JP6730217B2 - 光検出器 - Google Patents

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Description

本開示は、アバランシェ効果を利用した光検出器に関する。
特許文献１には、複数のＳＰＡＤを配列したＳＰＡＤアレイを用い、フォトンが入射された個々のＳＰＡＤから出力されるパルス信号の数をカウントすることで受光強度を検出する光検出器が開示されている。ＳＰＡＤは、Single Photon Avalanche Diodeの略である。ＳＰＡＤは、ガイガーモードで動作し、単一フォトンの入射を検出することができるアバランシェフォトダイオードである。
特許第５６４４２９４号公報
上述した従来の光検出器では、パルス信号の数が予め設定されたトリガ閾値を超えると、受光タイミングを表すトリガ信号を生成し、そのトリガ信号を遅延させた遅延トリガ信号のタイミングで同時に出力されているパルス信号の総数を、受光強度を表すデータとして検出する。
しかながら、発明者の詳細な検討の結果、パルス信号の総数は、遅延トリガ信号のタイミングによって、検出結果が異なってしまうという課題が見出された。即ち、個々のＳＰＡＤから出力されるパルス信号は、必ずしも同時に発生するわけではなく、各種状況によって発生パターンが様々に変化するためである。
本開示は、ＳＰＡＤアレイでの受光強度の検出精度を向上させる技術を提供する。
本開示の一態様による光検出器（１，１ａ〜１ｄ）は、受光アレイ部（１０）と、比較部（２０，２０ａ）と、カウント部（４０）と、遅延設定部（６０，６０ａ〜６０ｃ）と、を備える。
受光アレイ部は、配列された複数の受光部を備える。受光部は、フォトンの入射によってパルス信号を出力する。比較部は、受光アレイ部から出力されたパルス信号の総数がトリガ閾値に達した場合に、受光アレイ部に入射された光信号である受光信号の受光タイミングを表すトリガ信号を出力する。カウント部は、トリガ信号に従ったタイミングで受光アレイ部から出力されているパルス信号の総数をカウントして、受光信号の強度を表す強度情報として出力する。遅延設定部は、受光アレイ部からのパルス信号出力から、カウント部がパルス信号の総数をカウントするまでの時間を可変設定する。
このような構成によれば、状況に応じてカウント部がカウント動作をするタイミングを変化させることができる。そして、カウント動作をするタイミングを、パルス信号の数を最大にするようなタイミングに適宜設定することで、パルス信号の総数の検出精度を向上させることができる。
なお、この欄及び特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本開示の技術的範囲を限定するものではない。
第１実施形態の受光処理装置の構成を示すブロック図である。 ＳＰＡＤの構成を示す回路図である。 比較部の構成を示す回路図である。 遅延部の構成を示す回路図である。 カウント部の構成を示す回路図である。 更新部の動作を示すフローチャートである。 第２実施形態の受光処理装置の構成を示すブロック図である。 第３実施形態の受光処理装置の構成を示すブロック図である。 第４実施形態の受光処理装置の構成を示すブロック図である。 第５実施形態の受光処理装置の構成を示すブロック図である。 第６実施形態の受光処理装置の構成を示すブロック図である。 パルス幅設定部の構成を示す回路図である。 パルス幅設定部の機能を有するＳＰＡＤの構成を示す回路図である。 比較部の他の構成例を示す回路図である。 トリガ閾値がＴＨ＝２である場合の遅延タイミングとカウント値の期待値との関係を示すグラフである。 トリガ閾値がＴＨ＝４である場合の遅延タイミングとカウント値の期待値との関係を示すグラフである。 遅延部の変形例を示す回路図である。
以下、図面を参照しながら、本開示の実施形態を説明する。
［１．第１実施形態］
［１−１．構成］
図１に示す光検出器１は、処理部３および発光器５と共にレーザレーダ装置を構成する。発光器５は、光信号を送信すると共に、その発光タイミングを処理部３に通知する。光検出器１は、光信号の反射光を受光し、受光タイミングを表すトリガ信号ＴＧおよび受光強度を表す強度情報Ｎｐを処理部３に出力する。処理部３は、発光タイミングおよび受光タイミング並びに強度情報Ｎｐから、光信号を反射した物体までの距離や受光信号の輝度等を求め、これらを物体情報として出力する。
光検出器１は、受光アレイ部１０と、比較部２０と、遅延部３０と、カウント部４０と、更新部５０と、遅延設定部６０と、閾値設定部７０とを備える。
受光アレイ部１０は、Ｍ個の受光部１１を有する。Ｍは２以上の整数である。各受光部１１は、いずれも同様に構成してもよいし、それぞれの特性が異なるように、内部パラメータを意図的に異ならせて構成してもよい。
受光部１１は、図２に示すように、ＳＰＡＤ１２と受光回路１３とを備える。Ｍ個の受光部１１に属するＭ個のＳＰＡＤ１２は、２次元的に配列され、光信号を受光するための受光面を形成する。受光部１１は、ＳＰＡＤ１２にフォトンが入射されると、予め設定されたパルス幅を有するパルス信号Ｐを出力する。以下では、Ｍ個の受光部１１が出力する各パルス信号をＰ１〜ＰＭで表す。
ＳＰＡＤ１２は、Single Photon Avalanche Diodeの略であり、ガイガーモードで動作し、単一フォトンの入射を検出することができるアバランシェフォトダイオードである。 受光回路１３は、トランジスタ１３１と、反転回路１３２と、ラッチ回路１３３と、遅延回路１３４とを備える。
ＳＰＡＤ１２は、カソードに電圧、アノードがトランジスタ１３１を介して接地されている。つまり、トランジスタ１３１
がオンすると、ＳＰＡＤ１２に降伏電圧以上の逆電圧ＶＳＰＡＤが印加され、ＳＰＡＤ１２がガイガーモードで動作するように接続されている。ＳＰＡＤ１２のアノードには反転回路１３２が接続されている。ＳＰＡＤ１２にアバランシェ電流が流れていない状態では、反転回路１３２の入力はロウレベルであり、アバランシェ電流が流れると、トランジスタ１３１のオン抵抗によって、反転回路１３２の入力はハイレベルに変化する。ラッチ回路１２３は、反転回路１３２の出力がハイレベルからロウレベルに変化する立下りエッジで出力がハイレベルに変化する。ラッチ回路１３３の出力は、遅延回路１３４を介してラッチ回路１３３のリセット端子に接続されている。遅延回路１３４は、ラッチ回路１３３の出力を、信号レベルを反転させ、かつ、予め設定された遅延時間τだけ遅延させてリセット端子に入力する。これにより、ラッチ回路１３３の出力は、ハイレベルに変化してから遅延時間τが経過すると、ラッチ回路１３３がリセットされることにより、ロウレベルに変化する。つまり、ＳＰＡＤ１２にフォトンが入射する毎に、受光回路１３からは、パルス幅がτのパルス信号Ｐが出力される。パルス幅τは、同一のＳＰＡＤ１２に連続してフォトンが入力された場合に、これを個別に検出できるような長さに設定される。
比較部２０は、図３に示すように、加算器２１と、比較器２２とを備える。加算器２１は、受光アレイ部１０を構成するＭ個の受光部１１から出力されているパルス信号Ｐ１〜ＰＭの合計値Ｓｐを出力する。比較器２２は、加算器２１が出力する合計値Ｓｐと、閾値設定部７０で設定されたトリガ閾値ＴＨとを比較し、合計値Ｓｐがトリガ閾値ＴＨに達すると、光信号の受光タイミングを表すトリガ信号ＴＧを出力する。
遅延部３０は、図４に示すように、複数の遅延線３１〜３４と、セレクタ３５とを備える。複数の遅延線３１〜３４は、それぞれ直列接続するバッファ回路Ｂの数を異ならせることで信号の遅延時間が異なるように構成されている。セレクタ３５は、遅延設定部６０から出力される遅延設定値Ｓｄに従って、遅延線３１〜３４のいずれか一つを選択し、その選択した遅延線を介して伝送されてくるトリガ信号ＴＧを、遅延トリガ信号ＤＴＧとして出力する。図４では、遅延線の数を４本としているが、これに限定されるものではなく、複数であればよい。
カウント部４０は、図５に示すように、符号化器４１と、ラッチ回路群４２とを備える。符号化器４１は、受光アレイ部１０を構成するＭ個の受光部１１からの出力のうち、ハイレベルになっている出力をＮビットの２進数に符号化して出力する。但し、Ｍ＝２Ｎであり、Ｎは正整数である。つまり、符号化器４１の出力は、その時点で同時に出力されているパルス信号の数を表す。つまり、符号化器４１の出力が表す値は、パルス信号の発生および消滅に応じて増減する。ラッチ回路群４２は、Ｎ個のラッチ回路で構成され、符号化器４１のＮビットの出力を、それぞれ遅延トリガ信号ＤＴＧの立ち上がりエッジのタイミングでラッチし、ラッチされた値をカウント値Ｃｐとして出力する。なお、ラッチ回路群４２を構成する各ラッチ回路は、先に説明したラッチ回路１３３および遅延回路１３４と同様の構成を有しており、カウント値Ｃｐを、予め設定された保持時間だけ保持する。保持時間は、更新部５０がカウント値Ｃｐに対する処理を実行するのに最低限必要な長さ以上に設定される。
更新部５０は、カウント値Ｃｐから強度情報Ｎｐを生成する。その処理内容を、図６に示すフローチャートに沿って説明する。なお、更新部５０は、例えば、論理回路によって実現することができる。
更新部５０は、カウント部４０からカウント値Ｃｐが出力されると動作を開始する。そして、Ｓ１１０では、カウント値Ｃｐがトリガ閾値ＴＨ以上であるか否かを判断する。Ｃｐ≧ＴＨであれば、正常であると判断して、Ｓ１２０に移行し、Ｃｐ＜ＴＨであれば、遅延調整ミス（即ち、遅延設定部６０での設定ミス）であると判断して、Ｓ１３０に移行する。Ｓ１２０では、カウント値Ｃｐをそのまま強度情報Ｎｐとして出力して本処理を終了する。Ｓ１３０では、トリガ閾値ＴＨを強度情報Ｎｐとして出力して本処理を終了する。
遅延設定部６０は、遅延設定値Ｓｄを設定することができる機械的なスイッチ、又は遅延設定値Ｓｄを電気的に書き込むことができるレジスタを有する。
閾値設定部７０は、トリガ閾値ＴＨを設定することができる機械的なスイッチ、又はトリガ閾値ＴＨを電気的に書き込むことができるレジスタを有する。
［１−２．遅延設定値Ｓｄ／トリガ閾値ＴＨの設定］
ここで、遅延設定値Ｓｄおよびトリガ閾値ＴＨの設定に関わる光検出器１の特性を、図１５，図１６を参照して説明する。
図１５，図１６は、遅延トリガ信号ＤＴＧに付加される遅延量とカウント値Ｃｐの平均値との関係を、受光アレイ部１０に照射する光信号の強度を変化させて、シミュレーションによって求めた結果を示す。但し、パルス信号Ｐのパルス幅を4ｎｓとし、照射する光信号は、出力ＳＰＡＤ数が２〜１０となるような強度とした。図１５は、トリガ閾値ＴＨを２に設定した場合、図１６はトリガ閾値ＴＨを４に設定した場合である。
遅延設定値Ｓｄは、トリガ閾値ＴＨの設定値と、受光アレイ部１０に入射される光信号の平均的な強度とを考慮し、図１５，図１６に示した特性グラフ上で、カウント値Ｃｐの平均値を最大にする遅延量が選択されるように設定する。
例えば、ＴＨ＝２に設定され、光信号の強度が、出力ＳＰＡＤ数が１０に相当する大きさである場合、遅延量が3.3ｎｓ程度となるように、遅延設定値Ｓｄを設定する。
両図からわかるように、光信号の強度が一定であれば、トリガ閾値ＴＨを大きくするほど、グラフのピークまでの時間が短くなる。つまり、トリガ閾値ＴＨが大きいほど遅延量が小さくなるように遅延設定値Ｓｄを設定する必要がある。また、トリガ閾値ＴＨが一定であれば、光信号の強度が低いほど、グラフのピークまでの時間が短くなる。つまり、光信号の強度が低いほど、遅延量が小さくなるように遅延設定値Ｓｄを設定する必要がある。
［１−３．効果］
以上詳述した第１実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（１ａ）光検出器１は、遅延設定部６０を備え、遅延トリガ信号ＤＴＧの遅延量を適宜設定できるように構成されている。従って、光検出器１によれば、受光アレイ部１０から出力されるパルス信号を、的確なタイミングでカウントすることができ、測定精度を向上させることができる。
（１ｂ）光検出器１は、更新部５０を備え、カウント値Ｃｐがトリガ閾値ＴＨより小さい場合は、カウント値Ｃｐに代えてトリガ閾値ＴＨを強度情報Ｎｐとしている。従って、光検出器１によれば、遅延設定部６０での遅延量やトリガ閾値ＴＨの調整ミスによる測定誤差を抑制することができる。
なお、Ｃｐ＜ＴＨとなる現象は、例えば、次のような場合に発生する。トリガ閾値ＴＨが、受光信号の強度に対応する出力ＳＰＡＤ数と同程度に設定されてしまった場合、図１５の出力ＳＰＡＤ数２のグラフや、図１６の出力ＳＰＡＤ数４のグラフに示すように、遅延量が大きくなるほど、カウント値Ｃｐはトリガ閾値ＴＨより小さくなる。
［２．第２実施形態］
［２−１．第１実施形態との相違点］
第２実施形態は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、相違点について以下に説明する。なお、第１実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。
前述した第１実施形態では、遅延設定部６０は、遅延設定値Ｓｄを手動で設定する。これに対し、第２実施形態では、遅延設定値Ｓｄを、自動設定する点で、第１実施形態と相違する。
図７に示すように、本実施形態の光検出器１ａにおいて、遅延設定部６０ａは、閾値設定部７０で設定されたトリガ閾値ＴＨを取得し、取得したトリガ閾値ＴＨに従って、遅延設定値Ｓｄを可変設定する。具体的には、図１５、図１６のグラフなどに基づいて作成された、トリガ閾値ＴＨと遅延設定値Ｓｄ（即ち、遅延トリガ信号ＤＴＧの遅延量）との対応関係を表すテーブルを使用する。テーブルは、トリガ閾値ＴＨが大きいほど、遅延量が少なくなるように設定される。そして、閾値設定部７０にてトリガ閾値ＴＨが設定されると、遅延設定部６０ａは、上記テーブルを用いて、トリガ閾値ＴＨに適した遅延設定値Ｓｄを自動生成する。この生成された遅延設定値Ｓｄに従って、遅延部３０での遅延量が決まる。
［２−２．効果］
以上詳述した第２実施形態によれば、前述した第１実施形態の効果（１ａ）を奏し、さらに、以下の効果を奏する。
（２ａ）光検出器１ａによれば、トリガ閾値ＴＨに適した遅延トリガ信号ＤＴＧの遅延量が自動的に設定されるため、調整処理を簡略化することができる。
［３．第３実施形態］
［３−１．第１実施形態との相違点］
第３実施形態は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、相違点について以下に説明する。なお、第１実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。
前述した第１実施形態では、遅延設定部６０は、遅延設定値Ｓｄを手動で設定する。これに対し、第３実施形態では、第２実施形態と同様に遅延設定値Ｓｄを自動設定する点で、第１実施形態と相違する。また、第３実施形態では、遅延設定値Ｓｄの生成時に使用する情報が第２実施形態とは相違する。
図８に示すように、本実施形態の光検出器１ｂにおいて、遅延設定部６０ｂは、処理部３から物体情報を取得し、取得した物体情報に従って、遅延設定値Ｓｄを可変設定する。取得する物体情報は、例えば、過去の測定サイクルで生成されたものであってもよいし、今回の測定の直前に生成されたものであってもよい。また、遅延設定値Ｓｄは、具体的には、図１５,図１６のグラフなどに基づいて作成された、物体情報と遅延設定値Ｓｄとの対応関係を表すテーブルを使用して設定する。物体情報としては、物体との距離および受光強度のうち少なくとも一方を用いる。テーブルは、受光強度が高いほど、または物体との距離が短いほど遅延量が大きくなるように設定される。なお、物体との距離と受光強度はおおよそ連動し、物体との距離が近いほど受光強度は強くなる傾向にある。つまり、物体との距離および受光強度は、いずれも強度連動情報として用いることができる。そして、処理部３にて物体情報が生成されると、遅延設定部６０ｂは、上記テーブルを用いて、物体情報（即ち、強度連動情報）に適した遅延設定値Ｓｄを自動生成する。この生成された遅延設定値Ｓｄに従って、遅延部３０での遅延量が決まる。
ここでは、遅延設定部６０ｂは、物体情報に基づいて遅延設定値Ｓｄを生成しているが、物体情報およびトリガ閾値ＴＨをいずれも考慮して遅延設定値Ｓｄを生成するように構成されていてもよい。
［３−２．効果］
以上詳述した第３実施形態によれば、前述した第１実施形態の効果（１ａ）を奏し、さらに、以下の効果を奏する。
（３ａ）光検出器１ｂによれば、受光アレイ部１０での受光強度が、時々刻々と変化するような場合であっても、これに追従して適切な遅延量を設定することができる。
［４．第４実施形態］
［４−１．第１実施形態との相違点］
第４実施形態は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、相違点について以下に説明する。なお、第１実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。
前述した第１実施形態では、遅延設定部６０は、遅延設定Ｓｄを手動で設定する。これに対し、第４実施形態では、第２および第３実施形態と同様に遅延設定値Ｓｄを自動設定する点で、第１実施形態と相違する。また、第４実施形態では、遅延設定値Ｓｄの生成時に使用する情報が第２および第３実施形態とは相違する。
図９に示すように、本実施形態の光検出器１ｃにおいて、遅延設定部６０ｃは、外乱光モニタ部７から外乱光情報を取得し、取得した外乱光情報に従って、遅延設定値Ｓｄを可変設定する。外乱光モニタ部７は、光検出器１ｃを用いた計測が実施されていないときに、あるいは光検出器１ｃを用いた計測と平行して、受光アレイ部１０に入射する外乱光の強度を繰り返し測定し、測定結果の平均値を外乱光情報として出力する装置である。この外乱光情報は、強度連動情報の一つである。遅延設定部６０ｃは、具体的には、外乱光情報を物体情報の代わりに使用し、第３実施形態における遅延設定部６０ｂと同様の手法を用いて、遅延設定値Ｓｄを生成する。
［４−２．効果］
以上詳述した第４実施形態によれば、前述した第１実施形態の効果（１ａ）を奏し、さらに、以下の効果を奏する。
（４ａ）光検出器１ｃによれば、受光アレイ部１０に入射する外乱光の強度が、時々刻々と変化するような場合であっても、これに追従して適切な遅延量を設定することができる。
［５．第５実施形態］
［５−１．第１実施形態との相違点］
第５実施形態は、基本的な構成は第４実施形態と同様であるため、相違点について以下に説明する。なお、第１実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。
前述した第４実施形態では、外乱光情報に従って遅延設定値Ｓｄを生成する。これに対し、第５実施形態では、外乱光情報に従ってトリガ閾値ＴＨを生成する点で、第４実施形態と相違する。
図１０に示すように、本実施形態の光検出器１ｄにおいて、閾値設定部７０ｄは、外乱光モニタ部７から外乱光情報を取得し、取得した外乱光情報に従って、トリガ閾値ＴＨを可変設定する。具体的には、実験結果等に基づいて予め用意された外乱光情報とトリガ閾値ＴＨとの対応関係を表すテーブルを使用する。テーブルは、外乱光情報が示す外乱光の強度が大きいほどトリガ閾値ＴＨが大きくなるように設定される。そして、外乱光モニタ部７にて外乱光情報が生成されると、閾値設定部７０ｄは、上記テーブルを用いて、外乱光の強度に適したトリガ閾値ＴＨを自動生成する。このトリガ閾値ＴＨに応じて、比較部２０および更新部５０での動作が変化する。
ここでは、外乱光情報に従ってトリガ閾値ＴＨを可変設定する構成を、第１実施形態の構成に適用したものとなっているが、これに限定されず、第２〜第４実施形態の構成に適用してもよい。
［５−２．効果］
以上詳述した第５実施形態によれば、前述した第１実施形態の効果（１ａ）を奏し、さらに、以下の効果を奏する。
（５ａ）光検出器１ｄによれば、外乱光の強度に適したトリガ閾値ＴＨが自動的に設定されるため、調整処理を簡略化することができる。
（５ｂ）光検出器１ｄによれば、受光アレイ部１０に入射される外乱光の強度が、時々刻々と変化するような場合であっても、これに追従して適切なトリガ閾値ＴＨを設定することができる。
［６．第６実施形態］
［６−１．第１実施形態との相違点］
第６実施形態は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、相違点について以下に説明する。なお、第１実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。
第６実施形態では、トリガ閾値ＴＨや遅延トリガ信号ＤＴＧの遅延量だけでなく、カウント部４０に入力されるパルス信号Ｐ１〜ＰＭのパルス幅も可変設定する点で、第１実施形態と相違する。
図１１に示すように、本実施形態の光検出器１ｅは、第１実施形態の光検出器１の構成に加えて、パルス調整部８０と、パルス幅設定部９０とを備える。
パルス調整部８０は、受光アレイ部１０の出力を比較部２０とカウント部４０に分岐した分岐経路のうち、カウント部４０に接続された分岐経路に挿入されている。パルス調整部８０は、受光アレイ部１０を構成するＭ個の受光部１１のそれぞれに対応するＭ個の調整回路８１を有する。
調整回路８１は、図１２に示すように、ラッチ回路８２と、遅延回路群８３と、セレクタ８４を備える。ラッチ回路８２は、受光部１１の出力がロウレベルからハイレベルに変化したタイミング、即ち、パルス信号Ｐが生成されたタイミングで出力がロウレベルからハイレベルに変化する。遅延回路群８３は、それぞれ遅延量が異なる複数の遅延回路を有する。セレクタ８４は、パルス幅設定部９０から出力される幅設定値Ｓｗに従って、いずれか一つの遅延回路を選択し、その選択された遅延回路の出力を、信号レベルを反転させてラッチ回路８２のリセット端子に入力する。これにより、ラッチ回路８２の出力は、ハイレベルに変化してから選択された遅延回路での遅延時間が経過すると、ラッチ回路１３３がリセットされることにより、ロウレベルに変化する。つまり、調整回路８１は、入力されたパルス信号Ｐのパルス幅を、選択された遅延回路で決まるパルス幅に変換して出力する。
パルス幅設定部９０は、幅設定値Ｓｗを設定することができる機械的なスイッチ、又は幅設定値Ｓｗを電気的に書き込むことができるレジスタを有する。
なお、本実施形態では、パルス幅設定部９０は、幅設定値Ｓｗを手動で設定するように構成されているが、他の実施形態に記載されている遅延設定部６０ａ〜６０ｃと同様に、トリガ閾値ＴＨや強度連動情報に基づいて自動的に設定するように構成されていてもよい。
［６−２．効果］
以上詳述した第６実施形態によれば、前述した第１実施形態の効果（１ａ）を奏し、さらに、以下の効果を奏する。
（６ａ）光検出器１ｅは、パルス幅設定部９０を備え、カウント部４０に入力されるパルス信号Ｐ１〜ＰＭのパルス幅を適宜調整できるように構成されている。従って、光検出器１ｅによれば、受光アレイ部１０から出力されるパルス信号Ｐ１〜ＰＭを、より的確なタイミングでカウントすることができる。
［７．他の実施形態］
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。
（７ａ）上記第６実施形態では、カウント部４０に入力されるパルス信号Ｐ１〜ＰＭのみパルス幅を調整しているが、比較部２０に入力されるパルス信号Ｐ１〜ＰＭのパルス幅も調整されるように構成してもよい。この場合、パルス調整部８０を省略し、受光部１１の受光回路１３を、図１３に示す受光部１１ａの受光回路１３ａのように構成すればよい。受光回路１３ａは、受光回路１３における遅延回路１３４を、パルス調整部８０の遅延回路群８３およびセレクタ８４と同様に構成された遅延回路群１３４ａおよびセレクタ１３５に置き換えたものである。
（７ｂ）上記実施形態では、比較部２０を、加算器２１および比較器２２を用いて構成した例を示したが、これを図１４に示す比較部２０ａに置き換えてもよい。比較部２０ａは、判定回路群２３、セレクタ２４を有する。判定回路群２３は、選択可能なトリガ閾値ＴＨの種類をＸ種類として、Ｘ個の判定回路を有する。Ｘは２以上Ｍ以下の整数である。各判定回路は、いずれも、受光アレイ部１０から出力されるパルス信号をカウントし、カウント値がｘに達すると個別トリガ信号ＴＧｘを出力する。ｘは２以上Ｘ以下の整数であり、判定回路毎に異なった値に設定される。セレクタ２４は、トリガ閾値ＴＨに従って、ＴＨ＝ｘである判定回路の出力を、トリガ信号ＴＧとして出力する。この場合、トリガ閾値ＴＨの値によらず、トリガ信号ＴＧの生成に要する遅延を均一化することができる。この場合、比較部２０内での遅延を一定とすることができる。
（７ｃ）上記実施形態では、トリガ信号ＴＧを遅延させて遅延トリガ信号ＤＴＧを出力する遅延部３０を備えているが、これに限定されるものではない。この遅延部３０に代えて、あるいは遅延部３０に加えて、図１７に示すように、受光アレイ部１０が出力するパルス信号Ｐ１〜ＰＭを遅延させて遅延パルス信号ＤＰ１〜ＤＰＭを出力する遅延部３０ａを備えていてもよい。この場合、遅延設定部６０は、遅延部３０ａの遅延を任意に設定するように構成してもよい。なお、遅延設定部６０の代わりに、遅延設定部６０ａ〜６０ｃを用いてもよい。また、比較部２０は、遅延パルス信号ＤＰ１〜ＤＰＭに従ってトリガ信号ＴＧを生成するように構成してもよい。これらの構成により、遅延トリガ信号ＤＴＧの遅延を制御する場合と同様の効果を得ることができる。
（７ｄ）上記実施形態における１つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、１つの構成要素が有する１つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、１つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される１つの機能を、１つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。
（７ｅ）上述した光検出器１，１ａ〜１ｅの他、当該光検出器１，１ａ〜１ｅを構成要素とするシステムなど、種々の形態で本開示を実現することもできる。
１，１ａ〜１ｅ…光検出器、３…処理部、５…発光器、７…外乱光モニタ部、１０…受光アレイ部、２０，２０ａ…比較部、３０，３０ａ…遅延部、４０…カウント部、５０…更新部、６０，６０ａ〜６０ｃ…遅延設定部、７０，７０ｄ…閾値設定部、８０…パルス調整部、９０…パルス幅設定部。

Claims (18)

  1. フォトンの入射によってパルス信号を出力する受光部を複数配置した受光アレイ部（１０）と、
    前記受光アレイ部から出力された前記パルス信号の総数がトリガ閾値に達した場合に、前記受光アレイ部に入射された光信号である受光信号の受光タイミングを表すトリガ信号を出力するように構成された比較部（２０，２０ａ）と、
    前記トリガ信号に従ったタイミングで前記受光アレイ部から出力されている前記パルス信号の総数をカウントして、前記受光信号の強度を表す強度情報として出力するように構成されたカウント部（４０）と、
    前記受光アレイ部からのパルス信号出力から、前記カウント部が前記パルス信号の総数をカウントするまでの時間を表す遅延設定値を、前記受光信号の強度と連動する強度連動情報に従って、可変設定するように構成された遅延設定部（６０ｂ，６０ｃ）と、
    を備える光検出器。
  2. 請求項１に記載の光検出器であって、
    前記遅延設定部は、前記強度連動情報が表す強度が高いほど、前記遅延設定値を大きな値に設定するように構成された、
    光検出器。
  3. 請求項１または請求項２に記載の光検出器であって、
    前記比較部から出力されたトリガ信号を遅延させた遅延トリガ信号を生成するように構成された遅延部（３０）を更に備え、
    前記遅延設定部は、前記遅延部にて前記遅延トリガ信号に付与される遅延量を前記遅延設定値とするように構成され、
    前記カウント部は、前記遅延トリガ信号のタイミングでカウント動作を行うように構成された、
    光検出器。
  4. 請求項１または請求項２に記載の光検出器であって、
    前記受光アレイ部から出力される前記パルス信号を遅延させた遅延パルス信号を生成するように構成された遅延部（３０ｂ）を更に備え、
    前記遅延設定部は、前記遅延部にて前記遅延パルス信号に付与される遅延量を前記遅延設定値とするように構成され、
    前記比較部は、前記遅延パルス信号の入力により、前記トリガ信号を出力するように構成された、
    光検出器。
  5. 請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の光検出器であって、
    前記比較部にて使用される前記トリガ閾値を可変設定するように構成された閾値設定部（７０，７０ｄ）を更に備える、
    光検出器。
  6. 請求項５に記載の光検出器であって、
    前記遅延設定部は、前記閾値設定部にて設定された前記トリガ閾値に応じて、前記遅延設定値を設定するように構成された、
    光検出器。
  7. 請求項６に記載の光検出器であって、
    前記遅延設定部は、前記トリガ閾値が小さいほど、前記遅延設定値を大きな値に設定するように構成された、
    光検出器。
  8. 請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の光検出器であって、
    前記カウント部に入力される前記パルス信号のパルス幅を調整するように構成されたパルス調整部（８０，１３ａ）と、
    前記パルス調整部にて調整されるパルス幅を可変設定するように構成されたパルス幅設定部（９０）を更に備える、
    光検出器。
  9. 請求項８に記載の光検出器であって、
    前記パルス幅設定部は、前記強度連動情報に従って、前記パルス幅を可変設定するように構成された、
    光検出器。
  10. 請求項８または請求項９に記載の光検出器であって、
    前記比較部にて使用される前記トリガ閾値を可変設定するように構成された閾値設定部（７０，７０ｄ）を更に備える、
    光検出器。
  11. 請求項１０に記載の光検出器であって、
    前記パルス幅設定部は、前記閾値設定部にて設定された前記トリガ閾値に応じて、前記パルス幅を設定するように構成された、
    光検出器。
  12. 請求項１１に記載の光検出器であって、
    前記パルス幅設定部は、前記トリガ閾値が大きいほど、前記パルス幅を広く設定するように構成された、
    光検出器。
  13. 請求項５から請求項７まで、または請求項１０から請求項１２までのいずれか１項に記載の光検出器であって、
    前記閾値設定部は、前記受光信号の強度と連動する強度連動情報に従って前記トリガ閾値を設定するように構成された、
    光検出器。
  14. 請求項１３に記載の光検出器であって、
    前記閾値設定部は、前記強度連動情報が表す強度が高いほど、前記トリガ閾値を大きな値に設定するように構成された、
    光検出器。
  15. 請求項１から請求項４まで、請求項９、請求項１３、または請求項１４のいずれか１項に記載の光検出器であって、
    前記強度連動情報として、前記トリガ信号および前記強度情報を処理する処理部（３）から取得される、過去の測定サイクルにより求められた物体との距離または前記受光信号の強度のうち少なくとも一方を用いるように構成され、前記強度連動情報として前記物体との距離を用いる場合は前記物体との距離が近いほど強度は高いものとして扱うように構成された、
    光検出器。
  16. 請求項１から請求項４まで、請求項９、請求項１３、または請求項１４のいずれか１項に記載の光検出器であって、
    前記強度連動情報として、前記受光アレイ部に入射する外乱光の強度を計測するモニタ部（７）から取得される測定結果を用いるように構成された、
    光検出器。
  17. 請求項１から請求項１６のいずれか１項に記載の光検出器であって、
    前記比較部（２０ａ）は、前記トリガ閾値を２つ以上有し、該トリガ閾値のそれぞれについて前記トリガ信号を出力するように構成され、
    前記トリガ閾値により、前記カウント部でのカウント動作に用いるトリガ信号を切り替えるように構成されたトリガ選択部（２４）を含む、
    光検出器。
  18. 請求項１から請求項１７のいずれか１項に記載の光検出器であって、
    前記カウント部から出力される強度情報が、前記比較部で用いる前記トリガ閾値より小さい場合に、前記強度情報を前記閾値に更新する更新部（５０）を更に備える、
    光検出器。
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