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公開番号2025104954
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-10
出願番号2023223160
出願日2023-12-28
発明の名称光検出器および光検出装置
出願人浜松ホトニクス株式会社
代理人個人,個人,個人,個人
主分類H04N 25/705 20230101AFI20250703BHJP(電気通信技術)
要約【課題】時間測定部の演算負荷を抑えつつ、光の入射タイミングを精度良く特定するための情報を生成することが可能な光検出器および光検出装置を提供する。
【解決手段】光検出器1は、光検出素子22と、比較部9と、時間測定部11と、エネルギーモニタ部12と、を備える。光検出素子22は、非線形領域で動作する、互いに並列に接続された複数のAPD4を含む。比較部9は、複数のコンパレータ16を含む。複数のコンパレータ16の閾値はそれぞれ異なる。時間測定部11は、複数のコンパレータ16からそれぞれ出力される複数の出力信号SCのうち一つの出力信号SCに基づいて、所定のタイミングから一つの出力信号SCが入力されるまでの時間を示す第1情報A1を出力する。エネルギーモニタ部12は、複数の出力信号SCに基づいて、光検出素子22に入射した光パルスのエネルギーの大きさを示す第2情報A2を生成する。
【選択図】図4

特許請求の範囲【請求項１】
光を受けて前記光のエネルギーに応じた電気信号を出力する光検出素子と、
前記光検出素子からの前記電気信号または前記電気信号に基づく信号を受ける複数のコンパレータを含み、前記複数のコンパレータの閾値がそれぞれ異なる比較部と、
前記複数のコンパレータからそれぞれ出力される複数の出力信号のうち一つの出力信号に基づいて、所定のタイミングから前記一つの出力信号が入力されるまでの時間を示す第１情報を出力する時間測定部と、
前記複数のコンパレータから前記複数の出力信号を受け、前記複数の出力信号に基づいて、前記光検出素子に入射した前記光のエネルギーの大きさを示す第２情報を生成するエネルギーモニタ部と、
を備え、
前記光検出素子は、互いに並列に接続された複数のセルユニットを有し、
前記複数のセルユニットそれぞれは、非線形領域で動作するアバランシェフォトダイオードおよび前記アバランシェフォトダイオードと直列に接続されたクエンチング回路を含む、光検出器。
続きを表示（約 760 文字）【請求項２】
前記第１情報および前記第２情報に基づいてヒストグラムを作成するデータ処理部を更に備える、請求項１に記載の光検出器。
【請求項３】
前記時間測定部を、前記複数のコンパレータのいずれかと択一的に接続するスイッチを更に備える、請求項１または２に記載の光検出器。
【請求項４】
出力端および複数の入力端を有する論理和回路を更に備え、
前記複数の入力端それぞれは前記複数のコンパレータそれぞれと接続され、前記出力端は時間測定部と接続されている、請求項１または２に記載の光検出器。
【請求項５】
前記複数のコンパレータのうち少なくとも一つのコンパレータの閾値が変更可能である、請求項１または２に記載の光検出器。
【請求項６】
前記時間測定部から前記第１情報を入力するとともに前記エネルギーモニタ部から前記第２情報を入力し、前記第１情報および前記第２情報を記憶する記憶部を更に備える、請求項１または２に記載の光検出器。
【請求項７】
前記電気信号は電流信号であり、
前記電流信号を電圧信号に変換して、前記電圧信号を前記比較部に提供する電流電圧変換部を更に備える、請求項１または２に記載の光検出器。
【請求項８】
請求項１または２に記載の光検出器である複数の光検出器を備え、
前記複数の光検出器それぞれは、前記アバランシェフォトダイオードを非線形領域で動作させるための第１バイアス電圧、および前記アバランシェフォトダイオードを線形領域で動作させるか又は停止させるための第２バイアス電圧のうちいずれかの電圧を前記アバランシェフォトダイオードに選択的に印加するバイアス印加部を更に備える、光検出装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、光検出器および光検出装置に関する。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、光を用いた測距システムが開示されている。特許文献１に記載されたシステムでは、線形領域で動作するアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）からの出力信号が、複数のコンパレータに入力される。複数のコンパレータの閾値はそれぞれ異なる。全てのコンパレータからの出力信号は、時間測定部（時間－ディジタル変換器：ＴＤＣ）に入力される。ＴＤＣは、複数の出力信号に基づいて、光の飛行時間を算出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
国際公開第２０１７／０９５８１７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
光の飛行時間に基づいて距離を算出する装置が知られている。このような装置は、光源から出力されたのちに対象物にて反射した光を光検出素子にて検出し、光源から光が出力されたタイミングと、光検出素子に光が入射したタイミングとの時間差を算出する。しかし、光検出素子には上記光以外にも外乱光および迷光が入射する。これら外乱光および迷光の影響を抑えて、光の入射タイミングを精度良く特定することが望まれる。
【０００５】
なお、特許文献１に記載されたシステムでは、前述したように複数のコンパレータから出力される全ての信号が時間測定部に入力される。その場合、時間測定部が処理するべきデータ数が多くなり、時間測定部の演算負荷が大きくなるという問題がある。
【０００６】
本開示は、時間測定部の演算負荷を抑えつつ、光の入射タイミングを精度良く特定するための情報を生成することが可能な光検出器および光検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
［１］本開示の一側面に係る光検出器は、光検出素子と、比較部と、時間測定部と、エネルギーモニタ部と、を備える。光検出素子は、光を受けて光のエネルギーに応じた電気信号を出力する。光検出素子は、互いに並列に接続された複数のセルユニットを有し、複数のセルユニットそれぞれは、非線形領域で動作するアバランシェフォトダイオードおよびアバランシェフォトダイオードと直列に接続されたクエンチング抵抗を含む。比較部は、光検出素子からの電気信号または電気信号に基づく信号を受ける複数のコンパレータを含む。複数のコンパレータの閾値はそれぞれ異なる。時間測定部は、複数のコンパレータからそれぞれ出力される複数の出力信号のうち一つの出力信号に基づいて、所定のタイミングから一つの出力信号が入力されるまでの時間を示す第１情報を出力する。エネルギーモニタ部は、複数のコンパレータから複数の出力信号を受け、複数の出力信号に基づいて、光検出素子に入射した光のエネルギーの大きさを示す第２情報を生成する。
【０００８】
上記［１］の光検出器では、時間測定部は、複数のコンパレータからそれぞれ出力される複数の出力信号のうち一つの出力信号に基づいて、第１情報を出力する。従って、全ての出力信号に基づいて第１情報を出力する場合と比較して、データ数が削減され、時間測定部の演算負荷が抑制される。加えて、エネルギーモニタ部は、複数のコンパレータからの複数の出力信号に基づいて、光検出素子に入射した光のエネルギーの大きさを示す第２情報を生成する。光のエネルギーの大きさを知ることによって、外乱光および迷光と光とを精度良く区別することが可能になる。従って、上記［１］の光検出器によれば、光の入射タイミングを精度良く特定するための情報を生成することができる。
【０００９】
［２］上記［１］の光検出器は、第１情報および第２情報に基づいてヒストグラムを作成するデータ処理部を更に備えてもよい。その場合、ヒストグラムから光の入射タイミングを精度良く特定することができる。
【００１０】
［３］上記［１］または［２］の光検出器は、時間測定部を、複数のコンパレータのいずれかと択一的に接続するスイッチを更に備えてもよい。その場合、時間測定部と接続されるコンパレータの閾値電圧を容易に切り替えることができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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