JP6867212B2 - 光検出器及び測距装置 - Google Patents

Description

本開示は、アバランシェ効果を利用した光検出器及びこれを利用した測距装置に関する。

従来、アバランシェ効果を利用した光検出器として、アバランシェフォトダイオード（以下、ＡＰＤ）をガイガーモードで動作させて光検出を行う光検出器が知られている。
ガイガーモードで動作するＡＰＤは、ＳＰＡＤと呼ばれ、逆バイアス電圧としてブレイクダウン電圧よりも高い電圧を印加することにより動作する。なお、ＳＰＡＤは、Single
Photon Avalanche Diode の略である。

ＳＰＡＤはフォトンが入射し、応答が発生すると、ブレイクダウンするため、ＳＰＡＤには、応答後にリチャージするためのリチャージ制御部が設けられる。リチャージ制御部は、所謂クエンチ抵抗であり、抵抗若しくはＭＯＳＦＥＴ等の半導体素子にて構成される。

そして、リチャージ制御部は、ＳＰＡＤのブレイクダウンにより流れる電流により検出信号を出力すると共に、その電流により生じる電圧降下によって、ＳＰＡＤの応答を停止させて、ＳＰＡＤに電荷をリチャージさせる。

また、ＳＰＡＤは、応答直後にリチャージし、光検出が可能になると、結晶欠陥等にトラップされたキャリアにより、光の入射に依らない疑似応答を生じることがあるため、応答後、一定の不感時間（以下、デッドタイム）、を設定する必要がある。

しかし、この種の光検出器を車載レーダ等の測距装置に利用する場合、デッドタイムは、距離測定の応答性の低下の原因となり、車載システムに影響を与えることがある。
そこで、この種の光検出器においては、特許文献１に記載のように、光検出用の画素を複数のＳＰＡＤで構成し、所定の測定時間毎に、応答したＳＰＡＤの数を計数して、その数が所定の閾値以上であるときに、画素へ光が入射したと判断するようにしている。

特許第５６４４２９４号公報

ところで、特許文献１に記載の光検出器においては、疑似応答等のノイズによって複数のＳＰＡＤがランダムに応答する通常時には、測定時間内に応答するＳＰＡＤの数が少ないことから、ノイズの影響を受けることなく光の入射を検出できる。

しかし、複数のＳＰＡＤが同時に応答すると、その後、疑似応答するＳＰＡＤの数が増加するため、光の入射を誤検出してしまい、検出精度が低下することが考えられる。
つまり、例えば、測距装置において、測定対象に向けて照射した光がクラッタとして光検出器に入射した場合や、高反射物体から強い反射光が光検出器に入射した場合には、画素を構成する複数のＳＰＡＤが同時に応答することがある。

この場合、複数のＳＰＡＤは、強い光で同時に応答した後、多数のＳＰＡＤが略同時に
疑似応答することになるため、その疑似応答により光入力を誤検出してしまい、検出精度が低下するのである。

本開示の一局面は、フォトンの入射に応答する複数のＳＰＡＤを備えた光検出器において、複数のＳＰＡＤが同時に応答しても、次に疑似応答するＳＰＡＤの数を減らして、検出精度を向上できるようにすることが望ましい。

本開示の一局面の光検出器においては、フォトンの入射に応答するＳＰＡＤ（４）を有する検出部（２，２Ａ，２Ｂ）を複数備える。そして、複数の検出部のうちの少なくとも一つは、ＳＰＡＤがフォトンの入射に応答した後、次に応答可能になるまでの復帰時間が、他の検出部のＳＰＡＤの復帰時間と異なるように構成されている。

このため、光検出器に強い光が入射して、各検出部のＳＰＡＤが同時に応答したとしても、その後、同時に疑似応答するＳＰＡＤの数を減らすことができるようになる。従って、本開示の光検出器を用いて、応答したＳＰＡＤの数から光の入射を検出するようにすれば、ＳＰＡＤの疑似応答によって検出精度が低下するのを抑制できる。

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、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

第１実施形態の光検出器の概略構成を表す説明図である。 第１実施形態の光検出器に設けられた検出部の構成を表す回路図である。 第１実施形態の検出部を構成するＳＰＡＤのリチャージ状態を表すタイムチャートである。 第２実施形態のグループＢの検出部の構成を表す回路図である。 第２実施形態の検出部を構成するＳＰＡＤのリチャージ状態を表すタイムチャートである。 第３実施形態の検出部を構成するパルス出力部の閾値と復帰時間とを表すタイムチャートである。 第４実施形態の測距装置の構成を表すブロック図である。 測距装置における照射タイミングと光検出器の駆動開始タイミングを表すタイムチャートである。 光検出器の駆動電圧によりＳＰＡＤのリチャージ時間を駆動開始直後と応答後とで変化させた状態を表すタイムチャートである。 光検出器の駆動開始後に応答可能となるＳＰＡＤの数の変化を表す説明図であり、図１０Ａは、ＳＰＡＤの復帰タイミングをばらつかせたときのＳＰＡＤの数の変化を表し、図１０Ｂは、ＳＰＡＤを一斉復帰させたときのＳＰＡＤの数の変化を表す。

以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
［第１実施形態］
図１に示すように、本実施形態の光検出器１は、フォトンの入射を検出する複数の検出部２を縦・横方向に格子状に配置することにより、一つの画素を構成する受光アレイとして構成されている。

各検出部２は、図２に示すように、ＳＰＡＤ４を備え、ＳＰＡＤ４にフォトンが入射すると、その検出信号として、パルス出力部８から、所定パルス幅のパルス信号であるデジ
タルパルスＶ_Ｐ を出力するように構成されている。

そして、光検出器１には、各検出部２から略同時刻に出力されたパルス信号の数をカウントし、そのカウント値が所定の閾値以上であるときに、光検出器１にて構成される画素にて光が検出されたと判定して、トリガ信号を出力する出力判定部１０が接続されている。

次に、光検出器１を構成する複数の検出部２は、フォトンの入射に応答してから、次に応答可能となるまでの復帰時間が異なる２つのグループＡ，Ｂに分けられている。
各グループＡ，Ｂの検出部２Ａ，２Ｂの数は略同じであり、光検出器１において光を受光する受光面上でグループＡ，Ｂ毎に検出部２Ａ，２Ｂが偏ることがないよう、分散して配置されている。具体的には、各検出部２Ａ，２Ｂは、受光面上で縦方向及び横方向に連続することのないよう、縦方向及び横方向に交互に配置されており、所謂市松模様を呈している。

次に、検出部２Ａ，２Ｂの構成を、図２を用いて説明する。
図２に示すように、２種類の検出部２Ａ，２Ｂの基本構成は同じであり、ＳＰＡＤ４と、クエンチ抵抗６と、パルス出力部８とを備える。

ＳＰＡＤ４は、上述したようにガイガーモードで動作可能なＡＰＤであり、クエンチ抵抗６は、ＳＰＡＤ４への通電経路に直列接続されている。
クエンチ抵抗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り、本実施形態では、ＭＯＳＦＥＴにて構成されている。

このため、本実施形態では、クエンチ抵抗６を構成するＭＯＳＦＥＴに所定のゲート電圧Ｖ_Ｇ を印加することでＭＯＳＦＥＴをオンさせ、そのオン抵抗により、ＭＯＳＦＥＴをクエンチ抵抗６として動作させ、ＳＰＡＤ４に逆バイアス電圧を印加することができる。また、ゲート電圧Ｖ_Ｇ の印加を停止することで、ＳＰＡＤ４への通電経路を遮断し、ＳＰＡＤ４の動作を停止させることができる。

次に、クエンチ抵抗６の両端電圧は、パルス出力部８に入力される。パルス出力部８は、ＳＰＡＤ４がフォトンの入射に応答した際に流れる電流をクエンチ抵抗６の両端電圧から検出して、その電圧が閾値電圧以上であるときに、検出信号としてデジタルパルスＶ_Ｐ
を出力するよう構成されている。

一方、ＳＰＡＤ４は、アノードがクエンチ抵抗６を介してグラウンドラインに接地され、カソードが電源ラインに接続されている。このため、ＳＰＡＤ４の両端電圧Ｖ_ＳＰＡＤは、図３に示すように、ＳＰＡＤ４にフォトンが入射する前の初期状態では、電源ラインから供給される電源電圧Ｖ_ＤＤに対応した初期電圧となる。

このようにＳＰＡＤ４に電圧が印加されている状態で、図３に示す時点ｔ１にてＳＰＡＤ４にフォトンが入射すると、ＳＰＡＤ４がブレイクダウンしてクエンチ抵抗６に電流が流れ、クエンチ抵抗６で電圧降下が生じるため、両端電圧Ｖ_ＳＰＡＤは一旦低下する。そして、その後、両端電圧Ｖ_ＳＰＡＤは、クエンチ抵抗６を介してＳＰＡＤ４がリチャージされることにより上昇し、ＳＰＡＤ４がフォトンの入射に応答可能な初期電圧に復帰する。

従って、ＳＰＡＤ４は、フォトンの入射に応答した後、クエンチ抵抗６を介して電荷がリチャージされるまでは、フォトンの入射に応答しない不感状態となる。そして、このリ
チャージに要するリチャージ時間が、光検出器１を構成する全ての検出部２Ａ，２Ｂにおいて同一であると、各検出部２がフォトンの入射に応答してから、次に応答可能になるまでの復帰時間も同じになる。

この結果、複数の検出部２Ａ，２Ｂの殆どが応答するような強い光が光検出器１に入射した際には、各検出部２Ａ，２Ｂにおいて、強い光に応答した後、ほぼ同時に疑似応答が発生することがあり、この場合、出力判定部１０では疑似応答による誤検出が発生する。

そこで、本実施形態では、上記のように光検出器１を構成する複数の検出部２を、２つのグループＡ，Ｂに分けて、図３に示すように、グループＡ，Ｂ間で、検出部２Ａ、２Ｂを構成するＳＰＡＤ４のリチャージ時間Ｔ_ＣＡ，Ｔ_ＣＢが異なるように構成している。

具体的には、本実施形態では、本開示のリチャージ制御部として機能するクエンチ抵抗６を構成しているＭＯＳＦＥＴのサイズを変えることで、ＭＯＳＦＥＴに流れるリチャージ電流が、検出部２Ａと検出部２Ｂとで異なるようにしている。

つまり、本実施形態では、クエンチ抵抗６を構成するＭＯＳＦＥＴの飽和電流を変えることで、リチャージ電流を制御し、検出部２Ａ、２Ｂを構成するＳＰＡＤ４のリチャージ時間Ｔ_ＣＡ，Ｔ_ＣＢが異なるようにしている。

この結果、本実施形態の光検出器１によれば、光検出器１に強い光が入射し、光検出器１内の複数のＳＰＡＤ４が略同時に応答したとしても、その後、各グループＡ，Ｂの検出部２Ａ，２Ｂで発生する疑似応答のタイミングをずらすことができる。このため、光検出器１を構成する複数のＳＰＡＤ４がほぼ同時に疑似応答することによって、出力判定部１０で光の入射が誤検出されるのを抑制できる。

なお、本実施形態のように、検出部２Ａと検出部２ＢとでＳＰＡＤ４のリチャージ時間を異なる時間に設定するには、必ずしも、クエンチ抵抗６を構成するＭＯＳＦＥＴを異なるサイズにする必要はなく、下記のようにしてもよい。
（１）クエンチ抵抗６をＭＯＳＦＥＴにて構成した場合、そのオン抵抗は、ＭＯＳＦＥＴのゲート電圧Ｖ_Ｇ で調整できることから、検出部２Ａと検出部２ＢとでＭＯＳＦＥＴのゲート電圧Ｖ_Ｇ を変えるだけでも、リチャージ時間Ｔ_ＣＡ，Ｔ_ＣＢを異なる時間に設定できる。
（２）クエンチ抵抗６は、図２に点線で示すように、抵抗器や配線抵抗等の抵抗７にて構成することができる。従って、この場合には、その抵抗７の抵抗値を、検出部２Ａと検出部２Ｂとで異なる値に設定するようにすれば、リチャージ時間Ｔ_ＣＡ，Ｔ_ＣＢを異なる時間に設定できる。
（３）ＭＯＳＦＥＴや抵抗にて構成されるクエンチ抵抗６は、本開示のリチャージ制御部として機能するが、このリチャージ制御部を介してＳＰＡＤ４をリチャージするのに要する電流量は、図２に点線で示す、ＳＰＡＤ４、もしくはリチャージ制御部の寄生容量Ｃによっても変化する。

従って、クエンチ抵抗６を介してＳＰＡＤ４をリチャージするのに要する電流量は、その寄生容量Ｃを調整したり、別途コンデンサを設けたりすることで、調整できる。
このため、寄生容量やコンデンサの容量を利用して、検出部２Ａと検出部２Ｂとで、ＳＰＡＤ４をリチャージするのに必要な電流量を変えることによっても、リチャージ時間Ｔ_ＣＡ，Ｔ_ＣＢを異なる時間に設定できる。

なお、ＭＯＳＦＥＴを異なるサイズにする構成、及び、上記（１）〜（３）の構成は、適宜組み合わせて実施することもできる。そして、これらの構成により、リチャージ時間
を変更すれば、ＳＰＡＤ４が同時に応答可能となるのを抑制して、出力判定部１０による検出精度を向上できる。

また、本実施形態では、光検出器１を構成する検出部２は、２つのグループＡ、Ｂに分けられ、グループＡ、Ｂ毎に、検出部２を構成するＳＰＡＤ４のリチャージ時間が設定されるものとして説明した。

しかし、このグループ分けは一例であり、例えば、検出部２を更に多くのグループに分けて、グループ毎にリチャージ時間を設定するようにしてもよく、或いは、光検出器１を構成する全ての検出部２で、ＳＰＡＤ４のリチャージ時間が異なるようにしてもよい。

なお、いずれの場合も、隣接する検出部２間でＳＰＡＤ４のリチャージ時間が異なるように、各検出部２を分散配置するとよい。
［第２実施形態］
上述した第１実施形態では、複数の検出部２を構成するＳＰＡＤ４のリチャージ時間をばらつかせることで、各検出部２がフォトンの入射に応答してから、次に応答可能になるまでの復帰時間をばらつかせるものとして説明した。

しかし、復帰時間をばらつかせるには、必ずしもＳＰＡＤ４のリチャージ時間をばらつかせる必要はなく、ＳＰＡＤ４の応答後にリチャージを開始するまでの時間がばらつくようにしてもよい。

そこで、第２実施形態では、第１実施形態と同様に複数の検出部２を２つのグループＡ、Ｂに分けて、図５に示すように、グループＢの検出部２Ｂだけ、ＳＰＡＤ４が応答すると、その後一定時間Ｔ１だけリチャージの開始を遅延させるようにする。

具体的には、例えば、図４に示すように、グループＢの検出部２Ｂに、パルス出力部８からデジタルパルスＶ_Ｐ が出力されると、その一定時間Ｔ１後、遅延パルスＶ１を発生するパルス発生部９を設ける。

そして、このパルス発生部９からの遅延パルスＶ１が、クエンチ抵抗６を構成するＭＯＳＦＥＴのゲートに印加されることで、ＳＰＡＤ４のリチャージを開始する。
このようにすれば、グループＢの検出部２Ｂだけ、ＳＰＡＤ４の応答後のリチャージ開始タイミングが遅れることになる。

従って、このように構成しても、検出部２Ａ，２Ｂ間で、ＳＰＡＤ４の応答後のリチャージに要する時間が異なり、検出部２Ａ，２ＢのＳＰＡＤ４が同時に応答可能となるのを抑制できる。

このため、本実施形態においても、光検出器１を構成する複数のＳＰＡＤ４がほぼ同時に疑似応答することによって、出力判定部１０で光の入射が誤検出されるのを抑制できる。

なお、本実施形態では、ＳＰＡＤ４のリチャージ開始タイミングを遅延させるパルス発生部９を、グループＢの検出部２Ｂに設けるものとして説明したが、全ての検出部２に設けるようにしてもよい。

そして、この場合、複数の検出部２を３グループ以上に分けたグループ毎、或いは、全ての検出部２で、遅延時間Ｔ１が異なるように、パルス発生部９を構成すれば、各検出部２でのＳＰＡＤ４の復帰時間をより細かくばらつかせることができる。
［第３実施形態］
上述した第１、第２実施形態では、複数の検出部２を構成するＳＰＡＤ４のリチャージ時間若しくはリチャージ開始時間をばらつかせることで、ＳＰＡＤ４自体の復帰時間をばらつかせるものとして説明した。

しかし、出力判定部１０が光検出器１への光の入射を誤判定するのを防止するには、各検出部２からＳＰＡＤ４の疑似応答による検出信号が同時に出力されるのを防止できればよいので、必ずしもＳＰＡＤ４自体の復帰時間をばらつかせる必要はない。

つまり、図６に示すように、グループＡ，Ｂの検出部２Ａ，２Ｂにおいて、時点ｔ１でＳＰＡＤ４が応答して、デジタルパルスＶ_Ｐ を出力してから、次にデジタルパルスＶ_Ｐ
の出力が可能となる時点ｔａ，ｔｂまでの時間を、異なる時間に設定してもよい。

具体的には、グループＡ，Ｂの検出部２Ａ，２Ｂに設けられるパルス出力部８の閾値電圧Ｖ_ＴＨＡ ，Ｖ_ＴＨＢ を、それぞれ、異なる電圧値に設定する。
このように構成すれば、検出部２Ａ，２ＢにおいてＳＰＡＤ４が同時に応答して、検出信号であるデジタルパルスＶ_Ｐ を出力した後、ＳＰＡＤ４の疑似応答により検出部２Ａ，２Ｂから同時にデジタルパルスＶ_Ｐ が出力されるのを抑制できる。

このため、本実施形態においても、光検出器１を構成する複数のＳＰＡＤ４がほぼ同時に疑似応答することによって、出力判定部１０で光の入射が誤検出されるのを抑制できる。

なお、パルス出力部８の閾値電圧を異なる電圧値に設定するのは、複数の検出部２を３グループ以上に分けたグループ毎に行うようにしてもよく、或いは、全ての検出部２でパルス出力部８の閾値電圧を異なる電圧値に設定するようにしてもよい。
［第４実施形態］
上述した第１〜第３実施形態では、複数の検出部２を構成するＳＰＡＤ４のリチャージ時間やリチャージ開始時間、或いは、検出信号出力後次に出力可能となるまでの時間、をばらつかせることで、ＳＰＡＤ４若しくは検出部２の復帰時間をばらつかせるものとした。

従って、上記実施形態の光検出器１を利用すれば、出力判定部１０において、複数の検出部２を構成するＳＰＡＤ４の疑似応答により、光検出器１に光が入射したことが誤判定されて、その旨を表す信号が出力されるのを抑制できる。

しかし、光検出器１の駆動開始時に、複数の検出部２のＳＰＡＤ４へ電源電圧Ｖ_ＤＤが同時に印加された場合、ＳＰＡＤ４への電荷のチャージが略同時に完了して、通常時よりも多くのＳＰＡＤ４が、フォトンの入射に応答することも考えられる。そして、このように多くのＳＰＡＤ４が略同時に応答すると、出力判定部１０にて、光検出器１に光が入射したことが誤判定されることになる。

このため、上記各実施形態の光検出器１の駆動を開始する際には、各検出部２において、異なるタイミングでＳＰＡＤ４がフォトンの入射に応答可能となるよう、各ＳＰＡＤ４の駆動開始タイミングを制御するとよい。

そこで、第４実施形態では、光検出器１の駆動開始時に、複数の検出部２に設けられたＳＰＡＤ４の駆動開始タイミングを制御することで、光検出器１の駆動開始直後に多数のＳＰＡＤ４が応答するのを抑制できるようにした測距装置２０について説明する。

図７に示すように、本実施形態の測距装置２０は、光検出器１と、測距対象に向けて距離測定用の信号光を投光する光照射部２２と、距離算出部２４とを備える。
距離算出部２４は、光照射部２２が信号光を投光してから、信号光が測定対象である物体で反射し、その反射光が光検出器１にて受光されるまでの時間を計測し、その計測時間から物体までの距離を算出するよう構成されている。

また、光検出器１は、第１〜第３実施形態にて説明した光検出器１であり、上述した出力判定部１０を介して、検出信号を距離算出部２４に出力するよう構成されている。
そして、距離算出部２４は、図８に示すように、まず、時点ｔ11にて、光照射部２２に駆動信号Ｖ_ＬＤを出力することで、信号光を投光させ、その後、時点ｔ12A ，ｔ12B で、各グループＡ，Ｂの検出部２Ａ，２Ｂに対し、駆動信号Ｖ_{ＱＣＨ＿Ａ} , Ｖ_{ＱＣＨ＿B} を出力する。

この駆動信号Ｖ_{ＱＣＨ＿Ａ} , Ｖ_{ＱＣＨ＿B} は、クエンチ抵抗６を構成しているＭＯＳＦＥＴをオンさせて、各検出部２Ａ，２ＢのＳＰＡＤ４に逆バイアス電圧を印加し、ＳＰＡＤ４に電荷をチャージするためのものである。

このように、本実施形態では、距離算出部２４が、光照射部２２に信号光を投光させた後、駆動信号Ｖ_{ＱＣＨ＿Ａ} , Ｖ_{ＱＣＨ＿B} を順に立ち上げる。このため、光照射部２２からの信号光が装置内部で反射し、クラッタとして光検出器１に入射しても、そのクラッタにより複数のＳＰＡＤ４が同時に応答して、光検出器１から距離算出部２４に検出信号が出力されるのを防止できる。

また、光検出器１において、グループＡの検出部２ＡとグループＢの検出部２Ｂとでは、駆動信号Ｖ_{ＱＣＨ＿Ａ} , Ｖ_{ＱＣＨ＿B} の入力タイミングのずれによって、測距開始後、ＳＰＡＤ４がチャージされて、フォトンに応答可能となるまでの時間が異なることになる。

このため、本実施形態によれば、光検出器１の駆動開始後に複数のＳＰＡＤ４が同時に応答可能になるのを抑制することができる。よって、光検出器１の駆動開始直後に、光検出器１を構成する複数の検出部２から多くのデジタルパルスＶ_Ｐ が出力されて、出力判定部１０から距離算出部２４に検出信号が出力されるのを抑制できる。

なお、距離算出部２４は、図９に示すように、光照射部２２に信号光を投光させた後、時点ｔ12A ，ｔ12B で駆動信号Ｖ_{ＱＣＨ＿Ａ} , Ｖ_{ＱＣＨ＿B} を立ち上げ、時点ｔ12A ，ｔ12B から一定時間Ｔ２経過後に、その電圧値を低下させるようにしてもよい。

このようにすれば、光検出器１の駆動開始直後には、検出部２Ａ，２ＢのＳＰＡＤ４をより短時間でチャージして、フォトンの入射に応答できるようにし、その後は、ＳＰＡＤ４のチャージ時間がばらつくように、ＭＯＳＦＥＴのゲート電圧を設定できるようになる。

また、本実施形態のように、光検出器１の駆動開始後、複数のＳＰＡＤ４が応答可能になるタイミングを制御する場合も、そのタイミング制御を、複数の検出部２を３グループ以上に分けたグループ毎に行うようにしてもよい。また、全ての検出部２で、ＳＰＡＤ４が応答可能になるタイミングが異なるように制御してもよい。
［変形例１］
そして、特に、光検出器１の駆動開始後に応答可能となるＳＰＡＤ４の数を、駆動開始後の通常時の数に近づけるには、図１０Ａに示すように、光検出器１を構成する複数の検出部２を動作させるようにするとよい。

つまり、光検出器１を構成する複数の検出部２を２つグループに分け、一方のグループの検出部２には同時に駆動信号を入力することでＳＰＡＤ４を同時に応答可能状態に復帰させる。

また、他方のグループの検出部２には、一方のグループの検出部２に駆動信号を入力した後、任意の時間間隔で順に駆動信号を入力することで、各検出部２を構成する複数のＳＰＡＤ４が応答可能になるタイミングをばらつかせる。

このようにすれば、光検出器１の駆動開始後に応答可能となるＳＰＡＤ４の数を低減できると共に、その後、応答可能なＳＰＡＤ４の数が変動するのを抑制できる。このため、光検出器１に実際に光が入射して、実際に応答するＳＰＡＤ４の数が増加した際に、出力判定部１０にて光の入射を精度よく判定することが可能となる。

つまり、図１０Ｂに示すように、光検出器１を構成する複数の検出部２に同時に駆動信号を入力して全てのＳＰＡＤ４を同時に復帰させた場合、応答可能なＳＰＡＤの数は、駆動開始直後に増大してから、疑似応答等によって周期的に増減するようになる。

これに対し、本変形例１のように複数のＳＰＡＤ４を復帰させるようにすれば、光検出器１の駆動開始後、フォトンに応答可能なＳＰＡＤ４の数を平均化して、出力判定部１０による光入射の判定制度を高めることができるようになる。
［変形例２］
一方、距離算出部２４は、光照射部２２から信号光を投光させてから光検出器１にて反射光が受光されるまでの時間を測定する測定動作を複数回実施し、その複数回の測定結果を積算して物体までの距離を算出するように構成されていてもよい。

そして、この場合には、図７に点線で示すように、距離算出部２４にタイミング制御部２５を設け、タイミング制御部２５にて、各回の測定動作毎に光検出器１の駆動開始タイミングを変化させるようにしてもよい。つまり、各回の測定動作毎に、光照射部２２が信号光を投光してから、光検出器１の駆動を開始するまでの時間を変更するのである。

このようにすれば、光検出器１の駆動開始後、応答可能なＳＰＡＤの数が変動したとしても、光照射部２２から信号光を投光させてからの、経過時間毎の応答可能なＳＰＡＤの数の変動は、測定動作１回毎に異なることになる。

従って、複数回の測定結果を積算することにより、駆動開始後の応答可能なＳＰＡＤの数の変動の影響を抑制でき、光検出器１を構成する複数の検出部２の駆動開始タイミングをばらつかせなくても、上記と同様の効果を得ることができるようになる。

以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明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。
例えば、第４実施形態では、本開示の光検出器１を用いて測定対象となる物体までの距離を測定する測距装置２０を例にとり説明したが、本開示の光検出器１の用途は、測距装置２０に限定されるものではなく、光検出が必要な種々の装置に利用することができる。

そして、この場合、光検出器１を駆動する際には、第４実施形態の距離算出部２４のように、各検出部２に対し駆動信号を異なるタイミングで入力するようにすれば、出力判定部１０での光入射の判定精度を高めることができる。

また、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のみによって特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本発明の実施形態である。

１…光検出器、２，２Ａ，２Ｂ…検出部、４…ＳＰＡＤ。

Claims (15)

1. フォトンの入射に応答するＳＰＡＤ（４）を有する検出部（２，２Ａ，２Ｂ）を複数備え、
   前記複数の検出部は、それぞれ、前記ＳＰＡＤが前記フォトンの入射に応答した際に流れる電流により電圧降下を生じさせて前記ＳＰＡＤの応答を停止させ、その後、当該ＳＰＡＤに電荷をリチャージして前記フォトンの入射に応答可能となるよう復帰させるクエンチ抵抗（６，７）を備え、
   前記複数の検出部のうちの少なくとも一つは、前記ＳＰＡＤがフォトンの入射に応答した後、前記クエンチ抵抗を介して前記ＳＰＡＤに流れるリチャージ電流が、他の検出部と異なるように構成されることで、前記リチャージにより次に応答可能になるまでの復帰時間が、他の検出部の前記ＳＰＡＤの復帰時間と異なるように設定されている、光検出器。
2. 前記複数の検出部は、それぞれ、前記クエンチ抵抗としてＭＯＳＦＥＴ（６）を備え、
   前記複数の検出部のうちの少なくとも一つは、前記ＭＯＳＦＥＴのサイズを変えることで、前記リチャージ電流が他の検出部と異なるように構成されている、請求項１に記載の光検出器。
3. 前記複数の検出部は、それぞれ、前記クエンチ抵抗としてＭＯＳＦＥＴ（６）を備え、 前記複数の検出部のうちの少なくとも一つは、前記ＭＯＳＦＥＴのゲート電圧を変えることで、前記リチャージ電流が他の検出部と異なるように構成されている、請求項１に記載の光検出器。
4. 前記複数の検出部は、それぞれ、前記クエンチ抵抗として、抵抗器若しくは配線抵抗にて構成される抵抗（７）を備え、
   前記複数の検出部のうちの少なくとも一つは、前記抵抗の抵抗値により、前記リチャージ電流が他の検出部と異なるように構成されている、請求項１に記載の光検出器。
5. 前記複数の検出部のうちの少なくとも一つは、前記クエンチ抵抗に並列に接続される寄生容量若しくはコンデンサの容量を変えることで、前記リチャージ電流が他の検出部と異なるように構成されている、請求項１に記載の光検出器。
6. フォトンの入射に応答するＳＰＡＤ（４）を有する検出部（２，２Ａ，２Ｂ）を複数備え、
   前記複数の検出部は、それぞれ、
   前記ＳＰＡＤが前記フォトンの入射に応答した際に流れる電流により電圧降下を生じさせて前記ＳＰＡＤの応答を停止させ、その後、当該ＳＰＡＤに電荷をリチャージして前記フォトンの入射に応答可能となるよう復帰させるクエンチ抵抗として、ＭＯＳＦＥＴ（６）を備えると共に、
   前記フォトンの検出信号として、前記ＳＰＡＤからの出力と閾値電圧とを大小判定してデジタルパルスを出力するパルス出力部（８）を備え、
   前記複数の検出部のうちの少なくとも一つは、前記パルス出力部から出力されるデジタルパルスを遅延させて前記ＭＯＳＦＥＴに入力することで、前記ＳＰＡＤがフォトンの入射に応答した後、前記ＭＯＳＦＥＴが前記リチャージを開始するまでの時間が、他の検出部と異なるように構成されている、光検出器。
7. フォトンの入射に応答するＳＰＡＤ（４）を有する検出部（２，２Ａ，２Ｂ）を複数備え、
   前記複数の検出部は、それぞれ、
   前記ＳＰＡＤが前記フォトンの入射に応答した際に流れる電流により電圧降下を生じさせて前記ＳＰＡＤの応答を停止させ、その後、当該ＳＰＡＤに電荷をリチャージして前記フォトンの入射に応答可能となるよう復帰させるクエンチ抵抗（６，７）と、
   前記フォトンの検出信号として、前記ＳＰＡＤからの出力と閾値電圧とを大小判定してデジタルパルスを出力するパルス出力部（８）と、
   を備え、
   前記複数の検出部のうちの少なくとも一つは、前記パルス出力部の閾値電圧が、他の検出部と異なるように構成されている、光検出器。
8. 前記複数の検出部のうちの少なくとも一つと、前記他の検出部は、それぞれ、異なるグループに分けられ、各グループの検出部は、光を受光する受光面上でグループ毎に偏ることのないよう、分散して配置されている、請求項１〜請求項７の何れか１項に記載の光検出器。
9. フォトンの入射に応答するＳＰＡＤ（４）を有する検出部（２，２Ａ，２Ｂ）を複数備えた光検出器であって、
   前記複数の検出部は、それぞれ、前記ＳＰＡＤが前記フォトンの入射に応答した際に流れる電流により電圧降下を生じさせて前記ＳＰＡＤの応答を停止させ、その後、当該ＳＰＡＤに電荷をリチャージして前記フォトンの入射に応答可能となるよう復帰させるクエンチ抵抗として、ＭＯＳＦＥＴ（６）を備え、
   前記複数の検出部のうちの少なくとも一つは、当該光検出器の駆動開始時に前記ＭＯＳＦＥＴをオンするタイミングが、他の検出部とは異なるように構成されている、光検出器。
10. 前記複数の検出部は、当該光検出器の駆動開始時に前記ＭＯＳＦＥＴがオンされるタイミングが同一となるように制御される第１グループと、前記ＭＯＳＦＥＴがオンされるタイミングが前記第１グループよりも遅く、互いに異なるタイミングとなるように制御される第２グループとに分けられている、請求項９に記載の光検出器。
11. 前記複数の検出部のうちの少なくとも一つは、当該光検出器の駆動開始直後に前記ＳＰＡＤが前記フォトンの入射に応答可能となるのに要する復帰時間が、当該ＳＰＡＤが前記フォトンの入射に応答した後、次に応答可能になるまでの復帰時間よりも短くなるよう、前記ＭＯＳＦＥＴの駆動電圧を変化させるように構成されている、請求項９又は請求項１０に記載の光検出器。
12. 前記複数の検出部から出力される信号の数が所定の閾値以上であるときに、前記複数の検出器にて構成される画素にて光が検出されたことを表す信号を出力する出力判定部（１０）、
    を備えた、請求項１〜請求項１１の何れか１項に記載の光検出器。
13. 請求項１〜請求項１２の何れか１項に記載の光検出器（１）と、
    信号光を投光する光照射部（２２）と、
    前記光照射部が前記信号光を投光してから、該信号光が物体に反射して、前記光検出器にて受光されるまでの時間を計測し、該時間に基づき前記物体までの距離を算出する距離算出部（２４）と、
    を備えた、測距装置。
14. 前記距離算出部は、前記光照射部が前記信号光を投光した後、前記光検出器の駆動を開始するよう構成されている、請求項１３に記載の測距装置。
15. 前記距離演算部は、前記光照射部が前記信号光を投光してから、該信号光の反射光が前記光検出器にて受光されるまでの時間を測定する測定動作を複数回実施し、該複数回の測定結果を積算して、前記物体までの距離を算出すると共に、各回の測定動作毎に、前記光照射部が前記信号光を投光してから前記光検出器の駆動を開始するまでの時間を変更する
    ように構成されている、請求項１４に記載の測距装置。

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