JP6643270B2 - 光検出器 - Google Patents
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Description
つまり、ガイガーモードで動作するAPDは、SPADと呼ばれ、逆バイアス電圧は降伏電圧よりも高い電圧値に設定される。なお、SPADは、Single Photon Avalanche Diode の略である。
まず、SPADを利用する光検出器では、SPADに降伏電圧を超える逆バイアス電圧を印加し、SPADにフォトンが入射して、SPADがブレイクダウンしたときに流れる電流に基づき、検出信号を出力する。
[第1実施形態]
図1に示すように、第1実施形態の光検出器1Aは、SPAD4と、クエンチング抵抗6と、パルス変換部8とを含む検出部2を備える。
クエンチング抵抗6は、SPAD4にフォトンが入射して、SPAD4がブレイクダウンしたときに、SPAD4に流れる電流により、電圧降下を発生して、SPAD4のガイガー放電を停止させるものである。
パルス幅比較部20は、デジタルパルスV2のパルス幅Tpと基準パルス幅との差△Tを求めることで、エクセス電圧VEXの基準エクセス電圧からのずれを、逆バイアス電圧VSPADの調整量として設定するものであり、本開示の調整量設定部として機能する。
[第2実施形態]
図3に示すように、第2実施形態の光検出器1Bは、基本構成は第1実施形態の光検出器1Aと同じであり、第1実施形態と異なる点は、本開示の調整量設定部として、パルス幅比較部20に代えて、パルス幅比較回路24を備えている点である。
図3に示すように、本実施形態の光検出器1Bには、パルス変換部8から出力されるデジタルパルスV2の立ち上がりタイミングに同期して、一定パルス幅の基準パルスを発生する基準パルス発生器22が備えられている。
[第3実施形態]
図4に示すように、第3実施形態の光検出器1Cは、基本構成は第1実施形態の光検出器1Aと同じであり、第1実施形態と異なる点は、本開示の調整量設定部として、パルス幅比較部20に代えて、電圧変換部30と電圧比較回路36とを備えている点である。
電圧変換部30は、パルス変換部8から出力されるデジタルパルスV2を、デジタルパルスV2のパルス幅に応じた電圧値の電圧信号に変換するものであり、バッファ31を介してデジタルパルスV2を取り込み、コンデンサ32を充電するよう構成されている。
[第4実施形態]
上述した第1実施形態から第3実施形態の光検出器1A〜1Cにおいては、デジタルパルスV2のパルス幅からSPAD4のエクセス電圧VEXを検知するものとして説明した。
[第1変形例]
例えば、上記各実施形態では、調整量設定部として機能するパルス幅比較部20、パルス幅比較回路24、及び、電圧比較回路36は、単に、検出部2からの出力であるデジタルパルスV2又は検出信号V1に基づき、調整量を設定するものとして説明した。
また、平均化部28は、検出部2からの出力を複数回測定して、平均を求め、パルス幅比較部20等の調整量設定部に入力するように構成してもよい。
[第2変形例]
また、上記平均化部28を含め、パルス幅比較部20、パルス幅比較回路24、及び、電圧比較回路36は、一定周期のクロックに同期して動作する同期回路の一つとして構成することもできる。
つまり、S140では、パルス幅のカウント値が設定値よりも小さい場合には逆バイアス電圧VSPADを上昇させ、パルス幅のカウント値が設定値よりも大きい場合には逆バイアス電圧VSPADを低下させるように、電圧制御部10に出力する電圧制御信号を変化させる。
[第3変形例]
また、上記各実施形態では、単にSPAD4からの出力に基づきSPAD4に印加する逆バイアス電圧を制御するものとして説明したが、逆バイアス電圧が制御されるSPAD4は温度補償専用のものとしてもよい。
Claims (4)
- SPAD(4)を備え、該SPADに逆バイアス電圧を印加して光検出を行う検出部(2)と、
前記検出部からの出力に基づき、前記逆バイアス電圧の調整量を設定する調整量設定部(20,24,28,36)と、
前記調整量設定部にて設定された前記調整量に基づいて前記逆バイアス電圧を制御する電圧制御部(10)と、
を備え、
前記検出部は、前記SPADからの出力をデジタルパルスに変換するパルス変換部(8)を備え、
前記調整量設定部は、前記デジタルパルスのパルス幅から前記SPADのエクセス電圧を検知し、該エクセス電圧に基づいて前記調整量を設定するよう構成されている、光検出器。 - 前記調整量設定部は、前記デジタルパルスと基準エクセス電圧に対応する基準パルスとを比較し、パルス幅の差に基づいて前記調整量を設定するよう構成されている、請求項1に記載の光検出器。
- 前記調整量設定部は、前記デジタルパルスを、該デジタルパルスのパルス幅に応じた電圧に変換する電圧変換部(30)を備え、該電圧変換部にて変換された電圧と基準パルス幅に対応する基準電圧とを比較し、各電圧の差に基づいて前記調整量を設定するよう構成されている、請求項1に記載の光検出器。
- 前記調整量設定部は、複数回の前記検出部からの出力に基づいて前記調整量を設定するよう構成されている、請求項1〜請求項3の何れか1項に記載の光検出器。
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