JPWO2018211831A1 - 光検出器および携帯型電子機器 - Google Patents

Abstract

外乱光による影響を抑えて、検知対象物までの距離を高精度に測定する。測距センサ（１００）は、ＶＣＳＥＬ（１）と、ＶＣＳＥＬ（１）が発するパルス光の光子をＳＰＡＤ（３ａ）を複数有するＳＰＡＤアレイ（３）と、パルス光が検知対象物（２００）に反射した反射光の光子を検出するＳＰＡＤ（４ａ）を複数有するＳＰＡＤアレイ（４）と、ＳＰＡＤアレイ（３）のＳＰＡＤ（３ａ）から出力されるパルス信号とＳＰＡＤアレイ（４）のＳＰＡＤ（４ａ）から出力されるパルス信号との時間差を計測するＤＬＬ（７）と、ＶＣＳＥＬ（１）が発光していないときの、ＳＰＡＤアレイ（４）の各ＳＰＡＤ（４ａ）から出力されるパルス信号に基づいて、外乱光が入射しているＳＰＡＤ（４ａ）を判定する外乱光入射ＳＰＡＤ判定部（１０）と、外乱光が入射していると判定されたＳＰＡＤ（４ａ）の動作を停止するフロントエンド回路（６）とを備える。

Description

本発明は、検知対象物までの距離を光学的に測定する光検出器に関する。

近年、スマートフォンなどの携帯型情報端末が広く普及している。カメラ、近接センサ、方位センサ、加速度センサ、角速度センサ、照度センサ等の小型化により、上記のような携帯型情報端末には、各種センサが搭載されるようになってきている。スマートフォン内蔵のカメラのオートフォーカスは、従来、画像のコントラストを利用して、カメラのオートフォーカス（ＡＦ）を行う方法が一般的に使用されてきた。しかし、コントラストＡＦは、暗所等で撮影対象物のコントラストが低い場合に、ＡＦ速度が極端に低下し、レンズの合焦がもたつくといった弱点がある。このため、暗所でも高速のＡＦが可能な、小型かつ高速動作可能な測距センサが望まれている。このような要望を受けて、近年、ＴＯＦ（Time of Flight）方式のＡＦ用測距センサが携帯電話に搭載され始めている。

また、ドローン等のロボット用途においても、小型軽量の測距センサが求められている。これに対し、三角測量方式のＰＳＤ受光素子を用いた測距センサに比較して小型化に有利なＴＯＦ方式の測距センサが有用である。

ガイガーモードで動作するアバランシェフォトダイオードであるＳＰＡＤ（Single-Photon-Avalanche-Diode：単光子雪崩増倍フォトダイオード）は、単一の光子（フォトン）を検出することができる。この単一光子検知は、図２６においてＡ点に示すように、ブレークダウン電圧より高い電圧でＳＰＡＤをバイアスすることにより実現される。ＳＰＡＤは、光子が到着して、アバランシェ増幅が発生すると準安定状態（図２６のＢ点）になる。このアバランシェ増幅は、ＳＰＡＤに接続されるクエンチ抵抗によって消滅し（図２６のＣ点）、バイアス電圧をブレークダウン電圧より下げる。その後、バイアス電圧は元に戻り、ガイガーモードでの待機状態になり、次にフォトンが入射するまで、図２６に示すＡ点の状態を保持する。このように、ＳＰＡＤは、ガイガーモードで動作するため、光に対する感度が非常に高く、光子検出効率が波長により異なるが、数％〜数十％に達する。

ＳＰＡＤを複数個アレイ状に配置して、さらに光子検出効率を高めることができる。このように、高感度のＳＰＡＤをＴＯＦ方式測距センサに使用する場合、太陽光、人工照明光等の外乱光の影響を受けやすいという問題がある。

図２７は、従来のＴＯＦ方式の測距センサの構造を示す断面図である。測距センサにおいて、リファレンス側のＳＰＡＤアレイ３０１と、リターン側のＳＰＡＤアレイ３０２とは、遮光壁３０３により分離されている。リファレンス側のＳＰＡＤアレイ３０１には、ＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting LASER：垂直共振器面発光レーザ）３０４が発光する光のみが入射する。一方、リターン側のＳＰＡＤアレイ３０２には、検知対象物からの反射光のみが光学フィルタ３０５を介して入射するような構造になっている。

光学フィルタ３０６は、ＶＣＳＥＬ３０４の発光波長近傍の波長を通過させるバンドパスフィルタとして機能している。このため、光学フィルタ３０６は、外乱光によりＳＰＡＤの誤反応が発生しにくいような構成になっている。

図２８は、太陽光（ＡＭ１．５）のスペクトル図である。図２８に示すように、９４０ｎｍ付近に水蒸気による吸収帯があり、野外での太陽光の影響を最小限にするために９４０ｎｍ付近の波長の光が用いられることが多い。

図２９に示すように、光学フィルタの透過分光スペクトルを持つ光学フィルタと、図３０に示すような発光スペクトルを持つ発光素子とを使用することが考えられる。これにより、波長が９４０ｎｍ付近以外の外乱光成分が、リファレンス側のＳＰＡＤ３０１と、リターン側のＳＰＡＤアレイ３０２とに入射しないような構造にすることができる。この結果、Ｓ／Ｎ比が高められる。

日本国公開特許公報「特開２０１６−１７６７５０号公報（２０１６年１０月６日公開）」 日本国公開特許公報「特開２０１６−１４５７７６号公報（２０１６年８月１２日公開）」

しかし、光学バンドパスフィルタ透過帯域の外乱光は完全に無くすことはできず、図３０に示すように、ＶＣＳＥＬ３０４の発光スペクトルは数ｎｍの帯域しかない。これに対し、光学バンドパスフィルタの帯域幅を狭くするという考え方がある。しかし、ＶＣＳＥＬ３０４の発光スペクトルは温度ドリフトがあるため、数十ｎｍという光学バンドパスフィルタの帯域幅を確保する必要がある。また、波長が９４０ｎｍを多く含む白熱灯下や、天気の良い野外で使用する場合、帯域を絞ったとしても、外乱光によりＳＰＡＤが反応し、Ｓ／Ｎが低下する問題がある。

また、特許文献１には、ＴＯＦ方式測距センサで外乱光耐量を向上させる手法が開示されている。具体的には、特許文献１には、ポリゴンミラーによるスキャン動作で発光側の放射角と受光側の受光角とを狭めることにより、高感度および外乱光耐量を両立させている例が開示されている。しかし、このような例では、センサが大型化し高コストになるという問題がある。

また、特許文献２には、ＳＰＡＤのアフターパルス対策として、ＳＰＡＤアレイの制御が開示されている。しかし、特許文献２には、外乱光への対策としての明確な手法については開示されていない。

本発明の一態様は、外乱光による影響を抑えて、検知対象物までの距離を高精度に測定することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る光検出器は、発光素子と、前記発光素子が発するパルス光の光子をガイガーモードで検出する第１受光素子としてアバランシェフォトダイオードを複数有する第１受光部と、前記パルス光が検知対象物に反射した反射光の光子をガイガーモードで検出する第２受光素子としてアバランシェフォトダイオードを複数有する第２受光部と、前記第１受光部の前記第１受光素子から出力されるパルス信号と前記第２受光部の前記第２受光素子から出力されるパルス信号との時間差を計測する時間差計測部と、前記発光素子が発光していないときの、前記第２受光部の各第２受光素子から出力されるパルス信号に基づいて、外乱光が入射している前記第２受光素子を判定する外乱光入射受光素子判定部と、外乱光が入射していると判定された前記第２受光素子の動作を停止する動作停止部と、を備えている。

本発明の一態様によれば、外乱光による影響を抑えて、検知対象物までの距離を高精度に測定することができるという効果を奏する。

本発明の実施形態１〜４に係る測距センサの構成を示すブロック図である。 上記測距センサの構造を示す縦断面図である。 上記測距センサにおけるリファレンス側のＳＰＡＤアレイおよびＳＰＡＤフロントエンド回路の構成を示す回路図である。 上記測距センサの動作を示すシーケンス図である。 上記測距センサがアクティブクエンチ抵抗値を設定する動作を示すシーケンス図である。 上記測距センサが上記ＳＰＡＤアレイのバイアス電圧を設定する動作を示すシーケンス図である。 （ａ）は上記測距センサが上記ＳＰＡＤアレイのバイアス電圧を設定する動作を示すタイミングチャートであり、（ｂ）は（ａ）のタイミングチャートにおける要部の拡大図である。 上記測距センサと検知対象物と外乱光源との位置関係を示す図である。 上記測距センサと検知対象物と外乱光源との他の位置関係を示す図である。 外乱光入射時の上記ＳＰＡＤアレイの各ＳＰＡＤから出力されたパルス信号のパルスのカウント値の分布を示す図である。 外乱光が入射している上記ＳＰＡＤの動作を停止した状態の各ＳＰＡＤから出力されたパルス信号のパルスのカウント値の分布を示す図である。 本発明の実施形態２に係るリターン側のＳＰＡＤアレイおよびＳＰＡＤフロントエンド回路の構成を示す回路図である。 本発明の実施形態２に係るリターン側のＳＰＡＤアレイおよびＳＰＡＤフロントエンド回路の他の構成を示す回路図である。 実施形態３に係る測距センサと検知対象物と外乱光源との位置関係を示す図である。 外乱光入射時の実施形態３に係る測距センサにおけるＳＰＡＤアレイの各ＳＰＡＤから出力されたパルス信号のパルスのカウント値の分布を示す図である。 動作を停止させるＳＰＡＤを判定するために図１５に示すＳＰＡＤアレイの位置に応じた重み係数を示す図である。 本発明の実施形態４に係る測距センサの動作を示すシーケンス図である。 上記実施形態４に係る測距センサにおいて発光素子が発光したときのＳＰＡＤアレイの各ＳＰＡＤから出力されたパルス信号のパルスのカウント値の分布を示す図である。 上記実施形態４に係る測距センサにおいて発光素子が発光していないときのＳＰＡＤアレイの各ＳＰＡＤから出力されたパルス信号のパルスのカウント値の分布を示す図である。 上記実施形態４に係る測距センサと検知対象物と外乱光源との位置関係を示す図である。 上記実施形態４に係る測距センサにおいて図１１に示す条件下で発光素子が発光していないときのＳＰＡＤアレイの各ＳＰＡＤから出力されたパルス信号のパルスのカウント値の分布を示す図である。 上記実施形態４に係る測距センサにおいて図１１に示す条件下で発光素子が発光しているときのＳＰＡＤアレイの各ＳＰＡＤから出力されたパルス信号のパルスのカウント値の分布を示す図である。 上記実施形態４に係る測距センサにおいて図１１に示す条件下で外乱光が入射している上記ＳＰＡＤの動作を停止させた状態の各ＳＰＡＤから出力されたパルス信号のパルスのカウント値の分布を示す図である。 上記実施形態４に係る他の測距センサの構成を示す縦断面図である。 本発明の実施形態５に係るスマートフォンの構成を示す平面図である。 ＳＰＡＤのガイガーモードの動作状態を示す図である。 従来のＴＯＦ方式の測距センサの構成を示す縦断面図である。 １ルクス時の太陽光（ＡＭ１．５）のスペクトル図である。 光学バンドパスフィルタの透過分光特性を示す図である。 発光素子（ＶＣＳＥＬ）の発光分光スペクトルを示す図である。

〔実施形態１〕
本発明の実施形態１について図１〜図１１に基づいて説明すれば、以下の通りである。

〈測距センサ１００の構成〉
図１は、本実施形態に係る測距センサ１００の構成を示すブロック図である。図２は、測距センサ１００の構造を示す縦断面図である。

図１に示すように、測距センサ１００（光検出器）は、ＴＯＦ（Time of Flight）方式の測距センサである。この測距センサ１００は、ＶＣＳＥＬ１と、ＶＣＳＥＬドライバ２と、ＳＰＡＤアレイ３，４と、ＳＰＡＤフロントエンド回路５，６と、ＤＬＬ（Delay Lock Loop）７と、パルスカウンタ８と、データレジスタ９と、外乱光入射ＳＰＡＤ判定部１０（外乱光入射受光素子判定部）と、ＨＶ発生回路１１と、ＳＰＡＤバイアス制御部１２とを備えている。

ＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting LASER：垂直共振器面発光レーザ）１は、光パルスを出力するレーザ光源である。ＶＣＳＥＬ１は、発光波長帯域が狭く、かつ発光ピーク波長の温度変動が少ないので、発光素子として好ましい。ＶＣＳＥＬドライバ２は、ＶＣＳＥＬ１を駆動する駆動回路である。

ＳＰＡＤアレイ３（第１受光部）は、リファレンス側に設けられており、ＶＣＳＥＬ１からの光パルスを直接受光する。ＳＰＡＤアレイ３は、ＳＰＡＤ（Single-Photon-Avalanche-Diode：単光子雪崩増倍フォトダイオード）３ａ（第１受光素子）を複数有している。ＳＰＡＤ３ａは、入射光の光子をガイガーモードで検出するアバランシェフォトダイオードであり、検出した１つの光子当たりに１つのパルスを含むパルス信号を出力する。また、ＳＰＡＤ３ａは、ＳＰＡＤアレイ３においてマトリクス状に配されている。

ＳＰＡＤアレイ４（第２受光部）は、リターン側に設けられており、ＶＣＳＥＬ１の光パルスが図２に示すように検知対象物２００に反射した光パルスを受光する。ＳＰＡＤアレイ４も、ＳＰＡＤアレイ３と同じく、マトリクス状に配された複数の（ＳＰＡＤ３ａと同数）のＳＰＡＤ４ａ（第２受光素子）を有している。

ＳＰＡＤフロントエンド回路５は、ＳＰＡＤアレイ３の各ＳＰＡＤ３ａからのパルス信号を波形整形して、各パルス信号に応じた整形パルス信号を出力する回路である。ＳＰＡＤフロントエンド回路６（動作停止部）は、ＳＰＡＤアレイ４の各ＳＰＡＤ４ａからのパルス信号を波形整形して、各パルス信号に応じた整形パルス信号を出力する回路である。また、ＳＰＡＤフロントエンド回路６は、後述する外乱光入射ＳＰＡＤ判定部１０からのＳＰＡＤ選択信号によって外乱光入射レベルが大きいＳＰＡＤ４ａの動作を停止させる。

ＤＬＬ７（時間差計測部）は、ＳＰＡＤフロントエンド回路５の整形パルス信号と、ＳＰＡＤフロントエンド回路６の整形パルス信号とから、ＳＰＡＤアレイ３の各ＳＰＡＤ３ａが受光したパルス光とＳＰＡＤアレイ４の各ＳＰＡＤ４ａが受光したパルス光との時間差の平均値を検出する。この時間差は、各ＳＰＡＤ３ａが受光したパルス光に対するＳＰＡＤアレイ４の各ＳＰＡＤ４ａが受光したパルスの遅延時間であり、検知対象物２００の距離の光の飛行時間に相当する。

パルスカウンタ８は、ＤＬＬ７から出力された時間差の平均値を計測することで検知対象物２００までの距離を算出するカウンタである。データレジスタ９は、パルスカウンタ８の計測値を格納する記憶回路である。

外乱光入射ＳＰＡＤ判定部１０は、ＳＰＡＤフロントエンド回路６から、ＶＣＳＥＬ１が発光していないときのＳＰＡＤアレイ４の各ＳＰＡＤ４からのパルス信号をモニタすることにより、外乱光の入射に反応しているＳＰＡＤ４ａを判定する。外乱光入射ＳＰＡＤ判定部１０は、外乱光の入射レベルが大きいＳＰＡＤ４ａの動作を停止させるためのＳＰＡＤ選択信号をＳＰＡＤフロントエンド回路６に与える。

ＨＶ発生回路１１は、ＳＰＡＤアレイ３，４に印加する逆バイアス電圧ＶＨＶ（高電圧）を発生する回路である。

ＳＰＡＤバイアス制御部１２は、リファレンス側のＳＰＡＤアレイ３から出力されるパルス信号の有無によって、ＨＶ発生回路１１の出力電圧を調整するとともに、ＶＣＳＥＬドライバ２を制御する。このために、ＳＰＡＤバイアス制御部１２は、パルスカウンタ１３と、判定部１４と、ＨＶ制御部１５と、ＶＣＳＥＬドライバ制御部１６とを有している。

パルスカウンタ１３は、ＳＰＡＤアレイ３，４に印加する逆バイアス電圧を設定するときに、ＳＰＡＤアレイ３から出力されるパルス信号のパルス数をカウントする。判定部１４は、パルスカウンタ１３が出力する、パルス数のカウント値が、ＶＣＳＥＬ１の発光パルス数よりも少ないか否かを判定する。

ＨＶ制御部１５は、判定部１４による判定結果に基づいてＨＶ発生回路１１を制御する。ＶＣＳＥＬドライバ制御部１６は、判定部１４による判定結果に基づいてＶＣＳＥＬドライバ２を制御する。ＨＶ制御部１５およびＶＣＳＥＬドライバ制御部１６の制御により、ＳＰＡＤアレイ３を最適なガイガーモードで動作させることができる。

図２に示すように、測距センサ１００は、ケース２１と、光学フィルタ２２，２３と、集光レンズ２４と、遮光壁２５とをさらに備えている。

ケース２１の内部には、ＶＣＳＥＬ１およびＳＰＡＤアレイ３，４が配置されている。光学フィルタ２２は、ケース２１における開口２１ａの、ＶＣＳＥＬ１からの出射光が透過する位置に配置されている。リファレンス側のＳＰＡＤアレイ３には、ＶＣＳＥＬ１からの直接光のみが入射し、リターン側のＳＰＡＤアレイ４には、検知対象物２００からの反射光のみが入射する。

遮光壁２５は、ＳＰＡＤアレイ３，４の間に配置されており、ＶＣＳＥＬからの直接光をＳＰＡＤアレイ４に入射しないように阻止している。光学フィルタ２３は、ケース２１における開口２１ｂの、検知対象物２００からの反射光が透過する位置に配置されている。光学フィルタ２３は、ＶＣＳＥＬ１の発光波長近傍の波長を通過させるバンドパスフィルタとして機能している。集光レンズ２４は、光学フィルタ２３の上の光が入射する側に配置されており、検知対象物２００の位置に応じてＳＰＡＤアレイ４への結像位置を変えるように機能する。

続いて、リファレンス側のＳＰＡＤアレイ３およびＳＰＡＤフロントエンド回路５について説明する。図３は、測距センサ１００におけるＳＰＡＤアレイ３およびＳＰＡＤフロントエンド回路５の構成を示す回路図である。

図３に示すように、ＳＰＡＤアレイ３は、ＳＰＡＤ３ａとして、ｎ個のＳＰＡＤ４１〜４ｎを含んでいる。ＳＰＡＤ４１〜４ｎのカソードは、ＨＶ発生回路１１によって高電圧ＶＨＶが印加されている。

ＳＰＡＤフロントエンド回路５は、同じサイズのＮＭＯＳトランジスタＭ１〜Ｍｎで構成されたアクティブクエンチ回路と、バッファＢＵＦ１〜ＢＵＦｎと、論理和回路ＯＲとを有している。バッファＢＵＦ１〜ＢＵＦｎは、ＮＭＯＳトランジスタＭ１〜Ｍｎにゲート電圧を印加するために設けられている。バッファＢＵＦ１〜ＢＵＦｎは、それぞれ、入力される制御信号ＣＴＬ１〜ＣＴＬｎがＨｉｇｈレベルになると、ＮＭＯＳトランジスタＭ１〜Ｍｎのゲートに電源電圧ＶＳ１を印加する。

ＳＰＡＤ４１〜ＳＰＡＤ４ｎのアノードは、それぞれＮＭＯＳトランジスタＭ１〜Ｍｎが接続されている。ＳＰＡＤ４１〜ＳＰＡＤ４ｎから出力されるパルス電流は、上記のアクティブクエンチ回路により、パルス電圧に変換される。論理和回路ＯＲは、パルス電圧の信号の論理和を検出信号ＳＰＡＤ＿ＯＵＴとして出力する。

これにより、ＳＰＡＤ４１〜ＳＰＡＤ４ｎのいずれか１つからパルス信号が出力された場合に、検出信号ＳＰＡＤ＿ＯＵＴが出力されることになる。多数のＳＰＡＤ４１〜ＳＰＡＤ４ｎを使用することにより、感度を高くすることができる。

また、ＳＰＡＤフロントエンド回路５は、電流源ＩＱと、アクティブクエンチ回路を構成するＮＭＯＳトランジスタＭａｑｍと、バッファＢＵＦ＿ＡＱＭとを有している。定電流源ＩＱは、電流値を任意の値に可変する回路である。バッファＢＵＦ＿ＡＱＭは、制御信号ＣＴＬ＿ＡＱＭがＨｉｇｈレベルになると、ＮＭＯＳトランジスタＭａｑｍのゲートに電源電圧ＶＳ１を印加する。

また、ＳＰＡＤフロントエンド回路５は、出力バッファＢＵＦを有している。出力バッファＢＵＦは、電流源ＩＱと、ＮＭＯＳトランジスタＭａｑｍとの間の電位レベルをアクティブクエンチ検知信号ＡＱＭ＿ＯＵＴとして出力する。

〈測距センサ１００の動作〉
ここで、測距センサ１００の動作について説明する。図４は、測距センサ１００の動作を示すシーケンス図である。図５は、測距センサ１００がアクティブクエンチ抵抗値を設定する動作を示すシーケンス図である。図６は、測距センサ１００がＳＰＡＤアレイ３のバイアス電圧を設定する動作を示すシーケンス図である。図７の（ａ）は、測距センサ１００がＳＰＡＤアレイ３のバイアス電圧を設定する動作を示すタイミングチャートであり、図７の（ｂ）は図７の（ａ）のタイミングチャートにおける要部の拡大図である。

図３に示すように、測距センサ１００の動作は、測定前設定期間Ｔ１と、距離測定期間Ｔ２（ＶＣＳＬ発光、ＤＬＬ収束期間）と、距離測定期間Ｔ３（平均化、距離データレジスタ格納）とに大きく分けられる。

ＳＰＡＤフロントエンド回路５は、測定前設定期間Ｔ１において、まず、アクティブクエンチ設定期間Ｔ１−１でアクティブクエンチ抵抗の設定を行う。その後、ＳＰＡＤバイアス制御部１２は、ＶＨＶ電圧設定期間Ｔ１−２で、ＳＰＡＤ３ａ，４ａの逆バイアス電圧ＶＨＶを設定することで、距離測定前にＳＰＡＤ３ａ，４ａが最適なガイガーモードで動作するための初期設定を行う。さらに、外乱光入射ＳＰＡＤ判定部１０は、外乱光入射ＳＰＡＤ判定期間Ｔ１−３で、外乱光が入射しているＳＰＡＤ４ａを判定し、当該ＳＰＡＤ４ａの動作を停止させる。

距離測定期間Ｔ２において、ＳＰＡＤバイアス制御部１２は、ＶＣＳＥＬ１をパルス発光させるとともに、ＤＬＬ７は、各ＳＰＡＤ３ａが受光したパルス光に対するＳＰＡＤアレイ４の各ＳＰＡＤ４ａが受光したパルスの遅延時間（遅延量）を収束させる。そして、パルスカウンタ８は、距離測定期間Ｔ２で収束したＤＬＬ７の遅延量をカウントすることにより、検知対象物２００までの距離をデータ化し、データレジスタ９に格納する。

測距センサ１００は、上記のような測定前設定期間Ｔ１、距離測定期間Ｔ２および距離測定期間Ｔ３を行った後に、所定時間の休止期に移行し、再び測定前設定期間Ｔ１、距離測定期間Ｔ２および距離測定期間Ｔ３を行うという処理を繰り返して行う。

アクティブクエンチ設定期間Ｔ１−１において、ＳＰＡＤバイアス制御部１２は、ＳＰＡＤ４１〜４ｎに流れる電流の電流値を電流源ＩＱによって設定し、制御信号ＣＴＬ＿ＡＱＭをＨｉｇｈレベルにして、電源電圧ＶＳ１の電圧値を図５に示すように段階的に上昇させる。電源電圧ＶＳ１の電圧値が上昇することにより、ＮＭＯＳトランジスタＭａｑｍは、ゲート電圧が上昇してＯＮ抵抗（アクティブクエンチ抵抗）が変化する（小さくなる）。電源電圧ＶＳ１の上昇間隔は、等間隔であってもよいし、等間隔でなくてもよい。ＳＰＡＤバイアス制御部１２は、アクティブクエンチ信号ＡＱＭ＿ＯＵＴがＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルに反転したときの電源電圧ＶＳ１（図５ではＶＳ１９）をアクティブクエンチの制御電圧として採用する。

ＶＨＶ電圧設定期間Ｔ１−２において、ＨＶ制御部１５は、図６に示すように、逆バイス電圧ＶＨＶを低い電圧（初期電圧ＶＨＶ０）から高い電圧に段階的に上昇させる。図７の（ａ）および（ｂ）に示すように、ＳＰＡＤバイアス制御部１２は、ＨＶ発生回路１１がＳＰＡＤアレイ３へ逆バイアス電圧ＶＨＶ０を印加した直後に、カウンタリセット信号をパルスカウンタ１３に与える。これにより、パルスカウンタ１３は、０カウントにリセットする。

その後、ＶＣＳＥＬドライバ制御部１６は、ＶＣＳＥＬ１を５回パルス発光させるようにＶＣＳＥＬドライバ２にＶＣＳＥＬ駆動信号を与える。ここでは、パルス数を５パルスとしているが、他のパルス数でも構わない。ここで、ＳＰＡＤバイアス制御部１２は、ＶＣＳＥＬ１が発光している期間にパルスカウンタ１３のイネーブル信号をアクティブ（Ｈｉｇｈレベル）にする。これにより、パルスカウンタ１３は、ＳＰＡＤアレイ３から出力されるパルスをカウントする。その後、ＳＰＡＤバイアス制御部１２は、カウンタ読込信号をＨｉｇｈレベルにする。これにより、判定部１４はパルスカウンタ１３のカウント値を読み込む。

ここで、判定部１４は、カウント値がＶＣＳＥＬ１の発光パルス数よりも少ないと判定すると、ＨＶ発生回路１１によるＨＶ制御部１５に逆バイアス電圧ＶＨＶを電圧ＶＨＶ１に上昇させるように指示する。逆バイアス電圧ＶＨＶを上昇させるステップは等電圧でもよいし、等電圧でなくてもよい。判定部１４は、逆バイアス電圧ＶＨＶを上昇させていき、例として逆バイアス電圧ＶＨＶが電圧ＶＨＶ２１に達したときに、パルスカウンタ１３のカウント値が５以上になれば、電圧ＶＨＶ２１がＳＰＡＤのブレークダウン電圧（ＶＢＤ）であると判断する。

ＨＶ制御部１５は、ＳＰＡＤをガイガーモードで動作させるために、ブレークダウン電圧からオーバー電圧Ｖｅｘ分高い電圧を発生するようにＨＶ発生回路１１を制御する。こにより、ＨＶ発生回路１１は、距離測定期間Ｔ２において、ＳＰＡＤアレイ３に印加する逆バイアス電圧ＶＨＶをＶＨＶ２１＋Ｖｅｘに変更する。ここで、オーバー電圧Ｖｅｘに温度依存性を持たせてもよい。距離測定期間Ｔ２の前に、毎回、上記のようにＳＰＡＤアレイ３に印加する逆バイアス電圧ＶＨＶを制御することにより、温度変化やプロセス条件により、ＳＰＡＤのブレークダウンがばらついたとしても、ＳＰＡＤアレイ３を最適なガイガーモードで安定動作させることが可能となる。

外乱光入射ＳＰＡＤ判定期間Ｔ１−３における測距センサ１００の動作について説明する。図８は、測距センサ１００と検知対象物２００と外乱光源との位置関係を示す図である。図９は、測距センサ１００と検知対象物２００と外乱光源との他の位置関係を示す図である。図１０は、外乱光入射時のＳＰＡＤアレイ４の各ＳＰＡＤ４ａから出力されたパルス信号のパルスのカウント値の分布を示す図である。図１１は、外乱光が入射しているＳＰＡＤ４ａの動作を停止させた状態の各ＳＰＡＤ４ａから出力されたパルス信号のパルスのカウント値の分布を示す図である。

まず、測距センサ１００、検知対象物２００および外乱光源が、図８に示す位置関係に配置されている場合について説明する。この位置関係では、検知対象物２００が測距センサ１００の正面に位置し、外乱光源が検知対象物２００の斜め後ろから逆光位置で測距センサ１００に対して光を照射している。

図１０は、ＳＰＡＤアレイ４におけるＳＰＡＤ４ａの配置の一例を示しており、ＳＰＡＤアレイ４には、１６×１６の計２５６個のＳＰＡＤ４ａが配置されている。４×４の計１６のＳＰＡＤ４ａを１単位にして信号処理する場合、ＳＰＡＤアレイ４の領域はＡ〜Ｐの１６の領域に分割される。なお、このような分割には、限定されず、例えば、１つのＳＰＡＤ４ａを１単位にして、ＳＰＡＤアレイ４を２５６の領域に分割してもよい。

図８に示すように測距センサ１００が配置されている場合、測距センサ１００の発光素子（ＶＣＳＥＬ１）が発光していない場合に、ＳＰＡＤアレイ４には、図１０に示すように外乱光源が領域Ｐを中心とした領域に結像される。この結像位置は、外乱光源の位置により変わる。

また、図９に示すように、測距センサ１００から見て検知対象物２００の背後に外乱光源がある場合、外乱光源は検知対象物によって隠されるため、ＳＰＡＤアレイ４には外乱光による光は結像されない。ただし、外乱光源の広がりが検知対象物２００より大きな場合は、検知対象物２００の周りにドーナツ状に外乱光が結像される。

図１０に示すように外乱光源が領域Ｐを中心とした領域に結像されている場合、ＳＰＡＤ４ａから出力されるパルス数はＳＰＡＤ４ａに照射される光量に比例する。したがって、領域Ａ〜Ｐの中で、領域ＰのＳＰＡＤ４ａのパルス数の和が最も多くなる。

一般に、ＴＯＦ方式測距センサは、発光素子からパルス光を検知対象物に向けて放射した時点から、検知対象物に反射して返ってきた時点までの遅延差を検出する。このため、外乱光によりランダムな時間にパルスが発生することにより、遅延時間を検出するＤＬＬ７の遅延値がばらついたり、ＤＬＬ７が遅延値を収束する時間が長くなったりするために測距精度が低下する。

このような測距精度の低下を防止するために、本実施形態では、外乱光によるＳＰＡＤ４ａの出力パルス数があらかじめ設定した値を超えた場合に、図１１に示すように、その領域のＳＰＡＤ４ａの動作を停止させる。これにより、外乱光によりＳＰＡＤ４ａから出力される外乱光に起因したランダムなパルス列をなくすことができる。したがって、外乱光入射時の測距精度の向上が可能となる。

なお、本実施形態では、また、光の飛行時間をＤＬＬ７によって算出したが、これには限定されない。例えば、ＴＤＣ（Time-to Digital Converter）回路を用いて光の飛行時間を算出してもよい。

〔実施形態２〕
本発明の実施形態２について、図１２および図１３に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態１にて説明した構成要素と同じ機能を有する構成要素については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。本実施形態では、ＳＰＡＤフロントエンド回路６における、外乱光が入射したＳＰＡＤ４ａの動作を停止させる構成について説明する。

図１２は、本実施形態に係るリターン側のＳＰＡＤアレイ４およびＳＰＡＤフロントエンド回路６の構成を示す回路図である。図１３は、本実施形態に係るリターン側のＳＰＡＤアレイ４およびＳＰＡＤフロントエンド回路６の他の構成を示す回路図である。

図１２に示すリターン側のＳＰＡＤアレイ４は、ＳＰＡＤ４ａとして、リファレンス側のＳＰＡＤアレイ３と同じく、ｎ個のＳＰＡＤ４１〜４ｎを含んでいる。

図１２に示すリターン側のＳＰＡＤフロントエンド回路６は、リファレンス側のＳＰＡＤフロントエンド回路５と同じく、ＮＭＯＳトランジスタＭ１〜Ｍｎで構成されたアクティブクエンチ回路と、バッファＢＵＦ１〜ＢＵＦｎと、論理和回路ＯＲとを有している。また、ＳＰＡＤフロントエンド回路６は、ＳＰＡＤフロントエンド回路５と同じく、電流源ＩＱと、アクティブクエンチ回路を構成するＮＭＯＳトランジスタＭａｑｍと、バッファＢＵＦ＿ＡＱＭと、出力バッファＢＵＦとを有している。

ＳＰＡＤフロントエンド回路６は、さらに、ＳＰＡＤの動作を停止させるために用いられるＮＭＯＳトランジスタＯＦＦ＿Ｍ１〜ＯＦＦ＿Ｍｎを有している。ＮＭＯＳトランジスタＯＦＦ＿Ｍ１〜ＯＦＦ＿Ｍｎは、ＳＰＡＤ４１〜４ｎのアノードに、ＮＭＯＳトランジスタＭ１〜Ｍｎと並列になるように接続されている。また、ＮＭＯＳトランジスタＯＦＦ＿Ｍ１〜ＯＦＦ＿Ｍｎのゲートには、それぞれ、ＮＭＯＳトランジスタＯＦＦ＿Ｍ１〜ＯＦＦ＿ＭｎをＯＦＦさせるための制御信号ＯＦＦ＿ＣＴＬ１〜ＯＦＦ＿ＣＴＬｎが入力される。制御信号ＯＦＦ＿ＣＴＬ１〜ＯＦＦ＿ＣＴＬｎは、前述のＳＰＡＤ選択信号として外乱光入射ＳＰＡＤ判定部１０から与えられる。

図１３に示すリターン側のＳＰＡＤアレイ４は、図１２に示す上記のＳＰＡＤアレイ４と同じ構成である。

図１３に示すリターン側のＳＰＡＤフロントエンド回路６は、図１２に示す上記のＳＰＡＤフロントエンド回路６と同じ回路素子を備える構成である。ただし、図１３に示すＳＰＡＤフロントエンド回路６において、ＮＭＯＳトランジスタＯＦＦ＿Ｍ１〜ＯＦＦ＿Ｍｎは、ＨＶ発生回路１１と、ＳＰＡＤ４１〜４ｎのカソードとに接続されている。

上記のように構成される図１２および図１３に示すＳＰＡＤフロントエンド回路６において、ＮＭＯＳトランジスタＯＦＦ＿Ｍ１〜ＯＦＦ＿Ｍｎは、制御信号ＯＦＦ＿ＣＴＬ１〜ＯＦＦ＿ＣＴＬｎのいずれかがＨｉｇｈレベルになると、それに応じてＯＦＦする。これにより、ＯＦＦしたＮＭＯＳトランジスタＯＦＦ＿Ｍｉ（ｉは任意の整数）によってアノードがグランドに接続されたＳＰＡＤ１０ｉが動作しない（無効になる）。

このように、ＳＰＡＤフロントエンド回路６は、ＮＭＯＳトランジスタＯＦＦ＿Ｍ１〜ＯＦＦ＿Ｍｎを有することにより、ＳＰＡＤ４１〜４ｎの動作を停止させることができる。これにより、ＳＰＡＤ４１〜４ｎの動作停止機能を備えるＳＰＡＤフロントエンド回路６を簡素に構成することができる。
〔実施形態３〕
本発明の実施形態３について、図１、図１４〜図１６に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態１にて説明した構成要素と同じ機能を有する構成要素については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

図１４は、本実施形態に係る測距センサ１００と検知対象物２００と外乱光源との位置関係を示す図である。図１５は、外乱光入射時の測距センサ１００におけるＳＰＡＤアレイ４の各ＳＰＡＤ４ａから出力されたパルス信号のパルスのカウント値の分布を示す図である。図１６は、動作を停止させるＳＰＡＤ４ａを判定するためにＳＰＡＤアレイ４の位置に応じた重み係数を示す図である。

本実施形態では、測距センサ１００、検知対象物２００および外乱光源が、図１４に示す位置関係に配置されている場合について説明する。この位置関係では、検知対象物２００が測距センサ１００の正面に位置し、外乱光源が測距センサ１００の斜め後ろから順光位置で測距センサ１００に対して光を照射している。また、検知対象物２００は、反射率が高い物質で構成されており、図１４に示すように、本実施形態に係る測距センサ１００は、外乱光の照り返しを生じる。

このような場合、図１５に示すように、ＳＰＡＤアレイ４は、検知対象物２００からの照り返しの光によって、中央部分が反応することがある。図１に示す外乱光入射ＳＰＡＤ判定部１０は、ＳＰＡＤアレイ４において外乱光が入射しているのが中央部分のＳＰＡＤ４ａであると検出すると、これらのＳＰＡＤ４ａを停止させる。このため、検知対象物２００の距離を測定できない状態になる現象が生じることがある。

このような現象を回避するために、図１５に示すように、ＳＰＡＤフロントエンド回路６（係数乗算部）は、ＳＰＡＤアレイ４の位置に応じて１〜８の重み係数を各ＳＰＡＤ４ａのパルス信号に付与する。具体的には、ＳＰＡＤフロントエンド回路６は、ＳＰＡＤアレイ４の中央部分から外周部分に向かうに従って値が大きくなるように、各ＳＰＡＤ４ａのパルス信号に重み係数を乗じる。より具体的には、重み係数は、ＳＰＡＤアレイ４の中央部分が最も小さく、ＳＰＡＤアレイ４の外周部分が最も大きく、ＳＰＡＤアレイ４の中央部分から外周部分に向かうに従って（例えば１つずつ）大きくなる。ただし、重み係数は、１つずつ大きくなるように値でなくてもよい。

ＳＰＡＤフロントエンド回路６は、ＳＰＡＤアレイ４から出力される各ＳＰＡＤ４ａのパルス信号に上記の係数を乗じる。このため、ＳＰＡＤフロントエンド回路６は、ＳＰＡＤ４ａごとに乗算回路を有している。

外乱光入射ＳＰＡＤ判定部１０は、ＳＰＡＤフロントエンド回路６から出力される整形パルス信号の単位時間当たりのパルス数が、所定値よりも大きいと判定すると、当該整形パルス信号に対応するＳＰＡＤ４ａの動作を停止すると決定する。

このように、ＳＰＡＤ４ａから出力されるパルス信号には、ＳＰＡＤアレイ４における位置に依存する重み係数が乗じられている。これにより、大きい重み係数が乗じられたパルス信号を出力するＳＰＡＤ４ａほど、外乱光が入射していると判定される可能性が高くなる。それゆえ、例えば、ＳＰＡＤアレイ４における中央部分のＳＰＡＤ４ａが停止する可能性を低くして、検知対象物２００による外乱光の照り返しに起因するＳＰＡＤ４ａの停止を防ぐことができる。

〔実施形態４〕
本発明の実施形態４について、図１、図１４、図１７〜図２４に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態１にて説明した構成要素と同じ機能を有する構成要素については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

図１７は、本実施形態に係る測距センサ１００の動作を示すシーケンス図である。図１８は、ＶＣＳＥＬ１（発光素子）が発光したときのＳＰＡＤアレイ４の各ＳＰＡＤ４ａから出力されたパルス信号のパルスのカウント値の分布を示す図である。図１９は、ＶＣＳＥＬ１が発光していないときのＳＰＡＤアレイ４の各ＳＰＡＤ４ａから出力されたパルス信号のパルスのカウント値の分布を示す図である。図２０は、測距センサ１００と検知対象物２００と外乱光源との位置関係を示す図である。図２１は、図１１に示す条件下でＶＣＳＥＬ１が発光していないときのＳＰＡＤアレイ４の各ＳＰＡＤ４ａから出力されたパルス信号のパルスのカウント値の分布を示す図である。図２２は、図１１に示す条件下でＶＣＳＥＬ１が発光しているときのＳＰＡＤアレイ４の各ＳＰＡＤ４ａから出力されたパルス信号のパルスのカウント値の分布を示す図である。図２３は、図１１に示す条件下で外乱光が入射しているＳＰＡＤ４ａの動作を停止させた状態の各ＳＰＡＤから出力されたパルス信号のパルスのカウント値の分布を示す図である。図２４は、本実施形態に係る他の測距センサ１００Ａの構成を示す縦断面図である。

図１７に示すように、本実施形態では、実施形態１（図３参照）と異なり、外乱光入射ＳＰＡＤ判定部１０は、外乱光入射ＳＰＡＤ判定期間Ｔ１−３に、ＶＣＳＥＬ１を発光させたときと、ＶＣＳＥＬ１を発光させないときの、ＳＰＡＤアレイ４が出力するパルス信号のパルス数（出力パルス数）をカウントする。発光素子を発光させる期間と発光素子を発光させない期間は同一とする。ＳＰＡＤアレイ４が１６の領域Ａ〜Ｐに分割された場合、１６回の発光期間と１６回の非発光期間とを設けることになる。

測距センサ１００が、図１４に示すような位置関係に配置されている場合、ＶＣＳＥＬ１が発光しているときの各ＳＰＡＤ４ａの出力パルス数のカウント値は、図１８に示すように、ＳＰＡＤアレイ４の中央部に集中する。また、ＶＣＳＥＬ１が発光していないときの各ＳＰＡＤ４ａの出力パルス数のカウント値は、図１９に示すように、ＳＰＡＤアレイ４の中央部に集中する。

検知対象物２００が測距センサ１００の付近に配置されている場合、ＶＣＳＥＬ１の光の検知対象物２００による反射光と、外乱光の検知対象物２００による反射光とが足し合わされた光がＳＰＡＤアレイ４に入射することになる。したがって、ＶＣＳＥＬ１が発光しているときのＳＰＡＤ４ａの出力パルス数は、ＶＣＳＥＬ１が発光していないときのＳＰＡＤ４ａの出力パルス数よりも多くなる。

そこで、外乱光入射ＳＰＡＤ判定部１０は、ＶＣＳＥＬ１が発光しているときとＶＣＳＥＬ１が発光していないときとで、ＳＰＡＤアレイ４における各領域Ａ〜ＰのＳＰＡＤ４ａの出力パルス数の差または比を算出しておく。外乱光入射ＳＰＡＤ判定部１０は、この差または比により、検知対象物２００か太陽光等の遠距離にある外乱光源であるか否かを判別する。外乱光のみによりＳＰＡＤ４ａのパルス信号が発生している場合、外乱光入射ＳＰＡＤ判定部１０は、その領域のＳＰＡＤ４ａの動作を停止させる。これにより、検知エリアの広さを確保したまま、検知対象物２００までの距離を精度良く測定することが可能となる。

さらに、測距センサ１００が図２０に示すような位置関係に配置される場合、測距センサ１００は、順光と逆光との２種類の外乱光による影響を受ける。この場合、測距センサ１００の斜め後ろにある外乱光源からの光が検知対象物２００に反射した光が測距センサ１００に入射し、検知対象物２００の斜め後ろにある外乱光源からの直接光が測距センサ１００に入射する。

図１７に示す外乱光入射ＳＰＡＤ判定期間Ｔ１−３にＶＣＳＥＬ１を発光させたときのＳＰＡＤアレイ４の各ＳＰＡＤ４ａの出力パルス数のカウント値は、図２１に示すように分布する。この場合、測距センサ１００の斜め後ろにある外乱光源からの外乱光が検知対象物２００によって照り返した照り返し成分と、ＶＣＳＥＬ１からの光の検知対象物２００による反射成分との両方に、領域Ｆ，Ｇ，Ｊ，ＫのＳＰＡＤ４ａが反応してパルス信号を出力する。検知対象物２００の斜め後ろにある外乱光源からの外乱光の直接光に、領域Ｐを中心としたＳＰＡＤ４ａが反応してパルス信号を出力する。

ＶＣＳＥＬ１が発光していないときのＳＰＡＤアレイ４の各ＳＰＡＤ４ａの出力パルス数のカウント値は、図２２のように分布する。このように、領域Ｆ，Ｇ，Ｊ，ＫのＳＰＡＤ４ａの出力パルス数は、ＶＣＳＥＬ１が発光しているときと比べて減少する。これは、ＶＣＳＥＬ１が発光している場合（図２１参照）と比較して、ＶＣＳＥＬ１の光が検知対象物２００に反射してＳＰＡＤ４ａに入射する光の成分が減少するためである。測距センサ１００の斜め後ろからの外乱光による各ＳＰＡＤ４ａの出力パルス数は、ＶＣＳＥＬ１が発光している期間と発光していない期間とでほぼ同じになるため、差が小さい。

したがって、外乱光入射ＳＰＡＤ判定部１０は、図２１に示す状態と、図２２に示す状態とで、次の第１条件と第２条件とを共に満たすＳＰＡＤ４ａが動作を停止するようにＳＰＡＤ選択信号を出力する。

第１条件：ＳＰＡＤ４ａの出力パルス数が所定値（第１所定値）より大きいこと
第２条件：ＶＣＳＥＬ１の発光時と非発光時との、ＳＰＡＤ４ａの出力パルス数の差または比が所定値（第２所定値）より小さいこと
外乱光入射ＳＰＡＤ判定部１０が、上記の第１条件および第２条件を満たしたＳＰＡＤ４ａの動作を停止させると、各ＳＰＡＤ４ａの出力パルス数が図２３に示すように分布する。これにより、領域ＰのＳＰＡＤ４ａが動作を停止する。領域Ｐには検知対象物２００の斜め後ろからの外乱光の直接光が結像しており、ＳＰＡＤ４ａが、この直接光に反応しないようにする。これにより、ＳＰＡＤアレイ４に直接入射する外乱光の影響を最小限に抑えることができ、精度の高い測距が可能となる。

ところで、上述の外乱光入射ＳＰＡＤ判定期間Ｔ１−３にＶＣＳＥＬ１が発光しているときと発光していないときとのそれぞれのＳＰＡＤ４ａの出力パルス数の差または比が大きい場合（所定値より大きい場合）、検知対象物２００が測距センサ１００の近傍にあることを意味している。この場合、外乱光入射ＳＰＡＤ判定部１０が、該当するＳＰＡＤ４ａを動作させないようにするとともに、ＳＰＡＤバイアス制御部１２（発光強度制御部）が、図１７に示す距離測定期間Ｔ２におけるＶＣＳＥＬ１の発光強度を低下させる（発光量を少なくする）ことにより、消費電流を抑えることができる。

あるいは、図２に示す測距センサ１００に代えて図２４に示す測距センサ１００を用いる場合、次のようにして、消費電流を抑えることができる。図２４に示す測距センサ１００は、図２に示す測距センサ１００と比べて、発光素子として５つのＶＣＳＥＬ１Ａ〜１Ｅを備えるとともに、光学フィルタ２２に代えて拡散レンズ２６を備えている。このように構成される測距センサ１００Ａにおいて、ＳＰＡＤバイアス制御部１２（発光放射角制御部）は、発光させているＶＣＳＥＬ１Ａ〜１Ｅから、ＶＣＳＥＬ１Ｂ、ＶＣＳＥＬ１Ｃ、ＶＣＳＥＬ１Ｄというように順次発光させないようにして、発光する発光素子の数を減らし、発光放射角を制限する。これにより、消費電流を抑えることができる。

〔実施形態５〕
本発明に係る実施形態５について、図２５に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、説明の便宜上、前記実施形態１〜４にて説明した構成要素と同じ機能を有する構成要素については、同一の符号を付記し、その説明を省略する。

図２５は、本実施形態に係るスマートフォン２０１の構成を示す平面図である。

図２５に示すように、携帯型電子機器としてのスマートフォン２０１は、筐体２０２に液晶パネル２０３およびタッチパネル２０４が組み込まれることによって構成されている。このスマートフォン２０１において、液晶パネル２０３は、筐体２０２の操作面側に設けられている。また、タッチパネル２０４は、液晶パネル２０３の上に設けられている。

筐体２０２における操作面と反対側の背面の上部には、カメラ２０５と、測距センサ１００（図２参照）または測距センサ１００Ａ（図２４参照）とが配置されている。カメラ２０５は、静止画または動画を撮影するために設けられている。

測距センサ１００，１００Ａは、カメラ２０５によって撮影する被写体としての検知対象物２００までの距離を測定するために設けられている受発光部である。

スマートフォン２０１は、上記のように、測距センサ１００，１００Ａを備えることにより、外乱光が生じている環境下で使用しても、検知対象物２００を外乱光の影響を抑えて、検知対象物２００までの距離を正確に測定することができる。

〔まとめ〕
本発明の態様１に係る光検出器は、発光素子（ＶＣＳＥＬ１）と、前記発光素子が発するパルス光の光子をガイガーモードで検出する第１受光素子（ＳＰＡＤ３ａ）としてアバランシェフォトダイオードを複数有する第１受光部（ＳＰＡＤアレイ３）と、前記パルス光が検知対象物２００に反射した反射光の光子をガイガーモードで検出する第２受光素子（ＳＰＡＤ４ａ）としてアバランシェフォトダイオードを複数有する第２受光部（ＳＰＡＤアレイ４）と、前記第１受光部の前記第１受光素子から出力されるパルス信号と前記第２受光部の前記第２受光素子から出力されるパルス信号との時間差を計測する時間差計測部（ＤＬＬ７）と、前記発光素子が発光していないときの、前記第２受光部の各第２受光素子から出力されるパルス信号に基づいて、外乱光が入射している前記第２受光素子を判定する外乱光入射受光素子判定部（外乱光入射ＳＰＡＤ判定部１０）と、外乱光が入射していると判定された前記第２受光素子の動作を停止する動作停止部（ＳＰＡＤフロントエンド回路６）と、を備えている。

上記の構成によれば、外乱光が入射していると判定された第２受光素子の動作が停止する。これにより、当該第２受光素子に外乱光が入射しても、当該第２受光素子からパルス信号が出力されない。したがって、外乱光の影響を抑えて、精度よく、検知対象物までの距離を測定することができる。

本発明の態様２に係る光検出器は、上記態様１において、前記外乱光入射受光素子判定部は、前記第２受光素子から出力されるパルス信号の単位時間当たりのパルス数が所定値よりも大きいときに、当該パルス信号を出力した前記第２受光素子に外乱光が入射していると判定してもよい。

上記の構成によれば、外乱光の光量に応じて所定値を適宜設定することにより、外乱光を抑制する感度を調整することができる。

本発明の態様３に係る光検出器は、上記態様１において、前記第２受光素子のパルス信号に前記第２受光部における前記第２受光素子における位置に応じた重み係数を乗じる係数乗算部（ＳＰＡＤフロントエンド回路６）をさらに備え、前記外乱光入射受光素子判定部が、重み係数が乗じられた前記パルス信号の単位時間当たりのパルス数が所定値よりも大きいときに、当該パルス信号を出力した前記第２受光素子に外乱光が入射していると判定してもよい。

上記の構成によれば、大きい重み係数が乗じられたパルス信号を出力する第２受光素子ほど、外乱光が入射していると判定される可能性が高くなる。これにより、第２受光部において外乱光が入射する可能性の高い領域の第２受光素子のパルス信号に大きい重み係数を乗じることにより、外乱光が入射している第２受光素子を判定する精度を高めることができる。

本発明の態様４に係る光検出器は、上記態様３において、前記重み係数は、前記第２受光部の中央部分が最も小さく、当該中央部分から前記第２受光部の外周部分に向かうに従って大きくなっていてもよい。

上記の構成によれば、検知対象物からの反射光を受ける可能性が高い、第２受光部の中央部分および中央部分に近い第２受光素子は、そのパルス信号に乗じられる重み係数が小さい。これにより、これらの第２受光素子が、外乱光が入射していると判定される可能性を低くすることができる。これにより、例えば、検知対象物に対して正面に位置する第２受光部の斜め後ろから検知対象物に入射する外乱光が検知対象物に照り返す光を第２受光部が受けていても、第２受光部における中央部分の第２受光素子の動作を停止させないようにすることができる。したがって、距離の測定ができなくなくことを抑止することができる。

本発明の態様５に係る光検出器は、上記態様１において、前記第２受光素子から出力されるパルス信号のパルス数が第１所定値より大きく、かつ、前記発光素子の発光時と非発光時との、前記パルス数の差または比が第２所定値より小さいときに、当該パルス信号を出力する前記第２受光素子に外乱光が入射していると判定してもよい。

上記の構成によれば、検知対象物の斜め後ろからの外乱光が入射する、第２受光部の外周部分付近の第２受光素子の動作を停止させることができる。これにより、距離の測定精度を高めることができる。

本発明の態様６に係る光検出器は、上記態様５において、前記発光素子の発光時と非発光時との、前記パルス数の差または比が所定値より大きいときに、前記発光素子の発光強度を低下させる発光強度制御部をさらに備えていてもよい。

上記の構成によれば、検知対象物が第２受光部の近傍にあるときに、発光素子の発光強度を低下させて、消費電流を抑えることができる。

本発明の態様７に係る光検出器は、上記態様５において、前記発光素子の発光時と非発光時との、前記パルス数の差または比が所定値より大きいときに、前記発光素子の発光放射角を制御する発光放射角制御部をさらに備えていてもよい。

上記の構成によれば、検知対象物が第２受光部の近傍にあるときに、発光素子の発光放射角を小さくして、消費電流を抑えることができる。

本発明の態様８に係る光検出器は、上記態様１から７のいずれかにおいて、前記第２受光部の光が入射する側に配置された集光レンズをさらに備えていてもよい。

上記の構成では、検知対象物の位置に応じて、集光レンズによって、第２受光部への結像位置を変えることができる。

本発明の態様９に係る携帯型電子機器は、上記態様１から８の光検出器を備えている。

〔付記事項〕
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。

１ ＶＣＳＥＬ（発光素子）
３ ＳＰＡＤアレイ（第１受光部）
３ａ ＳＰＡＤ（第１受光素子）
４ ＳＰＡＤアレイ（第２受光部）
４ａ ＳＰＡＤ（第２受光素子）
６ ＳＰＡＤフロントエンド回路（動作停止部，係数乗算部）
７ ＤＬＬ
１０ 外乱光入射ＳＰＡＤ判定部（外乱光入射受光素子判定部）
１２ ＳＰＡＤバイアス制御部（発光強度制御部，発光放射角制御部）
２４ 集光レンズ
１００，１００Ａ 測距センサ（光検出器）
２００ 検知対象物
２０１ スマートフォン（携帯型電子機器）

Claims (9)

1. 発光素子と、
   前記発光素子が発するパルス光の光子をガイガーモードで検出する第１受光素子としてアバランシェフォトダイオードを複数有する第１受光部と、
   前記パルス光が検知対象物に反射した反射光の光子をガイガーモードで検出する第２受光素子としてアバランシェフォトダイオードを複数有する第２受光部と、
   前記第１受光部の前記第１受光素子から出力されるパルス信号と前記第２受光部の前記第２受光素子から出力されるパルス信号との時間差を計測する時間差計測部と、
   前記発光素子が発光していないときの、前記第２受光部の各第２受光素子から出力されるパルス信号に基づいて、外乱光が入射している前記第２受光素子を判定する外乱光入射受光素子判定部と、
   外乱光が入射していると判定された前記第２受光素子の動作を停止する動作停止部と、を備えていることを特徴とする光検出器。
2. 前記外乱光入射受光素子判定部は、前記第２受光素子から出力されるパルス信号の単位時間当たりのパルス数が所定値よりも大きいときに、当該パルス信号を出力した前記第２受光素子に外乱光が入射していると判定することを特徴とする請求項１に記載の光検出器。
3. 前記第２受光素子のパルス信号に前記第２受光部における前記第２受光素子における位置に応じた重み係数を乗じる係数乗算部をさらに備え、
   前記外乱光入射受光素子判定部は、重み係数が乗じられた前記パルス信号の単位時間当たりのパルス数が所定値よりも大きいときに、当該パルス信号を出力した前記第２受光素子に外乱光が入射していると判定することを特徴とする請求項１に記載の光検出器。
4. 前記重み係数は、前記第２受光部の中央部分が最も小さく、当該中央部分から前記第２受光部の外周部分に向かうに従って大きくなることを特徴とする請求項３に記載の光検出器。
5. 前記第２受光素子から出力されるパルス信号のパルス数が第１所定値より大きく、かつ、前記発光素子の発光時と非発光時との、前記パルス数の差または比が第２所定値より小さいときに、当該パルス信号を出力する前記第２受光素子に外乱光が入射していると判定することを特徴とする請求項１に記載の光検出器。
6. 前記発光素子の発光時と非発光時との、前記パルス数の差または比が所定値より大きいときに、前記発光素子の発光強度を低下させる発光強度制御部をさらに備えていることを特徴とする請求項５に記載の光検出器。
7. 前記発光素子の発光時と非発光時との、前記パルス数の差または比が所定値より大きいときに、前記発光素子の発光放射角を制御する発光放射角制御部をさらに備えていることを特徴とする請求項５に記載の光検出器。
8. 前記第２受光部の光が入射する側に配置された集光レンズをさらに備えていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の光検出器。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の光検出器を備えていることを特徴とする携帯型電子機器。

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