JP2009222586A - Photodetector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光検出装置に関するものである。 The present invention relates to a photodetection device.
車載用のレーダ装置として特許文献１に開示されたものが知られている。この文献に開示されたレーダ装置は、投光部からパルス光を投光し、そのパルス光が物体（例えば先行車両）で反射されてきたパルス光を受光部で受光して、そのパルス光の投光タイミングから受光タイミングまでに要する時間を求め、その時間に基づいて物体までの距離を検出する。また、投光部からパルス光の投光方向を２次元走査し、受光部では各々の投光方向について物体までの距離を検出する。これにより、物体までの距離だけでなく、物体が存在する方位をも検出することができる。
A vehicle-mounted radar device disclosed in
このようなレーダ装置において用いられるのに好適な光検出装置が特許文献２に開示されている。この文献に開示された光検出装置は、各々光入射強度に応じた値の電気信号を出力する複数の受光部と、これら複数の受光部のうちの選択された受光部から出力される電気信号を出力する選択部と、この選択部から選択されて出力される電気信号の値の総和に応じた値の電気信号を出力する加算部と、を備える。また、複数の受光部それぞれは、光入射に応じて電荷を発生し出力するフォトダイオードと、このフォトダイオードに接続されたトランスインピーダンスアンプと、を含む。 A photodetection device suitable for use in such a radar device is disclosed in Patent Document 2. The light detection device disclosed in this document includes a plurality of light receiving units each outputting an electric signal having a value corresponding to the light incident intensity, and an electric signal output from a selected light receiving unit among the plurality of light receiving units. And an adder that outputs an electrical signal having a value corresponding to the sum of the values of the electrical signals selected and output from the selection unit. Each of the plurality of light receiving units includes a photodiode that generates and outputs a charge in response to light incidence, and a transimpedance amplifier connected to the photodiode.
特許文献２に開示された光検出装置は、複数のフォトダイオードを備えることにより、個々のフォトダイオードの光感応領域の面積を小さくすることができて、個々のフォトダイオードを高速に動作させることができる。また、この光検出装置は、選択部および加算部を備えることにより、配列された複数のフォトダイオードのうちの選択したフォトダイオードに入射した光の強度の総和に応じた値の電気信号を加算部から出力することができる。 The photodetector disclosed in Patent Document 2 includes a plurality of photodiodes, so that the area of the photosensitive region of each photodiode can be reduced, and each photodiode can be operated at high speed. it can. In addition, the light detection device includes a selection unit and an addition unit, so that the addition unit outputs an electric signal having a value corresponding to the sum of the intensities of light incident on the selected photodiodes of the plurality of arranged photodiodes. Can be output from.
そして、この光検出装置は、投光部からのパルス光の投光方向（すなわち、そのパルス光の反射光の入射方向）に応じて、或いは、外乱光の入射方向や大きさに応じて、配列された複数のフォトダイオードのうちから適切な位置にあるフォトダイオードを選択して、その選択したフォトダイオードに入射した光の強度の総和に応じた値の電気信号を加算部から出力する。このようにすることにより、この光検出装置を用いたレーダ装置は高精度の物体検出をすることができるとされている。
しかしながら、特許文献２に開示された光検出装置は、選択しているフォトダイオードに光が入射していなくても、選択していないフォトダイオードに光が入射すると、加算部から出力される電気信号に歪み波形が現れる場合がある。この加算部から出力される電気信号に現れる歪み波形において値が大きいと、物体からの反射光の存在を示す信号であると判定されて、物体検出の精度に影響が生じる可能性がある。 However, the light detection device disclosed in Patent Document 2 is an electric signal output from the addition unit when light is incident on a non-selected photodiode even if light is not incident on the selected photodiode. May have a distorted waveform. If the value of the distortion waveform appearing in the electrical signal output from the adder is large, it is determined that the signal indicates the presence of reflected light from the object, which may affect the accuracy of object detection.
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、より高精度の物体検出をすることができるレーダ装置において好適に用いられ得る光検出装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a light detection device that can be suitably used in a radar device capable of detecting an object with higher accuracy.
本発明に係る光検出装置は、各々光入射強度に応じた値の電気信号を出力する複数の受光部と、これら複数の受光部のうちの選択された受光部から出力される電気信号を出力する選択部と、この選択部から選択されて出力される電気信号の値の総和に応じた値の電気信号を出力する加算部と、を備えることを特徴とする。さらに、本発明に係る光検出装置の複数の受光部それぞれは、(1) 光入射に応じて電荷を発生し出力するフォトダイオードと、(2) このフォトダイオードに接続された入力端子を有し、この入力端子に入力される電流の値に応じた電圧信号を出力するトランスインピーダンスアンプと、(3)接地電位に接続される第１接地用共通配線とトランスインピーダンスアンプの接地端子との間に設けられる第１スイッチと、(4) 接地電位に接続される第２接地用共通配線とトランスインピーダンスアンプの接地端子との間に設けられる第２スイッチと、を含むことを特徴とする。 The light detection device according to the present invention outputs a plurality of light receiving units each outputting an electric signal having a value corresponding to the light incident intensity, and outputs an electric signal output from a selected light receiving unit among the plurality of light receiving units. And an adder that outputs an electric signal having a value corresponding to a sum of values of electric signals selected and output from the selecting unit. Further, each of the plurality of light receiving portions of the photodetector according to the present invention has (1) a photodiode that generates and outputs charges in response to light incidence, and (2) an input terminal connected to the photodiode. The transimpedance amplifier that outputs a voltage signal corresponding to the value of the current input to the input terminal, and (3) between the first ground common wiring connected to the ground potential and the ground terminal of the transimpedance amplifier. A first switch provided; and (4) a second switch provided between a second ground common line connected to the ground potential and the ground terminal of the transimpedance amplifier.
本発明に係る光検出装置では、複数の受光部それぞれにおいて、光入射に応じてフォトダイオードで発生して出力される電荷は、トランスインピーダンスアンプの入力端子に電流信号として出力される。トランスインピーダンスアンプからは、入力端子に入力される電流の値に応じた電圧信号が出力される。複数の受光部それぞれからは、各々光入射強度に応じた値の電気信号が出力される。選択部により、これら複数の受光部のうちの選択された受光部から出力される電気信号が加算部へ出力され、そして、加算部により、選択部から選択されて出力される電気信号の値の総和に応じた値の電気信号が出力される。 In the light detection device according to the present invention, in each of the plurality of light receiving units, the charge generated and output by the photodiode in response to light incidence is output as a current signal to the input terminal of the transimpedance amplifier. A voltage signal corresponding to the value of the current input to the input terminal is output from the transimpedance amplifier. Each of the plurality of light receiving units outputs an electric signal having a value corresponding to the light incident intensity. The selection unit outputs an electrical signal output from the selected light receiving unit among the plurality of light receiving units to the addition unit, and the addition unit selects the value of the electrical signal selected and output from the selection unit. An electric signal having a value corresponding to the sum is output.
特に、本発明に係る光検出装置では、複数の受光部それぞれは第１スイッチおよび第２スイッチを含み、第１スイッチは、接地電位に接続される第１接地用共通配線とトランスインピーダンスアンプの接地端子との間に設けられ、また、第２スイッチは、接地電位に接続される第２接地用共通配線とトランスインピーダンスアンプの接地端子との間に設けられている。このような第１スイッチおよび第２スイッチが設けられていることにより、各受光部に含まれるトランスインピーダンスアンプに瞬間的に大きな電流が流れることに因り該トランスインピーダンスアンプの接地端子の電位が変動したとしても、加算部から出力される電気信号の波形における歪みが低減される。 In particular, in the light detection device according to the present invention, each of the plurality of light receiving units includes a first switch and a second switch, and the first switch is connected to the ground common for the first ground and the transimpedance amplifier connected to the ground potential. The second switch is provided between the second ground common line connected to the ground potential and the ground terminal of the transimpedance amplifier. Since the first switch and the second switch are provided, the potential of the ground terminal of the transimpedance amplifier fluctuates due to a momentary large current flowing through the transimpedance amplifier included in each light receiving unit. However, distortion in the waveform of the electrical signal output from the adder is reduced.
本発明に係る光検出装置は、(a) 複数の受光部それぞれが、トランスインピーダンスアンプから出力される電圧信号を電流信号に変換して該電流信号を出力するトランスコンダクタンスアンプを更に含み、(b)選択部が、複数の受光部のうちの選択された受光部に含まれるトランスコンダクタンスアンプから出力される電流信号を出力し、(c) 加算部が、選択部から選択されて出力される電流信号の値の総和に応じた値の電圧信号を出力する加算用トランスインピーダンスアンプを含む、のが好適である。 The photodetector according to the present invention further includes (a) a transconductance amplifier in which each of the plurality of light receiving units converts a voltage signal output from the transimpedance amplifier into a current signal and outputs the current signal, (b) ) The selection unit outputs a current signal output from the transconductance amplifier included in the selected light receiving unit among the plurality of light receiving units, and (c) the current that is selected and output from the selection unit. It is preferable to include an adding transimpedance amplifier that outputs a voltage signal having a value corresponding to the sum of the signal values.
本発明に係る光検出装置は、選択部における選択動作を制御するとともに、複数の受光部それぞれに含まれる第１スイッチおよび第２スイッチそれぞれの開閉動作を制御する制御部を更に備えることを特徴とする。そして、この制御部は、選択部において選択されている受光部に含まれる第１スイッチを閉じるとともに第２スイッチを開き、選択部において選択されていない受光部に含まれる第１スイッチを開くとともに第２スイッチを閉じる、ことを特徴とする。 The photodetecting device according to the present invention further includes a control unit that controls a selection operation in the selection unit and controls an opening / closing operation of each of the first switch and the second switch included in each of the plurality of light receiving units. To do. The control unit closes the first switch included in the light receiving unit selected by the selection unit and opens the second switch, and opens the first switch included in the light receiving unit not selected by the selection unit and 2 The switch is closed.
本発明に係る光検出装置は、より高精度の物体検出をすることができるレーダ装置において好適に用いられ得る。 The light detection device according to the present invention can be suitably used in a radar device capable of detecting an object with higher accuracy.
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
図１は、本実施形態に係る光検出装置１の構成を示す図である。この図に示される光検出装置１は、Ｍ個の受光部１０１〜１０Ｍ，選択部２０，加算部３０および制御部４０を備える。Ｍ個の受光部１０１〜１０Ｍは共通の構成を有している。ここで、Ｍは２以上の整数であり、以下に登場するｍは１以上Ｍ以下の各整数である。
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a
各受光部１０ｍは、各々光入射強度に応じた値の電気信号を出力する。選択部２０は、Ｍ個の受光部１０１〜１０Ｍのうちの選択された受光部から出力される電気信号を出力する。加算部３０は、この選択部２０から選択されて出力される電気信号の値の総和に応じた値の電気信号を出力する。制御部４０は、選択部３０における選択動作を制御するとともに、各受光部１０ｍに含まれる第１スイッチＳＷ１および第２スイッチＳＷ２それぞれの開閉動作を制御する。
Each light receiving unit 10 m outputs an electric signal having a value corresponding to the light incident intensity. The
各受光部１０ｍは、フォトダイオードＰＤ，トランスインピーダンスアンプ１１，トランスコンダクタンスアンプ１２，容量素子Ｃ，第１スイッチＳＷ１および第２スイッチＳＷ２を含む。また、トランスインピーダンスアンプ１１はアンプＡ１１および帰還抵抗器Ｒ１１を有する。
Each light receiving unit 10 m includes a photodiode PD, a
各受光部１０ｍに含まれるフォトダイオードＰＤは、光入射に応じて電荷を発生し出力する。これらＭ個のフォトダイオードＰＤは、１次元状（または２次元状）に配列されている。フォトダイオードＰＤのカソード端子は、カソード用共通配線Ｗｋおよびコモン抵抗器Ｒｋを介して基準電位Ｖddに接続される。トランスインピーダンスアンプ１１は、フォトダイオードＰＤのアノード端子に接続された入力端子を有し、この入力端子に入力される電流の値に応じた電圧信号を出力する。トランスコンダクタンスアンプ１２は、トランスインピーダンスアンプ１１から出力される電圧信号を電流信号に変換して、該電流信号を出力する。
Photodiode PD included in each of the light receiving portion 10 m is generated and outputs the electric charge in response to light incidence. These M photodiodes PD are arranged one-dimensionally (or two-dimensionally). The cathode terminal of the photodiode PD is connected to a reference potential Vdd via the common wiring W k and the common resistor R k for the cathode. The
各受光部１０ｍに含まれる容量素子Ｃは、交流的に浮遊状態とされる容量素子用共通配線ＷＣとトランスインピーダンスアンプ１１の入力端子との間に設けられる。容量素子Ｃの容量値は例えば１ｐＦである。容量素子用共通配線ＷＣは、例えば１００ＭΩの高抵抗値の抵抗器ＲＣを介して接地される。この抵抗器ＲＣは設けられなくてもよい。
The capacitor C included in each light receiving portion 10 m is provided between the input terminal of the AC common wiring capacitance element is in a floating state W C and the
各受光部１０ｍに含まれる第１スイッチＳＷ１は、トランスインピーダンスアンプ１１の接地端子と第１接地用共通配線Ｗ１との間に設けられる。また、各受光部１０ｍに含まれる第２スイッチＳＷ２は、トランスインピーダンスアンプ１１の接地端子と第２接地用共通配線Ｗ２との間に設けられる。第１接地用共通配線Ｗ１および第２接地用共通配線Ｗ２それぞれは接地される。ただし、第１接地用共通配線Ｗ１は、寄生インダクタンスＬｐ１および寄生抵抗Ｒｐ１を有する。また、第２接地用共通配線Ｗ２は、寄生インダクタンスＬｐ２および寄生抵抗Ｒｐ２を有する。
First switch SW1 included in each light receiving portion 10 m is provided between the common wiring W 1 for ground terminal and the first ground of the
選択部２０は、Ｍ個のスイッチＳＷ１〜ＳＷＭを含む。各スイッチＳＷｍの一端は、受光部１０ｍに含まれるトランスコンダクタンスアンプ１２の出力端子に接続されている。Ｍ個のスイッチＳＷ１〜ＳＷＭそれぞれの他端は、共通にされて、加算部３０に含まれる加算用トランスインピーダンスアンプ３１の入力端子に接続されている。Ｍ個のスイッチＳＷ１〜ＳＷＭそれぞれは、制御部４０により開閉制御される。選択部２０は、Ｍ個のスイッチＳＷ１〜ＳＷＭのうち閉じているスイッチに対応する受光部に含まれるトランスコンダクタンスアンプ１２から出力される電流信号を選択的に加算部３０へ出力する。
The
加算部３０は加算用トランスインピーダンスアンプ３１を含む。加算用トランスインピーダンスアンプ３１はアンプＡ３１および帰還抵抗器Ｒ３１を有する。加算用トランスインピーダンスアンプ３１は、選択部２０から選択的に出力される電流信号の総和を入力して、その総和に応じた値の電圧信号を出力する。
The adding
制御部４０は、選択部２０に含まれるＭ個のスイッチＳＷ１〜ＳＷＭそれぞれの開閉動作を制御することで、選択部３０における選択動作を制御する。また、制御部４０は、各受光部１０ｍに含まれる第１スイッチＳＷ１および第２スイッチＳＷ２それぞれの開閉動作を制御する。制御部４０は、選択部２０において選択されている受光部（すなわち、Ｍ個のスイッチＳＷ１〜ＳＷＭのうち閉じているスイッチに対応する受光部）に含まれる第１スイッチＳＷ１を閉じるとともに第２スイッチＳＷ２を開く。制御部４０は、選択部２０において選択されていない受光部（すなわち、Ｍ個のスイッチＳＷ１〜ＳＷＭのうち開いているスイッチに対応する受光部）に含まれる第１スイッチＳＷ１を開くとともに第２スイッチＳＷ２を閉じる。
The
図２は、本実施形態に係る光検出装置１における受光部１０ｍの選択ならびに第１スイッチＳＷ１および第２スイッチＳＷ２それぞれの開閉動作のタイミングを示すタイミングチャートである。この図に示されるように、受光部１０ｍが選択されるときには、第１スイッチＳＷ１は閉じるとともに、第２スイッチＳＷ２は開く。一方、受光部１０ｍが選択されないときには、第１スイッチＳＷ１は開くとともに、第２スイッチＳＷ２は閉じる。ただし、各受光部１０ｍにおいて、第１スイッチＳＷ１および第２スイッチＳＷ２が共に開いている期間が存在しないようにするのが好ましく、一方のスイッチを閉じてから一定時間（例えば１００ｎｓ）だけ経過して他方のスイッチを開くのが好ましい。
Figure 2 is a timing chart showing the selection and timing of the opening and closing operation of each of the first switch SW1 and the second switch SW2 of the light receiving portion 10 m in the
次に、本実施形態に係る光検出装置１の動作について説明する。ここでは、特許文献１に開示されたレーダ装置において光検出装置１が用いられる場合の光検出装置１の動作について説明する。レーダ装置では、投光部からパルス光が投光されるとともに、その投光方向が２次元走査される。そのパルス光が物体で反射されると、そのパルス光の反射光はレンズ系を経て光検出装置１のフォトダイオードＰＤに入力される。また、光検出装置１のフォトダイオードＰＤには外乱光も入力される。
Next, the operation of the
各受光部１０ｍでは、フォトダイオードＰＤに光が入力されると、そのフォトダイオードＰＤから光入射強度に応じた量の電荷が発生し出力される。フォトダイオードＰＤから出力される電荷は、トランスインピーダンスアンプ１１の入力端子に電流信号として入力される。トランスインピーダンスアンプ１１では、入力端子に入力された電流が帰還抵抗器Ｒ１１を流れることで、アンプＡ１１の出力端における電圧値が変化する。これにより、トランスインピーダンスアンプ１１では、入力端子に入力される電流の値に応じた電圧信号が出力される。トランスインピーダンスアンプ１１から出力される電圧信号は、トランスコンダクタンスアンプ１２に入力される。トランスコンダクタンスアンプ１２では、入力される電圧信号が電流信号に変換されて、この電流信号が出力される。
In each light receiving unit 10 m , when light is input to the photodiode PD, an amount of electric charge corresponding to the light incident intensity is generated and output from the photodiode PD. The charge output from the photodiode PD is input to the input terminal of the
選択部２０では、制御部４０により制御されて、Ｍ個のスイッチＳＷ１〜ＳＷＭのうち何れかのスイッチが閉じ、他のスイッチが開く。なお、Ｍ個のスイッチＳＷ１〜ＳＷＭのうち複数または全てが閉じる場合もある。Ｍ個のスイッチＳＷ１〜ＳＷＭのうち閉じているスイッチに対応する受光部に含まれるトランスコンダクタンスアンプ１２から出力される電流信号が、選択的に選択部２０から加算部３０へ出力される。この選択は、投光部からのパルス光の投光方向（すなわち、そのパルス光の反射光の入射方向）に応じて、或いは、外乱光の入射方向や大きさに応じて、行われる。
In the
加算部３０では、選択部２０から選択的に出力される電流信号の総和が加算用トランスインピーダンスアンプ３１に入力される。加算用トランスインピーダンスアンプ３１では、入力端子に入力された電流が帰還抵抗器Ｒ３１を流れることで、アンプＡ３１の出力端における電圧値が変化する。これにより、加算用トランスインピーダンスアンプ３１では、入力端子に入力される電流の値に応じた電圧信号が出力される。
In the
すなわち、加算部３０から出力される電圧信号の値は、選択部２０においてＭ個のスイッチＳＷ１〜ＳＷＭのうち閉じているスイッチに対応する受光部に含まれるフォトダイオードＰＤに入力される光の強度の総和に応じたものとなる。このようにして、選択部２０における選択動作より、Ｍ個の受光部１０１〜１０Ｍは、加算部３０の出力に寄与する受光部（以下「選択受光部」という。）と、加算部３０の出力に寄与しない受光部（以下「非選択受光部」という。）と、に区分される。なお、Ｍ個の受光部１０１〜１０Ｍのうち複数または全てが選択受光部となる場合もある。
That is, the value of the voltage signal output from the adding
ここで、図１に示される構成において各受光部１０ｍから容量素子Ｃ，第１スイッチＳＷ１および第２スイッチＳＷ２を取り除いた比較例の構成の場合を考える。この比較例の場合、選択受光部に含まれるフォトダイオードＰＤに光が入射していなくても、非選択受光部に含まれるフォトダイオードＰＤに光が入射すると、加算部３０から出力される電気信号に歪み波形が現れる場合がある。この加算部３０から出力される電気信号に現れる歪み波形において値が大きいと、物体からの反射光の存在を示す信号であると判定されて、物体検出の精度に影響が生じる可能性がある。
Here, consider the case of the light receiving portions 10 volumes from m elements C, of the comparative example removing the first switch SW1 and second switch SW2 configured in the configuration shown in FIG. In the case of this comparative example, even if light is not incident on the photodiode PD included in the selective light receiving unit, an electrical signal output from the adding
この比較例において、加算部３０から出力される電気信号に歪み波形が現れる要因として、各受光部１０ｍに含まれるトランスインピーダンスアンプ１１に瞬間的に大きな電流が流れることに因り、トランスインピーダンスアンプ１１の接地端子の電位が変動すること（以下「接地端子電位変動要因」という。）が考えられる。また、各受光部１０ｍに含まれるフォトダイオードＰＤのカソード端子が共通に接続されているコモン抵抗器Ｒｋに電流が流れることに因り、フォトダイオードＰＤのカソード端子の電位が変動すること（以下「ＰＤ端子電位変動要因」という。）も考えられる。
In this comparative example, the cause of the distortion waveform appearing in the electrical signal output from the
そこで、本実施形態に係る光検出装置１は、接地端子電位変動要因に因る影響を低減するために、各受光部１０ｍが第１スイッチＳＷ１および第２スイッチＳＷ２を含む。また、本実施形態に係る光検出装置１は、ＰＤ端子電位変動要因に因る影響を低減するために、各受光部１０ｍが容量素子Ｃを含む。
Therefore, in the
以下では、図３および図４を用いて、接地端子電位変動要因およびＰＤ端子電位変動要因について説明するとともに、本実施形態において各受光部１０ｍが容量素子Ｃ，第１スイッチＳＷ１および第２スイッチＳＷ２を含むことに因る作用効果について説明する。 Hereinafter, the ground terminal potential variation factor and the PD terminal potential variation factor will be described with reference to FIGS. 3 and 4, and in the present embodiment, each light receiving unit 10 m includes the capacitive element C, the first switch SW1, and the second switch. The effect of including SW2 will be described.
図３は、本実施形態に係る光検出装置１の構成の一部を示す図である。この図には２つの受光部１０１および受光部１０２が示されており、受光部１０１を非選択受光部とし、受光部１０２を選択受光部とする。すなわち、非選択受光部１０１では、第１スイッチＳＷ１が開き、第２スイッチＳＷ２が閉じている。一方、選択受光部１０２では、第１スイッチＳＷ１が閉じ、第２スイッチＳＷ２が開いている。
FIG. 3 is a diagram illustrating a part of the configuration of the
図４は、図３に構成の一部が示される光検出装置１の各位置における電気信号の波形を模式的に示す図である。この図では、非選択受光部１０１に含まれるフォトダイオードＰＤに反射光（投光部から投光されたパルス光の反射光）が入射する一方、選択受光部１０２に含まれるフォトダイオードＰＤに光が入射しない場合において、光検出装置１の各位置における電気信号の波形が模式的に示されている。図４（Ａ）〜（Ｊ）は、図３中の位置（Ａ）〜（Ｊ）における電気信号波形を示している。
FIG. 4 is a diagram schematically showing the waveform of the electrical signal at each position of the
投光部から投光されたパルス光の反射光が非選択受光部１０１のフォトダイオードＰＤに入射すると、フォトダイオードＰＤのカソード端子が接続されているコモン抵抗器Ｒｋに電流が流れ、これに因りフォトダイオードＰＤのカソード端子の電位が変動する（図４（Ａ））。また、非選択受光部１０１においてフォトダイオードＰＤからトランスインピーダンスアンプ１１の入力端子へ電流信号のパルスが入力される（図４（Ｂ））。そして、このトランスインピーダンスアンプ１１の入力端子と容量素子Ｃを介して接続されている容量素子用共通配線ＷＣの電位も変動する（図４（Ｃ））。容量素子用共通配線ＷＣの電位はトランスインピーダンスアンプ１１の入力端子へ流れ込む電流信号を微分した波形となる。また、非選択受光部１０１のトランスインピーダンスアンプ１１からは、トランスインピーダンスアンプ１１の入力端子に入力される電流信号に応じた電圧信号のパルスが出力される（図４（Ｈ））。
When the reflected light of projected pulse light from the light projecting portion is incident on the photodiode PD of the non-selection receiving unit 10 1, a current flows through the common resistor R k where the cathode terminal of the photodiode PD is connected, this Therefore, the potential of the cathode terminal of the photodiode PD varies (FIG. 4A). The pulse of the non-selected current signal from the photodiode PD in the light-receiving unit 10 1 to the input terminal of the
一方、投光部から投光されたパルス光の反射光は選択受光部１０２のフォトダイオードＰＤに入射しない。しかし、フォトダイオードＰＤが接合容量を有していることから、図４（Ａ）に示されるようにフォトダイオードＰＤのカソード端子の電位が変動すると、選択受光部１０２のトランスインピーダンスアンプ１１の入力端子へ電流信号の歪みが入力される（図４（Ｄ））。選択受光部１０２において、フォトダイオードＰＤからトランスインピーダンスアンプ１１の入力端子に入力される電流信号の歪み波形（図４（Ｄ））は、フォトダイオードＰＤのカソード端子の電位の波形（図４（Ａ））が微分されたものとなる。
On the other hand, the reflected light of the projected pulse light from the light emitting unit does not enter the photodiode PD of a selected light receiving unit 10 2. However, since the photodiode PD has a junction capacitance, the potential of the cathode terminal of the photodiode PD as shown in FIG. 4 (A) varies, the input of the
選択受光部１０２において、フォトダイオードＰＤからトランスインピーダンスアンプ１１の入力端子に入力される電流信号の歪み波形（図４（Ｄ））は、トランスインピーダンスアンプ１１の出力端子から出力されるときには、反転された電圧信号の歪み波形となる（図４（Ｉ））。このようなトランスインピーダンスアンプ１１の出力電圧信号の歪み波形（図４（Ｉ））は、トランスコンダクタンスアンプ１２，選択部２０のスイッチＳＷ２および加算部３０を経て、光検出装置１の出力となる。この加算部３０から出力される電気信号に現れる歪み波形において値が大きいと、物体からの反射光の存在を示す信号であると判定されて、物体検出の精度に影響が生じる可能性がある。
In selecting the light receiving unit 10 2, the strain waveform of the current signal input from the photodiode PD to the input terminal of the transimpedance amplifier 11 (FIG. 4 (D)), when output from the output terminal of the
しかし、本実施形態に係る光検出装置１では、各受光部１０ｍが第１スイッチＳＷ１および第２スイッチＳＷ２を含み、非選択受光部１０１では第１スイッチＳＷ１が開いて第２スイッチＳＷ２が閉じている一方で、選択受光部１０２では第１スイッチＳＷ１が閉じて第２スイッチＳＷ２が開いていることにより、非選択受光部１０１のトランスインピーダンスアンプ１１に瞬間的に大きな電流が流れて該トランスインピーダンスアンプ１１の接地端子の電位が変動しても（図４（Ｇ））、選択受光部１０２のトランスインピーダンスアンプ１１の接地端子の電位には影響が及ばない（図４（Ｆ））。したがって、本実施形態に係る光検出装置１では、物体検出の精度が高くなる。
However, in the
また、本実施形態に係る光検出装置１では、各受光部１０ｍが容量素子Ｃを含むことにより、選択受光部１０２のトランスインピーダンスアンプ１１の入力端子に入力される電流信号は、上記のようにフォトダイオードＰＤのカソード端子の電位の波形（図４（Ａ））が微分された波形（図４（Ｄ））に、容量素子用共通配線ＷＣの電位の波形（図４（Ｃ））が容量素子Ｃにより伝えられた波形（図４（Ｅ））が重畳されたものとなる。このとき、図４（Ｄ）の波形と図４（Ｅ）の波形とは互いに逆位相となる。したがって、選択受光部１０２のトランスインピーダンスアンプ１１の入力端子に入力される電流信号は、図４（Ｄ）の波形に図４（Ｅ）の波形が重畳されることで、歪みが小さくなる。このような重畳されて歪みが低減された電流信号がトランスインピーダンスアンプ１１の入力端子に入力されるので、加算部３０から出力される電気信号に現れる歪み波形（図４（Ｊ））において値が小さくなり、物体検出の精度が更に高くなる。
In the
図５〜図９は、図３に構成の一部が示される光検出装置１の各位置における電気信号の波形についてのシミュレーション結果を示す図である。ここでも、非選択受光部１０１に含まれるフォトダイオードＰＤに反射光（投光部から投光されたパルス光の反射光）が入射する一方、選択受光部１０２に含まれるフォトダイオードＰＤに光が入射しないとする。レーダ装置の投光部から出力されるパルス光のパルス幅を例えば１００ｎ秒とする。また、コモン抵抗器Ｒｋの抵抗値を例えば１０Ωとする。
5 to 9 are diagrams showing simulation results on the waveforms of the electrical signals at the respective positions of the
図５は、各受光部１０ｍが容量素子Ｃ，第１スイッチＳＷ１および第２スイッチＳＷ２の何れをも含まない比較例の構成の場合における選択受光部１０２のトランスインピーダンスアンプ１１の出力信号波形を示す図である。この図５は図４（Ｉ）に相当する。この図に示されるように、選択受光部１０２のフォトダイオードＰＤに光が入射していなくても、非選択受光部１０１のフォトダイオードＰＤに光が入射すると、選択受光部１０２のトランスインピーダンスアンプ１１の出力信号に歪み波形が現れる。この歪み波形において値が大きいと、物体からの反射光の存在を示す信号であると判定されて、物体検出の精度に影響が生じる可能性がある。
5, each of the light receiving portion 10 m the capacitor C, the output signal waveform of the first switch SW1 and the
図６は、コモン抵抗器Ｒｋに電流が流れてフォトダイオードＰＤのカソード端子の電位が変動することに因り生じる選択受光部１０２のトランスインピーダンスアンプ１１の入力信号波形を示す図である。この図６は図４（Ｄ）に相当する。図７は、各受光部１０ｍが容量素子Ｃを含むことに因り生じる選択受光部１０２のトランスインピーダンスアンプ１１の入力信号波形を示す図である。この図７は図４（Ｅ）に相当する。図６（図４（Ｄ））と図７（図４（Ｅ））とを対比して判るとおり、両者の波形は互いに逆位相となる。
Figure 6 is a diagram showing an input signal waveform of the common resistor R k a current flows through the photodiode transimpedance potential of the cathode terminal of a more results selected light receiving unit 10 2 to fluctuations in the
図８は、選択受光部１０２のトランスインピーダンスアンプ１１の入力信号波形を示す図である。この図８は、図６および図７それぞれに示される信号波形が重畳されたものであり、信号波形における歪みが小さくなっている。図９は、選択受光部１０２のトランスインピーダンスアンプ１１の出力信号波形を示す図である。図８および図９それぞれにおいて、実線は本実施形態の場合の信号波形を示し、破線は比較例の場合の信号波形を示す。このように、本実施形態におけるトランスインピーダンスアンプ１１の出力信号波形は、比較例におけるトランスインピーダンスアンプ１１の出力信号波形と比べて、歪みが小さい。したがって、本実施形態では物体検出の精度が高くなる。
Figure 8 is a diagram showing an input signal waveform of the
以上のように、本実施形態に係る光検出装置１は、各受光部１０ｍが第１スイッチＳＷ１および第２スイッチＳＷ２を含むことにより、高精度の物体検出をすることができるレーダ装置において好適に用いられ得る。また、本実施形態に係る光検出装置１は、各受光部１０ｍが容量素子Ｃを更に含むことにより、更に高精度の物体検出をすることができるレーダ装置において好適に用いられ得る。
As described above, the
本実施形態においては、選択部２０を独立したスイッチ群として述べたが、この形に限るものではない。各受光部１０ｍに含まれるトランスコンダクタンスアンプ１２の動作を制御することにより、各受光部１０ｍの選択を実現してもよい。
Although the
１…光検出装置、１０１〜１０Ｍ…受光部、１１…トランスインピーダンスアンプ、１２…トランスコンダクタンスアンプ、２０…選択部、３０…加算部、３１…加算用トランスインピーダンスアンプ、４０…制御部、Ｃ…容量素子、ＰＤ…フォトダイオード、ＳＷ１…第１スイッチ、ＳＷ２…第２スイッチ。 1 ... photodetector, 10 1 to 10 M ... receiving unit, 11 ... transimpedance amplifier, 12 ... transconductance amplifier, 20 ... selection unit, 30 ... adding unit, 31 ... summing transimpedance amplifier, 40 ... control unit, C: Capacitance element, PD: Photodiode, SW1: First switch, SW2: Second switch.
Claims (3)
前記複数の受光部それぞれが、
光入射に応じて電荷を発生し出力するフォトダイオードと、
このフォトダイオードに接続された入力端子を有し、この入力端子に入力される電流の値に応じた電圧信号を出力するトランスインピーダンスアンプと、
接地電位に接続される第１接地用共通配線と前記トランスインピーダンスアンプの接地端子との間に設けられる第１スイッチと、
接地電位に接続される第２接地用共通配線と前記トランスインピーダンスアンプの接地端子との間に設けられる第２スイッチと、
を含む、
ことを特徴とする光検出装置。 From each of the plurality of light receiving units that output an electric signal having a value corresponding to the light incident intensity, a selection unit that outputs an electric signal output from a selected light receiving unit among the plurality of light receiving units, and the selection unit An adder that outputs an electrical signal having a value corresponding to a sum of values of electrical signals that are selected and output;
Each of the plurality of light receiving units is
A photodiode that generates and outputs charges in response to light incidence; and
A transimpedance amplifier having an input terminal connected to the photodiode and outputting a voltage signal corresponding to the value of the current input to the input terminal;
A first switch provided between a first ground common line connected to a ground potential and a ground terminal of the transimpedance amplifier;
A second switch provided between a second ground common line connected to the ground potential and the ground terminal of the transimpedance amplifier;
including,
An optical detection device characterized by that.
前記選択部が、前記複数の受光部のうちの選択された受光部に含まれる前記トランスコンダクタンスアンプから出力される電流信号を出力し、
前記加算部が、前記選択部から選択されて出力される電流信号の値の総和に応じた値の電圧信号を出力する加算用トランスインピーダンスアンプを含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の光検出装置。 Each of the plurality of light receiving units further includes a transconductance amplifier that converts the voltage signal output from the transimpedance amplifier into a current signal and outputs the current signal,
The selection unit outputs a current signal output from the transconductance amplifier included in the selected light receiving unit among the plurality of light receiving units,
The addition unit includes an addition transimpedance amplifier that outputs a voltage signal having a value corresponding to a sum of values of current signals selected and output from the selection unit,
The photodetection device according to claim 1.
前記制御部が、
前記選択部において選択されている受光部に含まれる前記第１スイッチを閉じるとともに前記第２スイッチを開き、
前記選択部において選択されていない受光部に含まれる前記第１スイッチを開くとともに前記第２スイッチを閉じる、
ことを特徴とする請求項１に記載の光検出装置。 The control unit further controls a selection operation in the selection unit, and further controls a switching operation of each of the first switch and the second switch included in each of the plurality of light receiving units,
The control unit is
Closing the first switch included in the light receiving unit selected by the selection unit and opening the second switch;
Opening the first switch included in the light receiving unit not selected in the selection unit and closing the second switch;
The photodetection device according to claim 1.
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