claims (20)

1.一种光接收装置，包括：
光接收元件，响应于接收光子而生成信号；
读出电路，读出由所述光接收元件生成的信号；以及
保护电路，设置在所述光接收元件和所述读出电路的输入端之间并且保护所述读出电路的电路元件免受过电压。
2.根据权利要求1所述的光接收装置，其中，
所述保护电路包括将过电压箝位至一定电压的箝位电路。
3.根据权利要求2所述的光接收装置，其中，
所述箝位电路包括：
电阻元件，所述电阻元件的一端连接到所述光接收元件；以及
第一箝位元件，连接在所述电阻元件的另一端与参考电位节点之间。
4.根据权利要求3所述的光接收装置，其中，
所述第一箝位元件包括箝位二极管，所述箝位二极管的阴极电极连接至所述电阻元件的所述另一端，并且所述箝位二极管的阳极电极连接至所述参考电位节点。
5.根据权利要求3所述的光接收装置，其中，
所述箝位电路包括：
第二箝位元件，设置在所述第一箝位元件与所述读出电路的所述输入端之间。
6.根据权利要求5所述的光接收装置，其中，
所述第二箝位元件包括MOS晶体管，所述MOS晶体管连接在所述第一箝位元件与所述读出电路的所述输入端之间，并且其中，所述MOS晶体管的栅电极连接至所述参考电位节点。
7.根据权利要求5所述的光接收装置，
具有其中堆叠有第一半导体基板和第二半导体基板的至少两个半导体基板的堆叠芯片结构，
其中，所述光接收元件被布置在所述第一半导体基板上，以及
所述电阻元件、所述第一箝位元件和所述第二箝位元件布置在所述第二半导体基板上。
8.根据权利要求5所述的光接收装置，
具有其中堆叠有第一半导体基板和第二半导体基板的至少两个半导体基板的堆叠芯片结构，
其中，所述光接收元件和所述电阻元件布置在所述第一半导体基板上，以及
所述第一箝位元件和所述第二箝位元件布置在所述第二半导体基板上。
9.根据权利要求5所述的光接收装置，
具有其中堆叠有第一半导体基板和第二半导体基板的至少两个半导体基板的堆叠芯片结构，
其中，所述光接收元件、所述电阻元件以及所述第一箝位元件布置所述第一半导体基板上，以及
所述第二箝位元件设置在所述第二半导体基板上。
10.根据权利要求1所述的光接收装置，其中，
所述保护电路包括连接在所述光接收元件和所述读出电路的所述输入端之间的电阻元件。
11.根据权利要求10所述的光接收装置，进一步包括：
N型MOS晶体管，所述N型MOS晶体管连接在所述读出电路的所述输入端与参考电位节点之间，
其中，包括在所述保护电路中的所述电阻元件与存在于所述N型MOS晶体管中的体二极管一起形成箝位电路。
12.根据权利要求3所述的光接收装置，其中，
所述第一箝位元件包括二极管连接配置的MOS晶体管。
13.根据权利要求3所述的光接收装置，其中，
所述第一箝位元件包括：
与所述电阻元件串联连接的第二电阻元件；以及
P型MOS晶体管，连接在所述第二电阻元件的输出端与所述参考电位节点之间，以及
所述P型MOS晶体管的栅电极连接至所述电阻元件与所述第二电阻元件之间的公共连接节点。
14.根据权利要求1所述的光接收装置，其中，
所述读出电路包括CMOS反相器电路。
15.根据权利要求1所述的光接收装置，其中，
所述光接收元件是在施加不小于击穿电压的电压下使用的元件。
16.根据权利要求15所述的光接收装置，其中，
所述光接收元件包括以盖革模式操作的雪崩光电二极管。
17.根据权利要求16所述的光接收装置，其中，
所述光接收元件包括单光子雪崩二极管。
18.根据权利要求17所述的光接收装置，其中，
通过对阳极电极施加负偏置电压来使用所述单光子雪崩二极管。
19.根据权利要求17所述的光接收装置，其中，
通过对阴极电极施加正偏置电压来使用所述单光子雪崩二极管。
20.一种测距装置，包括：
光源部，对测距对象照射光；以及
光接收装置，接收根据来自所述光源部的照射光而自所述测距对象反射的光，
其中，所述光接收装置包括：
光接收元件，响应于接收光子而生成信号；
读出电路，读出由所述光接收元件生成的信号；以及
保护电路，设置在所述光接收元件和所述读出电路之间并且保护所述读出电路的电路元件免受过电压。
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