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WO2018181307A1 - 光検出器 - Google Patents

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WO2018181307A1
WO2018181307A1 PCT/JP2018/012426 JP2018012426W WO2018181307A1 WO 2018181307 A1 WO2018181307 A1 WO 2018181307A1 JP 2018012426 W JP2018012426 W JP 2018012426W WO 2018181307 A1 WO2018181307 A1 WO 2018181307A1
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WO
WIPO (PCT)
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delay
unit
intensity
trigger
photodetector
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2018/012426
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
謙太 東
尾崎　憲幸
柏田　真司
木村　禎祐
勇 高井
松原　弘幸
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Denso Corp filed Critical Denso Corp
Priority to CN201880019965.1A priority Critical patent/CN110462846B/zh
Publication of WO2018181307A1 publication Critical patent/WO2018181307A1/ja
Priority to US16/582,290 priority patent/US11422240B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
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    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/483—Details of pulse systems
    • G01S7/486—Receivers
    • G01S7/4861—Circuits for detection, sampling, integration or read-out
    • G01S7/4863—Detector arrays, e.g. charge-transfer gates
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01S7/486—Receivers
    • G01S7/487—Extracting wanted echo signals, e.g. pulse detection
    • G01S7/4873—Extracting wanted echo signals, e.g. pulse detection by deriving and controlling a threshold value
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F30/00—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors
    • H10F30/20—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors
    • H10F30/21—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors the devices being sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
    • H10F30/22—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors the devices being sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation the devices having only one potential barrier, e.g. photodiodes
    • H10F30/225—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors the devices being sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation the devices having only one potential barrier, e.g. photodiodes the potential barrier working in avalanche mode, e.g. avalanche photodiodes
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/10—Integrated devices
    • H10F39/12—Image sensors
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    • G01S17/74—Systems using reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. IFF, i.e. identification of friend or foe

Definitions

  • This disclosure relates to a photodetector using the avalanche effect.
  • Patent Document 1 discloses a photodetector that uses a SPAD array in which a plurality of SPADs are arranged and detects the received light intensity by counting the number of pulse signals output from individual SPADs on which photons are incident.
  • SPAD stands for Single Photon Avalanche Diode.
  • SPAD is an avalanche photodiode that operates in Geiger mode and can detect the incidence of a single photon.
  • a trigger signal indicating the light reception timing is generated and simultaneously output at the timing of the delayed trigger signal obtained by delaying the trigger signal.
  • the number of pulse signals that are present is detected as data representing the received light intensity.
  • the photodetector includes a light receiving array unit, a comparison unit, a response acquisition unit, and a delay setting unit.
  • the light receiving array section has a plurality of light receiving sections that output pulse signals upon incidence of photons, and outputs the pulse signals output from the plurality of light receiving sections in parallel.
  • the comparison unit compares the number of responses, which is the number of light receiving units outputting pulse signals, with the trigger threshold, and the timing of receiving the optical signal incident on the light receiving array unit at the timing when the number of responses reaches the trigger threshold.
  • the response acquisition unit acquires the number of responses at a timing according to the trigger signal, and outputs the response number as intensity information indicating the intensity of the optical signal.
  • the delay setting unit sets a delay setting value used for adjusting the time from when the pulse signal is output from the light receiving array unit to when the response acquisition unit acquires the number of responses.
  • the timing at which the response acquisition unit acquires the number of responses can be changed according to the situation. And the detection accuracy of the number of responses can be improved by appropriately setting the timing for acquiring the number of responses to a timing that maximizes the number of responses.
  • the photodetector 1 shown in FIG. 1 constitutes a laser radar device together with the processing unit 3 and the light emitter 5.
  • the light emitter 5 transmits an optical signal and notifies the processing unit 3 of the light emission timing.
  • the photodetector 1 receives the reflected light of the optical signal and outputs a trigger signal TG indicating the light reception timing and intensity information Np indicating the light reception intensity to the processing unit 3.
  • the processing unit 3 calculates at least one of the distance to the object reflecting the optical signal and the luminance of the optical signal from the light emission timing, the light reception timing, and the intensity information Np, and outputs the calculation result as object information.
  • the photodetector 1 includes a light receiving array unit 10, a comparison unit 20, a delay unit 30, a response acquisition unit 40, an update unit 50, a delay setting unit 60, and a threshold setting unit 70.
  • the light receiving array unit 10 includes M light receiving units 11. M is an integer of 2 or more. Each of the light receiving units 11 may be configured in the same manner, or may be configured with intentionally different internal parameters so that the respective characteristics are different.
  • the light receiving unit 11 includes a SPAD 12 and a light receiving circuit 13.
  • M SPADs 12 belonging to the M light receiving units 11 are two-dimensionally arranged light receiving elements that form a light receiving surface for receiving an optical signal.
  • the light receiving unit 11 outputs a pulse signal P having a preset pulse width.
  • each pulse signal output from the M light receiving units 11 is represented by P 1 to P M.
  • SPAD12 is an abbreviation for Single Photon Avalanche Diode, and is an avalanche photodiode that operates in Geiger mode and can detect the incidence of a single photon.
  • the light receiving circuit 13 includes a transistor 131, an inverting circuit 132, a D flip-flop (hereinafter referred to as DFF) circuit 133, and a delay circuit 134.
  • DFF D flip-flop
  • the SPAD 12 has a voltage at the cathode and an anode grounded through the transistor 131. That is, when the transistor 131 is turned on, a reverse voltage V SPAD equal to or higher than the breakdown voltage is applied to the SPAD 12, and the SPAD 12 is connected so as to operate in Geiger mode.
  • An inverting circuit 132 is connected to the anode of the SPAD 12. When no avalanche current flows through the SPAD 12, the input of the inverting circuit 132 is at a low level. When the avalanche current flows, the input of the inverting circuit 132 changes to a high level due to the on-resistance of the transistor 131.
  • the DFF circuit 133 changes its output to a high level at a falling edge when the output of the inverting circuit 132 changes from a high level to a low level.
  • the output of the DFF circuit 133 is connected to the reset terminal of the DFF circuit 133 via the delay circuit 134.
  • the delay circuit 134 inverts the signal level of the output of the DFF circuit 133 and delays the output by a preset delay time ⁇ and inputs the output to the reset terminal. As a result, when the delay time ⁇ elapses after the output of the DFF circuit 133 changes to the high level, the DFF circuit 133 is reset to change to the low level.
  • the light receiving circuit 13 outputs a pulse signal P having a pulse width ⁇ .
  • the pulse width ⁇ is set to such a length that can be detected individually when photons are continuously input to the same SPAD 12.
  • the comparison unit 20 includes an encoder 21 and a comparator 22.
  • the encoder 21 encodes the number of outputs that are at a high level out of outputs from the M light receiving units 11 constituting the light receiving array unit 10 into a binary number and outputs the result. This output is called the response number Sp.
  • the response number Sp is the number of pulse signals P 1 to P M simultaneously output from the M light receiving units 11 constituting the light receiving array unit 10, that is, the pulse signals are output simultaneously in response to the optical signals.
  • the number of the light receiving parts 11 is represented. Note that the response number Sp increases and decreases with the passage of time according to the generation and disappearance of the pulse signal.
  • the comparator 22 compares the response number Sp output from the encoder 21 with the trigger threshold value TH set by the threshold setting unit 70, and receives the optical signal at the timing when the response number Sp reaches the trigger threshold value TH.
  • a trigger signal TG representing timing is output.
  • the delay unit 30 includes a plurality of delay lines 31 to 34 and a selector 35 as shown in FIG.
  • the plurality of delay lines 31 to 34 are configured to have different signal delay times by varying the number of buffer circuits B connected in series.
  • the selector 35 selects any one of the delay lines 31 to 34 according to the delay setting value Sd output from the delay setting unit 60, and delays the trigger signal TG transmitted through the selected delay line. Output as trigger signal DTG.
  • the number of delay lines is four, but the number is not limited to this, and a plurality of delay lines may be used.
  • the response acquisition unit 40 includes an encoder 41 and a latch circuit group 42.
  • the encoder 41 outputs the response number Sp in the same manner as the encoder 21.
  • the response number Sp is represented by N bits.
  • M 2N
  • N is a positive integer.
  • the latch circuit group 42 is composed of N DFF circuits, latches the N-bit output of the encoder 41 at the timing of the rising edge of the delay trigger signal DTG, and outputs the latched value as the count value Cp.
  • the N individual circuits constituting the latch circuit group 42 have the same configuration as the DFF circuit 133 and the delay circuit 134 described above, and hold the count value Cp for a preset holding time. To do.
  • the holding time is set longer than the minimum length necessary for the update unit 50 to execute the process for the count value Cp.
  • the update unit 50 generates intensity information Np from the count value Cp.
  • the processing contents will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
  • the update unit 50 can be realized by a logic circuit, for example.
  • the update unit 50 starts the operation when the count value Cp is output from the response acquisition unit 40.
  • the update unit 50 determines whether the count value Cp is equal to or greater than the trigger threshold value TH. If Cp ⁇ TH, the update unit 50 determines that it is normal, and proceeds to S120. If Cp ⁇ TH, the update unit 50 causes a delay adjustment error (that is, a setting error in the delay setting unit 60). If it is determined that there is, the process proceeds to S130.
  • the update unit 50 outputs the count value Cp as it is as the intensity information Np, and ends this processing.
  • the updating unit 50 outputs the trigger threshold value TH as the intensity information Np, and ends this process.
  • the delay setting unit 60 includes a mechanical switch that can set the delay setting value Sd or a register that can electrically write the delay setting value Sd.
  • the threshold setting unit 70 includes a mechanical switch that can set the trigger threshold TH or a register that can electrically write the trigger threshold TH.
  • FIG. 15 and 16 show the relationship between the delay amount added to the delay trigger signal DTG and the average value of the count value Cp, obtained by simulation by changing the intensity of the optical signal irradiated to the light receiving array unit 10. Indicates. However, the pulse width of the pulse signal P is 4 ns, and the intensity of the irradiated optical signal is such that the expected value of the count value Cp is 2 to 10.
  • FIG. 15 shows a case where the trigger threshold value TH is set to 2
  • FIG. 16 shows a case where the trigger threshold value TH is set to 4.
  • the delay set value Sd is a count value Cp on the characteristic graphs shown in FIGS. 15 and 16 in consideration of the set value of the trigger threshold TH and the average intensity of the optical signal incident on the light receiving array unit 10. The delay amount that maximizes the average value is selected.
  • the delay setting value Sd is set so that the delay amount is about 3.3 ns.
  • the delay setting value Sd may be set so that the delay amount decreases as the trigger threshold value TH increases. If the trigger threshold value TH is constant, the time until the peak of the graph becomes shorter as the intensity of the optical signal is lower. That is, the delay set value Sd may be set so that the delay amount decreases as the intensity of the optical signal decreases.
  • the photodetector 1 includes a delay setting unit 60 and is configured so that the delay amount of the delay trigger signal DTG can be set as appropriate. Therefore, according to the photodetector 1, the number of responses in the light receiving array unit 10 can be acquired at an accurate timing, and the measurement accuracy can be improved.
  • the photodetector 1 includes the updating unit 50, and when the count value Cp is smaller than the trigger threshold TH, the trigger threshold TH is used as the intensity information Np instead of the count value Cp. Therefore, according to the photodetector 1, it is possible to suppress a measurement error caused by an adjustment error in the delay amount or the trigger threshold value TH in the delay setting unit 60.
  • Cp ⁇ TH occurs in the following cases, for example.
  • the trigger threshold value TH is set to the same level as the expected value of the count value Cp corresponding to the intensity of the optical signal, the expected value in FIG. 15 is 2 and the expected value in FIG. As shown, the count value Cp becomes smaller than the trigger threshold TH as the delay amount of the delay trigger signal DTG increases.
  • the delay setting unit 60 manually sets the delay setting value Sd.
  • the second embodiment is different from the first embodiment in that the delay setting value Sd is automatically set.
  • the delay setting unit 60a acquires the trigger threshold value TH set by the threshold setting unit 70, and sets the delay setting value Sd according to the acquired trigger threshold value TH.
  • Variable setting Specifically, a table representing the correspondence relationship between the trigger threshold TH and the delay setting value Sd (that is, the delay amount of the delay trigger signal DTG) created based on the graphs of FIGS. 15 and 16 is used. The table is set such that the delay amount decreases as the trigger threshold value TH increases.
  • the delay setting unit 60a automatically generates a delay setting value Sd suitable for the trigger threshold value TH using the table. The amount of delay in the delay unit 30 is determined according to the generated delay setting value Sd.
  • the delay setting unit 60 manually sets the delay setting value Sd.
  • the third embodiment is different from the first embodiment in that the delay set value Sd is automatically set as in the second embodiment.
  • information used when generating the delay set value Sd is different from that in the second embodiment.
  • the delay setting unit 60b acquires object information from the processing unit 3, and variably sets the delay setting value Sd according to the acquired object information.
  • the object information to be acquired may be generated, for example, in a past measurement cycle, or may be generated immediately before the current measurement.
  • the delay set value Sd is specifically set using a table representing the correspondence between the object information and the delay set value Sd created based on the graphs of FIGS. As the object information, at least one of the distance to the object and the received light intensity is used. The table is set so that the delay amount increases as the received light intensity increases or the distance from the object decreases.
  • the delay setting unit 60b automatically generates a delay setting value Sd suitable for the object information (that is, the intensity interlocking information) using the table.
  • the amount of delay in the delay unit 30 is determined according to the generated delay setting value Sd.
  • the delay setting unit 60b generates the delay setting value Sd based on the object information.
  • the delay setting unit 60b may be configured to generate the delay setting value Sd in consideration of both the object information and the trigger threshold value TH. Good.
  • the delay amount of the delay trigger signal DTG is appropriately set following this. can do.
  • the delay setting unit 60 manually sets the delay setting Sd.
  • the fourth embodiment is different from the first embodiment in that the delay setting value Sd is automatically set as in the second and third embodiments.
  • information used when generating the delay setting value Sd is different from that in the second and third embodiments.
  • the delay setting unit 60c acquires disturbance light information from the disturbance light monitor unit 7, and variably sets the delay setting value Sd according to the acquired disturbance light information.
  • the disturbance light monitor unit 7 repeats the intensity of disturbance light incident on the light receiving array unit 10 when measurement using the photodetector 1c is not performed or in parallel with measurement using the photodetector 1c. It is a device that measures and outputs the average value of measurement results as disturbance light information.
  • This disturbance light information is one of intensity-linked information.
  • the delay setting unit 60c uses the disturbance light information instead of the object information, and generates the delay setting value Sd using the same method as the delay setting unit 60b in the third embodiment.
  • the delay amount of the delay trigger signal DTG is tracked in accordance with this. It can be set appropriately.
  • the delay set value Sd is generated according to the ambient light information.
  • the fifth embodiment is different from the fourth embodiment in that the trigger threshold value TH is generated according to the disturbance light information.
  • the threshold setting unit 70d acquires disturbance light information from the disturbance light monitoring unit 7, and variably sets the trigger threshold TH according to the acquired disturbance light information. .
  • a table representing the correspondence between ambient light information and the trigger threshold TH is used. The table is set so that the trigger threshold value TH increases as the intensity of disturbance light indicated by disturbance light information increases based on experimental results and the like.
  • the threshold setting unit 70d automatically generates a trigger threshold TH suitable for the intensity of the ambient light using the table.
  • the operations in the comparison unit 20 and the update unit 50 change according to the trigger threshold TH.
  • the configuration in which the trigger threshold value TH is variably set according to the disturbance light information is applied to the configuration of the first embodiment, but is not limited thereto, and is applied to the configurations of the second to fourth embodiments. May be.
  • the trigger threshold TH suitable for the intensity of disturbance light is automatically set, so that the adjustment process can be simplified.
  • an appropriate trigger threshold value TH is set following this. can do.
  • the pulse width of the pulse signals P 1 ⁇ P M that is input to the response acquisition unit 40 in terms of variably setting a first embodiment Is different.
  • the photodetector 1 e of the present embodiment includes a pulse adjustment unit 80 and a pulse width setting unit 90 in addition to the configuration of the photodetector 1 of the first embodiment.
  • the pulse adjustment unit 80 is inserted into a branch path connected to the response acquisition unit 40 among the branch paths branching the output of the light receiving array unit 10 to the comparison unit 20 and the response acquisition unit 40.
  • the pulse adjustment unit 80 includes M adjustment circuits 81 corresponding to each of the M light reception units 11 constituting the light reception array unit 10.
  • the adjustment circuit 81 includes a DFF circuit 82, a delay circuit group 83, and a selector 84, as shown in FIG.
  • the DFF circuit 82 the output changes from the low level to the high level at the timing when the output of the light receiving unit 11 changes from the low level to the high level, that is, the timing when the pulse signal P is generated.
  • the delay circuit group 83 includes a plurality of delay circuits having different delay amounts.
  • the selector 84 selects any one delay circuit according to the width setting value Sw output from the pulse width setting unit 90, and resets the DFF circuit 82 by inverting the signal level of the output of the selected delay circuit. Input to the terminal.
  • the DFF circuit 133 is reset and thus changes to the low level. That is, the adjustment circuit 81 converts the pulse width of the input pulse signal P into a pulse width determined by the selected delay circuit and outputs the pulse width.
  • the pulse width setting unit 90 includes a mechanical switch that can set the width setting value Sw or a register that can electrically write the width setting value Sw.
  • the pulse width setting unit 90 is configured to manually set the width setting value Sw.
  • It may be configured to automatically set based on the trigger threshold TH and the intensity interlocking information.
  • the photodetector 1e includes a pulse width setting unit 90, and is configured to appropriately adjust the pulse widths of the pulse signals P 1 to P M input to the response acquisition unit 40. Therefore, according to the photodetector 1e, the number of responses in the light receiving array unit 10 can be acquired at a more appropriate timing.
  • the pulse signal P 1 is inputted to the comparator 20 it may be configured to adjust the pulse width of ⁇ P M.
  • the pulse adjusting unit 80 may be omitted, and the light receiving circuit 13 of the light receiving unit 11 may be replaced with the light receiving circuit 13a of the light receiving unit 11a shown in FIG.
  • the light receiving circuit 13a is obtained by replacing the delay circuit 134 in the light receiving circuit 13 shown in FIG. 2 with a delay circuit group 134a and a selector 135 configured similarly to the delay circuit group 83 and the selector 84 of the pulse adjusting unit 80.
  • the comparison unit 20 is configured using the encoder 21 and the comparator 22, but may be replaced with the comparison unit 20a shown in FIG.
  • the comparison unit 20 a includes a determination circuit group 23 and a selector 24.
  • the determination circuit group 23 includes X ⁇ 1 determination circuits, where the selectable trigger threshold TH is X ⁇ 1.
  • X is an integer of 2 or more and M or less.
  • Each determination circuit counts the number of pulse signals simultaneously output from the light receiving array unit 10, and outputs an individual trigger signal TGx when the count value is equal to or greater than x.
  • x is an integer of 2 or more and X or less, and is set to a different value for each determination circuit.
  • the delay required for generating the trigger signal TG can be made uniform regardless of the value of the trigger threshold TH.
  • the delay in the comparison unit 20a can be made constant.
  • the delay setting unit 60 may be configured to arbitrarily set the delay of the delay unit 31.
  • delay setting units 60a to 60c may be used.
  • the comparison unit 20 may be configured to generate the trigger signal TG according to the delayed pulse signals DP 1 to DP M. With these configurations, it is possible to obtain the same effect as when the delay of the delay trigger signal DTG is controlled.
  • a plurality of functions of one constituent element in the above embodiment may be realized by a plurality of constituent elements, or a single function of one constituent element may be realized by a plurality of constituent elements. .
  • a plurality of functions possessed by a plurality of constituent elements may be realized by one constituent element, or one function realized by a plurality of constituent elements may be realized by one constituent element.
  • at least a part of the configuration of the above embodiment may be added to or replaced with the configuration of the other embodiment.
  • all the aspects included in the technical idea specified from the wording described in the claims are embodiments of the present disclosure.
  • the present disclosure can be realized in various forms such as a system including the photodetectors 1, 1a to 1e as components.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)

Abstract

受光アレイ部（１０）は、フォトンの入射によってパルス信号を出力する複数の受光部（１１）を有し、複数の受光部からそれぞれ出力されるパルス信号を並列に出力する。比較部（２０）は、パルス信号を出力している受光部の数である応答数とトリガ閾値とを比較し、応答数がトリガ閾値に達したタイミングで、受光アレイ部に入射された光信号の受光タイミングを表すトリガ信号を出力する。応答取得部（４０）は、トリガ信号に従ったタイミングで応答数を取得し、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（６０）は、受光アレイ部からパルス信号が出力されてから、応答取得部が応答数を取得するまでの時間の調整に用いる遅延設定値を設定する。

Description

光検出器 関連出願の相互参照
　本国際出願は、２０１７年３月２７日に日本国特許庁に出願された日本国特許出願第２０１７－０６１３１８号に基づく優先権を主張するものであり、日本国特許出願第２０１７－０６１３１８号の全内容を本国際出願に参照により援用する。
　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。
　本開示の一つの局面は、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ことにある。
　本開示の一態様による光検出器は、受光アレイ部と、比較部と、応答取得部と、遅延設定部と、を備える。
　受光アレイ部は、フォトンの入射によってパルス信号を出力する複数の受光部を有し、複数の受光部からそれぞれ出力されるパルス信号を並列に出力する。比較部は、パルス信号を出力している受光部の数である応答数とトリガ閾値とを比較し、応答数がトリガ閾値に達したタイミングで、受光アレイ部に入射された光信号の受光タイミングを表すトリガ信号を出力する。応答取得部は、トリガ信号に従ったタイミングで応答数を取得して、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、受光アレイ部からパルス信号が出力されてから、応答取得部が応答数を取得するまでの時間の調整に用いる遅延設定値を設定する。
　このような構成によれば、状況に応じて応答取得部が応答数を取得するタイミングを変化させることができる。そして、応答数を取得するタイミングを、応答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、応答数の検出精度を向上させることができる。
　なお、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。 応答取得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と受光強度を表す強度情報Ｎｐとを処理部３に出力する。処理部３は、発光タイミングと受光タイミングと強度情報Ｎｐとから、光信号を反射した物体までの距離および光信号の輝度のうち少なくとも一方を算出し、算出結果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、応答取得部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素子である。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、Ｄフリップフロップ（以下、ＤＦＦ）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。ＤＦＦ回路１３３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。ＤＦＦ回路１３３の出力は、遅延回路１３４を介してＤＦＦ回路１３３のリセット端子に接続される。遅延回路１３４は、ＤＦＦ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、ＤＦＦ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、ＤＦＦ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、符号化器２１と、比較器２２とを備える。符号化器２１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の数を２進数に符号化して出力する。この出力を応答数Ｓｐという。応答数Ｓｐは、受光アレイ部１０を構成するＭ個の受光部１１から同時に出力されているパルス信号Ｐ１～ＰＭの数、即ち、光信号に応答してパルス信号を同時に出力している受光部１１の数を表す。なお、応答数Ｓｐは、パルス信号の発生および消滅に応じて時間の経過と共に増減する。比較器２２は、符号化器２１が出力する応答数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、応答数Ｓｐがトリガ閾値ＴＨに達したタイミングで、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。
　応答取得部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、符号化器２１と同様に応答数Ｓｐを出力する。符号化器４１では、応答数ＳｐはＮビットで表される。但し、Ｍ＝２Ｎであり、Ｎは正整数である。ラッチ回路群４２は、Ｎ個のＤＦＦ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Ｎ個の個別回路は、先に説明したＤＦＦ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、応答取得部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、更新部５０は、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。更新部５０は、Ｃｐ≧ＴＨであれば、正常であると判断して、Ｓ１２０に処理を移行し、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に処理を移行する。更新部５０は、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。更新部５０は、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、カウント値Ｃｐの期待値が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、カウント値の期待値で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を設定してもよい。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を設定してもよい。
　［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での応答数を、的確なタイミングで取得することができ、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での遅延量またはトリガ閾値ＴＨの調整ミスにより生じ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、光信号の強度に対応するカウント値Ｃｐの期待値と同程度に設定されてしまった場合、図１５における期待値が２のグラフ、および図１６における期待値が４のグラフに示すように、遅延トリガ信号ＤＴＧの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、これに追従して遅延トリガ信号ＤＴＧの遅延量を適切に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、これに追従して遅延トリガ信号ＤＴＧの遅延量を適切に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、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、実験結果等に基づき、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、応答取得部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と応答取得部４０に分岐した分岐経路のうち、応答取得部４０に接続された分岐経路に挿入される。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、ＤＦＦ回路８２と、遅延回路群８３と、セレクタ８４を備える。ＤＦＦ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ＤＦＦ回路８２のリセット端子に入力する。これにより、ＤＦＦ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、ＤＦＦ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、応答取得部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での応答数を、より的確なタイミングで取得することができる。
　［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、応答取得部４０に入力されるパルス信号Ｐ１～ＰＭのパルス幅を調整するように構成されているが、比較部２０に入力されるパルス信号Ｐ１～ＰＭのパルス幅を調整するように構成されてもよい。この場合、図１１に示す光検出器１ｅにおいて、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に置き換えればよい。受光回路１３ａは、図２に示す受光回路１３において、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、符号化器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と、セレクタ２４とを有する。判定回路群２３は、選択可能なトリガ閾値ＴＨの種類をＸ－１種類として、Ｘ－１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から同時に出力されるパルス信号の数をカウントし、カウント値がｘ以上である場合に個別トリガ信号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２０ａ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、本開示は、これに限定されるものではない。図１７に示すように、この遅延部３０に代えて、あるいは遅延部３０に加えて、遅延部３１を備えてもよい。遅延部３１は、受光アレイ部１０が出力するパルス信号Ｐ１～ＰＭをそれぞれ遅延させて遅延パルス信号ＤＰ１～ＤＰＭを出力する。この場合、遅延設定部６０は、遅延部３１の遅延を任意に設定できるように構成されてもよい。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されてもよい。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、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。

Claims (20)

  1. 　フォトンの入射によってパルス信号を出力する複数の受光部（１１，１１ａ）を有し、前記複数の受光部からそれぞれ出力される前記パルス信号を並列に出力するように構成された受光アレイ部（１０）と、
    　前記パルス信号を出力している前記受光部の数である応答数とトリガ閾値とを比較し、前記応答数が前記トリガ閾値に達したタイミングで、前記受光アレイ部に入射された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応答数を取得して、前記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応答取得部（４０）と、
    　前記受光アレイ部から前記パルス信号が出力されてから、前記応答取得部が前記応答数を取得するまでの時間の調整に用いる遅延設定値を設定するように構成された遅延設定部（６０，６０a～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、
    　前記比較部から出力されたトリガ信号に遅延を付加して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加される遅延量を前記遅延設定値として用い、
    　前記応答取得部は、前記遅延トリガ信号のタイミングで前記応答数を取得するように構成された、
    　光検出器。
  3. 　請求項１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に遅延を付加して遅延パルス信号を生成するように構成された遅延部（３１）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加される遅延量を前記遅延設定値として用い、
    　前記比較部は、前記遅延パルス信号に従って、前記トリガ信号を出力するように構成された、
    　光検出器。
  4. 　請求項２または請求項３に記載の光検出器であって、
    　前記遅延設定部（６０ｂ，６０ｃ）は、前記光信号の強度と連動する強度連動情報に従って、前記遅延設定値を設定するように構成された、
    　光検出器。
  5. 　請求項４に記載の光検出器であって、
    　前記遅延設定部（６０ｂ，６０ｃ）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く設定するように構成された、
    　光検出器。
  6. 　請求項２から請求項５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。
  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。
  8. 　請求項７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く設定するように構成された、
    　光検出器。
  9. 　請求項２から請求項５のいずれか１項に記載の光検出器であって、
    　前記応答取得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。
  10. 　請求項９に記載の光検出器であって、
    　前記パルス幅設定部は、前記光信号の強度と連動する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。
  11. 　請求項９または請求項１０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。
  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。
  13. 　請求項１２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。
  14. 　請求項６から請求項８および請求項１１から請求項１３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。
  15. 　請求項１４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。
  16. 　請求項４、請求項５、請求項１０、請求項１４、請求項１５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。
  17. 　請求項４、請求項５、請求項１０、請求項１４、請求項１５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。
  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、前記応答取得部での前記応答数の取得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。
  19. 　請求項１から請求項１８のいずれか１項に記載の光検出器であって、
    　前記応答取得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。
  20. 　請求項１から請求項１９までのいずれか１項に記載の光検出器であって、
    　前記応答数は、前記パルス信号を同時に出力している前記受光部の数である
    　光検出器。
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