CN112154546A - 光检测器以及使用该光检测器的光学测距装置 - Google Patents

光检测器以及使用该光检测器的光学测距装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供光检测器以及使用该光检测器的光学测距装置。光检测器(100)具备：脉冲输出部(20)，以具有规定的脉冲宽度的矩形脉冲(A1)输出来自受光元件(10a)的输出；以及脉冲转换电路(22以及24)，将上述矩形脉冲(A1)转换为将上述矩形脉冲(A1)的上升沿和上述矩形脉冲(A1)的下降沿作为基准的、具有与上述规定的脉冲宽度不同的脉冲宽度的矩形脉冲(C1)。

Description

光检测器以及使用该光检测器的光学测距装置
技术领域
本公开涉及光检测器以及使用该光检测器的光学测距装置。
背景技术
在光通信或者光雷达等中使用雪崩光电二极管(APD)作为用于检测微弱的光信号的受光元件。若对APD射入光子则生成电子·空穴对，电子和空穴分别在高电场中被加速，而依次如雪崩那样引起碰撞电离并生成新的电子·空穴对。
APD的使用模式有使反向偏置电压以小于击穿电压(breakdown电压)动作的线性模式、和使反向偏置电压以击穿电压以上动作的盖革模式。在线性模式下消失(脱离高电场)的电子·空穴对的比例比生成的电子·空穴对的比例大，雪崩现象自然停止。基于雪崩现象的来自APD的输出电流(雪崩电流)与射入光量大致成比例所以能够使用于射入光量的测定。在盖革模式下，即使是单一光子的射入也能够引起雪崩现象。将这样的光电二极管称为单光子光电二极管(SPAD：Single Photon Avalanche Diode)。
在SPAD中，能够通过使施加电压下降至小于击穿电压来停止雪崩现象。降低施加电压来使雪崩现象停止被称为猝熄。通过与APD串联连接猝熄电阻来实现最简单的猝熄电路。若产生雪崩电流则由于猝熄电阻端子间的电压上升而APD的偏置电压下降，若变为小于击穿电压则雪崩电流停止。由于能够对APD施加高电场，所以能够高速地响应微弱光，在光学测距装置、光通信等领域被广泛地使用。
在专利文献1公开了具备将来自APD的输出信号转换为矩形脉冲的鉴别电路的光检测器。另外，在非专利文献1公开了在盖革模式下使用的多个APD的阵列亦即硅光电倍增器。
专利文献1：日本特开2012－60012号公报
非专利文献1："Silicon photomultiplier and its possible application",Nuclear Inst.&Methods in Physics Research,2003,504(1-3),pp.48-52.
包含上述的SPAD的光检测器等以往的光检测装置例如检知从光源射入的光子(Photon)，输出与检知到的光子对应的输出信号，并将该输出信号作为整形为固定长度的脉冲输出。然后，光检测装置通过对整形为固定长度的脉冲进行计数，来对射入的光子进行计数。
这样的以往的光检测装置的一部分有若检知到某一光子，则在检知下一个光子之前需要经过规定的期间即空载时间的装置。在具有该空载时间的以往的光检测装置中，在由于检知射入的光子而产生的空载时间中，即使射入新的光子，也不管该新的光子被射入，而输出一个较长的脉冲。因此，在以往的光检测装置中，有不能够正确地对射入的光子的数目进行计数的可能性。
发明内容
本公开提供能够正确地对大致同时(在某一规定时间内)射入的光子(Photon)进行计数的光检测装置。
本公开的第一方式是一种光检测器，具备：脉冲输出部，以具有规定的脉冲宽度的矩形脉冲输出来自受光元件的输出；以及脉冲转换电路，将上述矩形脉冲转换为将上述矩形脉冲的上升沿和上述矩形脉冲的下降沿作为基准且具有与上述规定的脉冲宽度不同的脉冲宽度的矩形脉冲。
本公开的第二方式是一种光检测器，具备：阵列，具有多个受光元件；多个鉴别电路，将分别来自上述多个受光元件的输出信号转换为整形矩形脉冲；以及加法电路，将从上述多个鉴别电路输出的整形矩形脉冲相加，输出相加得到的加法信号，各上述鉴别电路具备：二值化电路，以具有规定的脉冲宽度的矩形脉冲输出来自对应的上述受光元件的输出信号；以及脉冲转换电路，通过从上述矩形脉冲的脉冲宽度缩短从上述受光元件的空载时间减去规定的脉冲宽度得到的差值，来将上述矩形脉冲转换为上述整形矩形脉冲。
这里，优选上述第二方式中的各鉴别电路的脉冲转换电路包含：延迟部，通过使对应的上述矩形脉冲延迟上述差值(tD－tw)而输出输出脉冲；以及与元件，输出对应的上述矩形脉冲与来自上述延迟部的输出脉冲的逻辑积。
本公开的第三方式是一种光检测器，具备：阵列，具有多个受光元件；多个鉴别电路，将分别来自上述多个受光元件的输出信号转换为脉冲信号；以及加法电路，将从上述多个鉴别电路输出的脉冲信号相加，输出相加得到的加法信号，各上述鉴别电路具备：二值化电路，以矩形脉冲输出来自对应的上述受光元件的输出信号；以及脉冲转换电路，通过组合将上述矩形脉冲的上升时刻作为基准且具有规定的脉冲宽度(tw)的第一脉冲、和将上述矩形脉冲的下降时刻作为基准且具有上述脉冲宽度(tw)的第二脉冲，来将上述矩形脉冲转换为上述脉冲信号。
这里，优选上述第三方式中的上述各鉴别电路的脉冲转换电路包含：第一延迟部，通过使上述矩形脉冲延迟上述受光元件的空载时间而作为输出脉冲输出；第二延迟部，通过使上述矩形脉冲延迟上述受光元件的空载时间tD与上述脉冲宽度的加法值而作为输出脉冲输出；第三延迟部，通过使上述矩形脉冲延迟上述脉冲宽度(tw)而作为输出脉冲输出；第一与元件，输出从上述第一延迟部输出的输出脉冲与从上述第二延迟部输出的输出脉冲的反转值的逻辑积作为上述第一脉冲；第二与元件，输出上述矩形脉冲的反转值与从上述第三延迟部输出的输出脉冲的逻辑积作为上述第二脉冲；以及或元件，输出从上述第一与元件输出的第一脉冲与从上述第二与元件输出的第二脉冲的逻辑和作为上述脉冲信号。
另外，优选上述受光元件是在盖革模式下使用的雪崩光电二极管。
本公开的第四方式是一种光学测距装置，具备：光源，对测定对象物送出脉冲光；以及上述第一～第三方式中任意一个方式的光检测器，上述光学测距装置具备测定部，该测定部在从上述光源送出的脉冲光被从上述测定对象物反射并返回时，通过由上述光检测器接受作为该返回光的脉冲光，并测量从上述光源到被光检测器接受为止的上述脉冲光的飞行时间，来测定从上述光学测距装置到上述测定对象物为止的距离。
附图说明
图1A是表示本公开的实施方式中的光检测器的构成的图。
图1B是表示本公开的实施方式中的光学测距装置的构成的图。
图2是表示本公开的实施方式中的光检测器的构成例的图。
图3是表示第一实施方式中的鉴别电路的构成的图。
图4A是表示第一实施方式中的光检测器的动作的时序图。
图4B是表示第一实施方式的变形例中的光检测器的动作的时序图。
图5是表示第二实施方式中的鉴别电路的构成的图。
图6是表示第二实施方式中的光检测器的动作的时序图。
图7是表示比较例中的鉴别电路的构成的图。
图8是表示比较例中的光检测器的动作的时序图。
图9是表示第一实施方式、第二实施方式、以及比较例各自的光检测器的信噪比(SNR)的计算结果的图。
图10是表示第一实施方式、第二实施方式、以及比较例各自的光检测器的信噪比(SNR)的计算结果的图。
具体实施方式
＜第一实施方式＞
如图1A所示，光检测器100包含受光部102、鉴别部104以及信号处理部106。图2示出光检测器100的具体的构成例。
例如，如图1B所示，光检测器100能够应用为光学测距装置200的受光部。即，光学测距装置200具备：光源210，在从后述的测定部(控制器)指示的定时送出激光脉冲等脉冲光；光检测器100，在从该光源210送出的脉冲光由被测定对象物TO反射并返回时，接受作为该返回光的上述脉冲光；以及测定部220，测量在上述送出定时从上述光源210送出的脉冲光到由被测定对象物TO反射并被光检测器100接受为止的飞行时间(Time Of Flight，TOF)，并基于测量出的飞行时间，测定从光学测距装置200到上述被测定对象物的距离。
受光部102例如包含配置为二维阵列状的作为受光元件的单光子雪崩光电二极管(SPAD)10(10a～10n)、和与该SPAD10(10a～10n)串联连接的猝熄元件12(12a～12n)。鉴别部104包含与SPAD10(10a～10n)对应的鉴别电路14(14a～14n)。信号处理部106包含与鉴别电路14(14a～14n)对应的电流源16(16a～16n)。
在图1A中，通过受光部102中的配置为二维阵列状的SPAD10(10a～10n)形成受光面，能够根据通过该受光面接受的光子生成图像。即，SPAD10(10a～10n)分别构成像素。在图1中，示出了像素数n即SPAD10的数目为16的情况，但本实施方式中的像素数即SPAD10的数目并不限定于16。
此外，对于在第一实施方式中的光检测器100中处理的各信号的状态，以将高电平时设为有效状态，将低电平时设为无效状态的方式进行说明。此外，作为第一实施方式的变形例，对于被处理的各信号的状态，也可以将低电平时设为有效状态，并将高电平时设为无效状态，能够得到与第一实施方式相同的作用、效果。
如上述那样，受光部102包含配置为二维阵列状的SPAD10a～10n。各SPAD10a～10n在盖革模式下动作。即，各SPAD10a～10n作为光子计数型的受光元件发挥作用，其中使反向偏置电压成为击穿电压以上来动作，即使是单一光子的射入也引起雪崩现象。因此，受光部102对激光等射入光具有较高的灵敏度。
这里，优选各SPAD10a～10n尽量减小护圈、金属布线的区域，提高受光区域相对于元件面积的比例亦即填充率(开口率)。特别是，通过不在配置为二维阵列状的SPAD10a～10n各自的内部形成猝熄元件、再充电元件，能够提高SPAD10a～10n各自的填充率。
猝熄元件12(12a～12n)能够由晶体管构成。优选猝熄元件12(12a～12n)在SPAD10a～10n的外部通过布线与SPAD10a～10n连接。
若由于光子射入受光部102，而在SPAD10a～10n产生雪崩电流，则由于分别与SPAD10a～10n串联连接的猝熄元件12a～12n的端子间的电压上升而针对SPAD10a～10n的偏置电压下降。而且，若偏置电压小于击穿电压则雪崩电流停止。猝熄元件12(12a～12n)也能够被利用于使针对各鉴别电路14(14a～14n)的输出电压产生。即，各SPAD10a～10n构成为若在对应的受光面射入从光源210送出，并从被测定对象物TO反射的光子，则检知该光子，并将与检知到的光子对应的输出信号输出给对应的鉴别电路14a～14n。
光检测器100具备控制电路40，能够通过该控制电路40，对各猝熄元件12a～12n进行开/关，从而将各SPAD10a～10n切换为在接受了光时输出输出信号的状态(打开状态)和不输出的状态(关闭状态)。
分别对SPAD10a～10n以及猝熄元件12a～12n的每一对设置鉴别电路14(14a～14n)。以下，以鉴别电路14a为例进行说明。鉴别电路14b～14n具有与鉴别电路14a相同的构成以及功能，所以省略其说明。
鉴别电路14a将猝熄元件12a的端子电压与规定的基准值进行比较，根据其比较结果生成矩形脉冲。例如，在本实施方式中，鉴别电路14a生成对其脉冲宽度进行了整形(调整)的整形矩形脉冲。在本实施方式中，鉴别电路14a在最初的光子射入SPAD10a，并从SPAD10a输出了输出脉冲时，生成使该输出脉冲的脉冲宽度缩短了规定的脉冲宽度后的输出信号。
如图3所示，鉴别电路14a能够构成为包含作为脉冲输出部发挥作用的逆变器(比较器)20、延迟元件22以及与元件24。在图4示出对该构成的鉴别电路14a的动作进行说明的时序图。
逆变器20对猝熄元件12a的端子电压Va与基准电压VREF进行比较。即，如图4A所示，若从光源210送出并由被测定对象物TO反射的光子S1射入SPAD10a(参照附图标记S1)，则由于该光子S1的射入，而SPAD10a放电(也将其称为点火)，猝熄元件12a的端子电压Va上升到基准电压VREF以上，从SPAD10a对逆变器20施加输出信号(时刻t1)。其结果，由于来自SPAD10a的输出信号即猝熄元件12a的端子电压Va为基准电压VREF以上，所以逆变器20使作为矩形脉冲的输出脉冲A1上升至规定的高电平(时刻t1)。在本实施方式中，鉴别电路14a中的逆变器20构成以具有规定的脉冲宽度的矩形脉冲输出基于对应的SPAD10a的输出信号的二值化电路。
若射入的光子S1被SPAD10a检知到，则SPAD10a在经过规定的空载时间tD之前不能够检知光。换句话说，SPAD10a的输出信号(端子电压Va)在经过空载时间tD之前维持在基准电压VREF以上。这里，在SPAD10a的空载时间tD中，射入了下一个光子S2的情况下，从逆变器20输出的输出脉冲A1的脉冲宽度增大为超过通常时的空载时间tD，在时刻t2，下降至规定的低电平。在本实施方式中，由于光子S1的到来，而输出脉冲A1成为高电平。在光子S1的空载时间中(tD以内)射入了下一个光子S2的情况下，在光子S2的空载时间后以低电平输出输出脉冲A1。即，在光子S1的空载时间tD中射入了光子S2的情况下，输出脉冲A1的输出脉冲宽度比未射入光子S2的情况大。
这里，根据本实施方式，在延迟元件22输入有来自逆变器20的输出脉冲A1。若从逆变器20输入输出脉冲A1，则延迟元件22使输出脉冲A1的变化(上升以及下降)延迟延迟时间tc而作为输出脉冲B1输出。优选延迟时间tc为从SPAD10a的空载时间tD减去光源的发光脉冲宽度tw后的时间。
即，可知在逆变器20的输出成为比从时刻t1起的空载时间tD长的输出脉冲A1的情况下，在从该输出脉冲A1的下降时刻t2向前空载时间tD的时刻在SPAD10a射入了下一个光子S2。换句话说，如图4A所示，可以说输出脉冲A1的脉冲宽度比在射入了光子S1以及S2时想要输出的脉冲宽度长从空载时间tD减去脉冲宽度tw后的值即tc＝(tD－tw)。
因此，本实施方式为了使输出脉冲A1的脉冲宽度缩短上述tc，而具备延迟元件22以及与元件24。即，延迟元件22构成使输出脉冲A1延迟从空载时间tD减去光源发光脉冲宽度tw后的时间的延迟部。
在与元件24分别输入有来自逆变器20的输出脉冲A1以及来自延迟元件22的输出脉冲B1。此时，与元件24计算输入的输出脉冲A1以及B1的逻辑积，并输出基于计算出的逻辑积的输出信号C1。即，如图4所示，鉴别电路14a输出基于来自SPAD10a的输出信号的来自逆变器20的输出脉冲A1的脉冲宽度相对于上升定时缩短了延迟时间tc后的矩形脉冲亦即输出信号C1。在本实施方式中，延迟元件22以及与元件24构成脉冲转换电路。
特别是，示出SPAD10a的输出信号亦即端子电压Va根据SPAD10a接受光子的时刻(t1)而陡峭上升。因此，本实施方式的鉴别电路14a为使输出信号C1从SPAD10a接受光子的时刻t1即从SPAD10a向鉴别电路14a输入输出信号的定时延迟时间tc上升的信号。
鉴别电路14a并不限定于图3所示的构成，只要同样地输出具有使从逆变器20输出的输出脉冲A1的脉冲宽度缩短了时间tc后的脉冲宽度的输出信号C1即可。例如，如图4B所示，也可以通过将延迟元件22构成为使从逆变器20输出的输出脉冲A1作为缩短了时间tc后的脉冲B2输出的缩短电路，来使从与元件24输出的输出信号C1成为比来自逆变器20的输出脉冲A1的脉冲宽度短上述tc的脉冲。
鉴别电路14b～14n与鉴别电路14a相同地进行动作。其结果，从鉴别电路14a～14n分别输出具有矩形脉冲的输出信号C1～Cn。
若对图2所示的电流源16(16a～16n)输入具有从鉴别电路14(14a～14n)输出的矩形脉冲的输出信号C1～Cn，则电流源16(16a～16n)在具有对应的矩形脉冲的输出信号C1～Cn成为高电平的期间流过规定值的电流。电流源16(16a～16n)与信号处理部106中的一个输出端子T1连接，在输出端子T1流过将从电流源16(16a～16n)输出的电流相加后的加法电流Isum。这样，信号处理部106中的电流源16构成加法电路。
特别是，作为本实施方式的特征，加法电流Isum成为与在受光部102所包含的SPAD10a～10n大致同时(即，在上述时间tw内)检测出的光子的合计数对应的值。即，光检测器100能够根据加法电流Isum的值，精度良好地检测射入SPAD10a～10n的光脉冲(光子)的数目。
通过利用加法电流Isum作为触发信号，能够提高由被测定对象物反射的脉冲光的检测精度。例如，在本实施方式中，若在加法电流Isum为三个单位(光子射入了SPAD10a～10n中的三个的状态)以上的情况下输出触发信号，则能够以较高的精度，检测由被测定物反射的脉冲光。
如以上所述那样，本实施方式所涉及的光检测器100在光子射入SPAD10a，而从SPAD10a的逆变器20输出了作为矩形脉冲的输出脉冲A1的情况下，将该输出脉冲A1的脉冲宽度转换为具有将该输出脉冲A1的上升以及下降定时分别作为基准的脉冲宽度的整形输出脉冲。然后，光检测器100将该整形输出脉冲作为输出信号C1输出给电流源16。
例如，如图4A所示，从鉴别电路14a输出的作为矩形脉冲的输出信号C1被构成为作为基于来自SPAD10a的输出信号的来自逆变器20的输出脉冲A1的脉冲宽度相对于上升定时缩短了延迟时间tc后的矩形脉冲的输出信号。这里，考虑在第一光子S1射入SPAD10a之后，在基于该第一光子S1的检知的SPAD10a的空载时间tD中，第二光子S2射入SPAD10a的情况。
此时，若将来自鉴别电路14a的作为矩形脉冲的输出信号例如作为基于上述第一光子S1的脉冲宽度tw的固定宽度(tw)的矩形脉冲亦即输出信号X输出(参照图4A)，则在第二光子S2的射入定时t2，来自鉴别电路14a的输出信号成为零，而难以对第二光子S2进行计数。
与此相对，根据本实施方式所涉及的光检测器100，能够使从鉴别电路14a输出的输出信号(矩形脉冲)C1的脉冲宽度成为相当于基于光子S1以及S2的脉冲宽度的值，所以即使在基于第一光子S1的检知的SPAD10a的空载时间tD中，第二光子S2射入SPAD10a的情况下，也能够正确地对第一以及第二光子S1以及S2进行计数。即，根据本实施方式，即使在分别对SPAD10a～10an射入第一光子(Photon)，并在基于该射入的空载时间期间中射入了第二光子(Photon)的情况下，也能够精度良好地对脉冲宽度tw时间内的第一以及第二光子针对SPAD10a～10an的到来数目进行计数。
＜第二实施方式＞
以下，对本公开的第二实施方式所涉及的光检测器进行说明。在第二实施方式所涉及的光检测器中，鉴别电路14a～14n的构成与第一实施方式所涉及的光检测器100的鉴别电路14a～14n的构成不同。以下，对该不同点进行说明。
以下，以鉴别电路14a为例进行说明。鉴别电路14b～14n具有与鉴别电路14a相同的构成以及功能，所以省略其说明。在本实施方式中，在SPAD10a的空载时间tD中再次射入了光子的情况下，鉴别电路14a根据射入了最初的光子的定时生成组合了规定的脉冲宽度的两个脉冲的输出信号。这里，优选使规定的脉冲宽度与光源的发光脉冲宽度tw一致。
如图5所示，鉴别电路14a能够构成为包含逆变器(比较器)20、第一延迟元件22a、第二延迟元件22b、第三延迟元件22c、第一与元件24a、第二与元件24b以及或元件26。在图6示出对该构成的鉴别电路14a的动作进行说明的时序图。
如图6所示，若从光源210送出并由被测定对象物TO反射的光子射入SPAD10a(参照附图标记S11)，则由于该光子的射入，而SPAD10a放电，其结果，猝熄元件12a的端子电压Va上升到基准电压VREF以上，从SPAD10a对逆变器20施加输出信号(时刻t11)。若施加来自SPAD10a的输出信号即猝熄元件12a的端子电压Va，则逆变器20对端子电压Va与基准电压VREF进行比较，由于端子电压Va为基准电压VREF以上，所以使作为矩形脉冲的输出脉冲A1上升为高电平。
另一方面，在光子未射入SPAD10a的状态下，端子电压Va小于基准电压VREF，所以逆变器20将其输出维持为低电平。
若射入的光子被SPAD10a检知到，则SPAD10a在经过规定的空载时间tD之前不能够检知光子。换句话说，SPAD10a的输出信号(端子电压Va)在经过空载时间tD之前维持在基准电压VREF以上。
这里，在SPAD10a的空载时间tD中，射入了下一个第二光子S12的情况下，从逆变器20输出的输出脉冲A1的脉冲宽度增大为超过通常时的空载时间tD，并在时刻t12，下降至规定的低电平。在本实施方式中，由于光子的到来，而输出脉冲A1成为高电平。在光子的空载时间中(tD以内)射入了下一个第二光子S12的情况下，在光子S12的空载时间后以低电平输出输出脉冲A1。即，在光子的空载时间tD中射入了光子S12的情况下，输出脉冲A1的输出脉冲宽度比未射入光子S12的情况大。
这里，根据本实施方式，在延迟元件22a输入有来自逆变器20的输出脉冲A1。若从逆变器20输入输出脉冲A1，则延迟元件22a使输出脉冲A1的变化(上升以及下降)延迟空载时间tD而作为输出脉冲B1输出。在本实施方式中，延迟元件22a构成第一延迟部。
若从延迟元件22a输入输出脉冲B1，则延迟元件22b使输出脉冲B1的变化(上升以及下降)延迟与光源的发光脉冲宽度tw对应的延迟时间tw而作为输出脉冲B2输出。即，延迟元件22a以及延迟元件22b使逆变器20的输出脉冲A1的变化(上升以及下降)延迟空载时间tD与延迟时间tw的加法值并作为输出脉冲B2输出。在本实施方式中，延迟元件22a和延迟元件22b构成第二延迟部。
若从逆变器20输入输出脉冲A1，则延迟元件22c使输出脉冲A1的变化(上升以及下降)延迟延迟时间tw并作为输出脉冲B3输出。在本实施方式中，延迟元件22c构成第三延迟部。
若从延迟元件22a输入输出脉冲B1，并且从延迟元件22b输入输出脉冲B2的反转值，则第一与元件24a计算它们的逻辑积并作为第一输出脉冲C1输出。即，由于输出脉冲B1是从第一光子S11的射入定时t11延迟了空载时间tD的脉冲，输出脉冲B2是进一步从该输出脉冲B1延迟了来自光源的规定的脉冲宽度tw后的脉冲，所以如图6所示，基于该逻辑积的第一输出脉冲C1成为具有脉冲宽度tw的与第一光子S11对应的输出脉冲。
若从逆变器20输入输出脉冲A1的反转值，并且从延迟元件22c输入输出脉冲B3，则第二与元件24b计算它们的逻辑积并作为第二输出脉冲C2输出。即，输出脉冲A1的下降定时t12表示第二光子S12的空载时间tD的结束，如图6所示，基于该输出脉冲A1与从上述定时t12延迟了来自光源的规定的脉冲宽度tw后的脉冲亦即输出脉冲B3的逻辑积的第二输出脉冲C2成为具有脉冲宽度tw的与第二光子S12对应的输出脉冲。
若从第一与元件24a输入第一输出脉冲C1，并且从第二与元件24b输入第二输出脉冲C2，则或元件26计算它们的逻辑和并作为输出信号D1输出。由此，鉴别电路14a基于来自SPAD10a的输出脉冲A1，输出组合了分别具有固定的脉冲宽度tw的两个第一以及第二输出脉冲C1以及C2的输出信号D1。在本实施方式中，延迟元件22a～22c、第一与元件24a、第二与元件24b构成脉冲转换电路。鉴别电路14b～14n也与鉴别电路14a相同地发挥作用。
如以上所述那样，在本实施方式所涉及的光检测器中，也与第一实施方式相同，考虑在第一光子S11射入SPAD10a之后，在基于该第一光子S11的检知的SPAD10a的空载时间tD中，第二光子S12射入SPAD10a的情况。
此时，若使来自鉴别电路14a的作为矩形脉冲的输出信号例如作为基于上述第一光子S11的脉冲宽度tw的固定宽度(tw)的矩形脉冲亦即输出信号X输出(参照图6)，则在第二光子S12的射入定时t12，来自鉴别电路14a的输出信号成为零，而难以对第二光子S12进行计数。
与此相对，根据本实施方式所涉及的光检测器，能够将来自逆变器20的输出脉冲A1转换为具有分别与实际的光子S11以及S12对应，并且具有对应的脉冲宽度tw的两个矩形脉冲C1以及C2的输出信号D1并输出。因此，即使在基于第一光子S11的检知的SPAD10a的空载时间tD中，第二光子S12射入了SPAD10a的情况下，也能够正确地对第一以及第二光子S11以及S12进行计数。即，根据本实施方式，即使在分别对SPAD10a1～10an射入第一光子(Photon)，并在基于该射入的空载时间期间中射入了第二光子(Photon)的情况下，也能够精度良好地对脉冲宽度tw时间内的第一以及第二光子针对SPAD10a～10an的到来数目进行计数。
此外，各鉴别电路14a～14n并不限定于图5所示的构成，只要同样地将从逆变器20输出的输出脉冲A1输出为具有脉冲宽度tw的两个矩形脉冲的输出信号D1即可。
＜比较例＞
如图7所示，比较例所涉及的鉴别电路30包含逆变器32、延迟元件34以及与元件36。在图8示出对鉴别电路30的动作进行说明的时序图。
逆变器32若施加猝熄元件的端子电压Va，则对端子电压Va与基准电压VREF进行比较，若端子电压Va为基准电压VREF以上，则输出作为高电平的输出脉冲A1A，若端子电压Va小于基准电压VREF，则输出作为低电平的输出脉冲A1A。延迟元件34若从逆变器32输入输出脉冲A1A，则使输出脉冲A1A的变化延迟延迟时间W而作为输出脉冲B1A输出。延迟时间W例如在1n秒以上20n秒以下。与元件36若从逆变器32输入输出脉冲A1A，并且从延迟元件34输入输出脉冲B1A的反转信号，则计算它们的逻辑积并输出。由此，鉴别电路30生成从来自SPAD的输出亦即端子电压Va变为基准电压VREF以上的时刻起具有规定的延迟时间W的脉冲宽度的矩形脉冲C1A并输出。
＜通过第一以及第二实施方式得到的效果＞
图9以及图10对使用了第一以及第二实施方式中的鉴别电路14的光检测器100、和使用了比较例的鉴别电路30的光检测器示出包含噪声的光子入射到受光部102时的、对应的光检测器中的信噪比(SNR)与噪声点火率的关系的模拟结果。在图9以及图10中，横轴表示标准化的噪声点火率，纵轴表示光检测器的输出的信噪比(SNR)。这里，标准化的噪声点火率是指对受光部102所包含的SPAD10a～10n由于干扰光等噪声的影响而进行反应的平均次数mN[count/s]乘以SPAD10a～10n的空载时间tD后的值(mN×tD)。
图9示出将输入信号的信噪比(SNR)设为3，将光源的发光脉冲宽度tw设为SPAD10a的空载时间tD的1/4时的模拟结果。图10示出将输入信号的信噪比(SNR)设为3，将光源的发光脉冲宽度tw设为SPAD10a的空载时间tD的1/2时的模拟结果。
在图9以及图10中，实线L1表示使用了比较例的鉴别电路30的光检测器中的模拟结果，虚线L2表示对使用了第一实施方式中的鉴别电路14的光检测器100的模拟结果，并且虚线L3表示对使用了第二实施方式中的鉴别电路14的光检测器100的模拟结果。
如图9以及图10所示，无论在哪种情况下，与使用比较例的鉴别电路30相比，使用第一以及第二实施方式中的鉴别电路14的光检测器100能够使信噪比(SNR)提高。
特别是，如图9所示，在发光脉冲宽度tw为空载时间tD的1/4时，不管标准化的噪声点火率，使用第二实施方式中的鉴别电路14的光检测器100的信噪比(SNR)都最良好。另外，在标准化的噪声点火率超过0.1的区域中，使用第一实施方式中的鉴别电路14的光检测器100的信噪比(SNR)也比以往的鉴别电路30提高。
另外，如图10所示，在发光脉冲宽度tw为空载时间tD的1/2时，不管标准化的噪声点火率，使用第一以及第二实施方式中的鉴别电路14的光检测器100的信噪比(SNR)都良好。特别是，若标准化的噪声点火率超过0.1，则也有使用第一实施方式中的鉴别电路14的光检测器100的信噪比(SNR)比使用第二实施方式中的鉴别电路14的光检测器100的信噪比(SNR)高的区域。
如以上所述，根据本公开，能够提供能够正确地对输入的光子进行计数的光检测器100。由此，能够使光检测器100的信噪比(SNR)提高。
附图标记说明
10(10a～10n)…单光子雪崩光电二极管，12(12a～12n)…猝熄元件，14(14a～14n)…鉴别电路，16…电流源，20…逆变器，22、22a、22b、22c…延迟元件，24、24a、24b…与元件，26…或元件，30…鉴别电路，32…逆变器，34…延迟元件，36…与元件，100…光检测器，102…受光部，104…鉴别部，106…信号处理部。

Claims (7)

1.一种光检测器，具备：
脉冲输出部，以具有规定的脉冲宽度的矩形脉冲输出来自受光元件的输出；以及
脉冲转换电路，将上述矩形脉冲转换为将上述矩形脉冲的上升沿和上述矩形脉冲的下降沿作为基准且具有与上述规定的脉冲宽度不同的脉冲宽度的矩形脉冲。
2.一种光检测器，具备：
阵列，具有多个受光元件；
多个鉴别电路，将分别来自上述多个受光元件的输出信号转换为整形矩形脉冲；以及
加法电路，将从上述多个鉴别电路输出的整形矩形脉冲相加，输出相加得到的加法信号，
各上述鉴别电路具备：
二值化电路，以具有规定的脉冲宽度(tp)的矩形脉冲输出来自对应的上述受光元件的输出信号；以及
脉冲转换电路，通过从上述矩形脉冲的脉冲宽度(tp)缩短差值(tD－tw)来将上述矩形脉冲转换为上述整形矩形脉冲，其中，上述差值(tD－tw)是从上述受光元件的空载时间(tD)减去规定的脉冲宽度(tw)得到的值。
3.根据权利要求2所述的光检测器，其中，
各上述鉴别电路的脉冲转换电路包含：
延迟部，通过使对应的上述矩形脉冲延迟上述差值(tD－tw)而输出输出脉冲；以及
与元件，输出对应的上述矩形脉冲与来自上述延迟部的输出脉冲的逻辑积。
4.一种光检测器，具备：
阵列，具有多个受光元件；
多个鉴别电路，将分别来自上述多个受光元件的输出信号转换为脉冲信号；以及
加法电路，将从上述多个鉴别电路输出的脉冲信号相加，输出相加得到的加法信号，
各上述鉴别电路具备：
二值化电路，以矩形脉冲输出来自对应的上述受光元件的输出信号；以及
脉冲转换电路，通过组合第一脉冲和第二脉冲来将上述矩形脉冲转换为上述脉冲信号，其中，上述第一脉冲将上述矩形脉冲的上升时刻作为基准且具有规定的脉冲宽度(tw)，上述第二脉冲将上述矩形脉冲的下降时刻作为基准且具有上述脉冲宽度(tw)。
5.根据权利要求4所述的光检测器，其中，
各上述鉴别电路的脉冲转换电路包含：
第一延迟部，通过使上述矩形脉冲延迟上述受光元件的空载时间(tD)而作为输出脉冲输出；
第二延迟部，通过使上述矩形脉冲延迟上述受光元件的空载时间tD与上述脉冲宽度(tw)的加法值而作为输出脉冲输出；
第三延迟部，通过使上述矩形脉冲延迟上述脉冲宽度(tw)而作为输出脉冲输出；
第一与元件，输出从上述第一延迟部输出的输出脉冲与从上述第二延迟部输出的输出脉冲的反转值的逻辑积作为上述第一脉冲；
第二与元件，输出上述矩形脉冲的反转值与从上述第三延迟部输出的输出脉冲的逻辑积作为上述第二脉冲；以及
或元件，输出从上述第一与元件输出的第一脉冲与从上述第二与元件输出的第二脉冲的逻辑和作为上述脉冲信号。
6.根据权利要求1～5中任意一项所述的光检测器，其中，
上述受光元件是在盖革模式下使用的雪崩光电二极管。
7.一种光学测距装置，具备：
光源，对测定对象物送出脉冲光；以及
权利要求1～6中任意一项所述的光检测器，
上述光学测距装置具备测定部，该测定部在从上述光源送出的脉冲光被从上述测定对象物反射并返回时，通过由上述光检测器接受作为该返回光的脉冲光，并测量从上述光源到被上述光检测器接受为止的上述脉冲光的飞行时间，来测定从上述光学测距装置到上述测定对象物为止的距离。
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