(57)【要約】【課題】高速での検出信号の出力制御を簡易な構成で実現することができる光検出装置を提供する。【解決手段】光検出装置は、第１ＰＤ２１と、第１ＰＤ２１に直列に接続された第２ＰＤ２２と、第１ＰＤ２１が感度を有する第１パルス光Ｌ１を出力する第１光源２４と、第２ＰＤ２２に流れた電流を検出信号として出力する信号出力部３１と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１フォトダイオードと、
前記第１フォトダイオードに直列に接続された第２フォトダイオードと、
前記第１フォトダイオードが感度を有する第１パルス光を出力する第１光源と、
前記第２フォトダイオードに流れた電流を検出信号として出力する信号出力部と、を備える、光検出装置。
【請求項２】
前記信号出力部から出力された前記検出信号を取得する信号処理部を更に備える、請求項１に記載の光検出装置。
【請求項３】
前記第１フォトダイオードは、電源が接続される第１電極と、前記第２フォトダイオードが接続された第２電極と、を有する、請求項１又は２に記載の光検出装置。
【請求項４】
前記第１電極は、前記第１フォトダイオードのカソード電極であり、
前記第２電極は、前記第１フォトダイオードのアノード電極であり、
前記第１フォトダイオードの前記アノード電極には、前記第２フォトダイオードのカソード電極が接続されており、
前記第２フォトダイオードのアノード電極には、前記信号出力部が接続されている、請求項３に記載の光検出装置。
【請求項５】
前記第１電極は、前記第１フォトダイオードのアノード電極であり、
前記第２電極は、前記第１フォトダイオードのカソード電極であり、
前記第１フォトダイオードの前記カソード電極には、前記第２フォトダイオードのアノード電極が接続されており、
前記第２フォトダイオードのカソード電極には、前記信号出力部が接続されている、請求項３に記載の光検出装置。
【請求項６】
前記第１光源は、半導体レーザ又は発光ダイオードである、請求項１〜５のいずれか一項に記載の光検出装置。
【請求項７】
前記第１光源は、１０ＫＨｚ以上の周波数で前記第１パルス光を出力する、請求項６に記載の光検出装置。
【請求項８】
前記第１フォトダイオード及び前記第１光源を収容する遮光性の筐体を更に備え、
前記第２フォトダイオードは、前記筐体外に配置されている、請求項１〜７のいずれか一項に記載の光検出装置。
【請求項９】
前記第２フォトダイオードが感度を有する光の中心波長は、前記第１フォトダイオードが感度を有する光の中心波長とずれている、請求項１〜８のいずれか一項に記載の光検出装置。
【請求項１０】
前記第１フォトダイオードを構成する半導体基板は、シリコン基板であり、
前記第２フォトダイオードを構成する半導体基板は、化合物半導体基板である、請求項９に記載の光検出装置。
【請求項１１】
前記第１フォトダイオードは、１つの第１フォトダイオードであり、
前記第２フォトダイオードは、複数の第２フォトダイオードであり、
前記１つの第１フォトダイオードに、互いに並列に接続された前記複数の第２フォトダイオードのそれぞれが直列に接続されており、
前記信号出力部は、前記複数の第２フォトダイオードのそれぞれに流れた電流を検出信号として出力する、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の光検出装置。
【請求項１２】
前記１つの第１フォトダイオードと、前記複数の第２フォトダイオードと、をそれぞれが有する複数の光検出ユニットが構成されている、請求項１１に記載の光検出装置。
【請求項１３】
前記第２フォトダイオードが感度を有する第２パルス光を出力する第２光源を更に備える、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の光検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
間接ＴＯＦ（Time  of  Flight）方式を利用して対象物の距離画像を取得するセンサとして、光感応領域が設けられた半導体基板と、半導体基板上に形成された絶縁層と、絶縁層上に画素ごとに形成されたフォトゲート電極及び転送電極と、を備える距離画像センサが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の距離画像センサの一例では、半導体基板がシリコンによって形成されており、フォトゲート電極及び転送電極がポリシリコンによって形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１３３４６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、例えば霧中又は煙中において対象物の距離画像を取得するために、１．５μｍ程度の波長を有する光を検出し得る距離画像センサが求められている。しかし、距離画像センサを構成する半導体基板がシリコンによって形成されていると、１．５μｍ程度の波長を有する光に対して十分な感度を得ることができない。そこで、１．５μｍ程度の波長を有する光に対して十分な感度を得るために、距離画像センサを構成する半導体基板に化合物半導体基板を用いることが考えられる。しかし、その場合には、化合物半導体基板上にフォトゲート電極及び転送電極を形成することが困難である。
【０００５】
また、距離画像センサの後段に設けられたＣＭＯＳにおいて検出信号の出力制御（転送制御）を実施することも考えられる。しかし、ＣＭＯＳではμ秒オーダーでの検出信号の出力制御が限界であるため、ＣＭＯＳによる検出信号の出力制御は、数十ｎ秒オーダーという高速での検出信号の出力制御を必要とする間接ＴＯＦ方式には不十分である。
【０００６】
本発明は、高速での検出信号の出力制御を簡易な構成で実現することができる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】
本発明の光検出装置は、第１フォトダイオードと、第１フォトダイオードに直列に接続された第２フォトダイオードと、第１フォトダイオードが感度を有する第１パルス光を出力する第１光源と、第２フォトダイオードに流れた電流を検出信号として出力する信号出力部と、を備える。
【０００８】
この光検出装置では、第１フォトダイオードに第１パルス光が照射されている状態において第１パルス光の出力値がＯＦＦの期間には、第１フォトダイオードにおいてキャリア（電子及び正孔）が発生しないため、検出対象の光の入射によって、第２フォトダイオードにおいてキャリアが発生したとしても、第２フォトダイオードに電流が流れない。つまり、第１パルス光の出力値がＯＦＦの期間には、第２フォトダイオードに流れた電流を検出信号として信号出力部から出力させないことができる。その一方で、第１フォトダイオードに第１パルス光が照射されている状態において第１パルス光の出力値がＯＮの期間には、第１フォトダイオードにおいてキャリアが発生するため、検出対象の光の入射によって、第２フォトダイオードにおいてキャリアが発生すると、第２フォトダイオードに電流が流れる。つまり、第１パルス光の出力値がＯＮの期間には、第２フォトダイオードに流れた電流を検出信号として信号出力部から出力させることができる。ここで、第１パルス光は、１０ＫＨｚ以上の周波数で変調することが可能である。よって、この光検出装置によれば、高速での検出信号の出力制御を簡易な構成で実現することができる。なお、ＯＦＦの期間の第１パルス光の出力値は、０のみに限定されず、ＯＮの期間の第１パルス光の出力値よりも低い出力値であって且つ第１フォトダイオードにおいてキャリアを発生させない出力値であればよい。
【０００９】
本発明の光検出装置は、信号出力部から出力された検出信号を取得する信号処理部を更に備えてもよい。これによれば、信号出力部から出力された検出信号を処理することができる。
【００１０】
本発明の光検出装置では、第１フォトダイオードは、電源が接続される第１電極と、第２フォトダイオードが接続された第２電極と、を有してもよい。これによれば、スイッチとして機能する第１フォトダイオードを介さずに第２フォトダイオードに信号出力部を接続することができるため、信号出力部から出力される検出信号にノイズが乗るのを抑制することができる。
【００１１】
本発明の光検出装置では、第１電極は、第１フォトダイオードのカソード電極であり、第２電極は、第１フォトダイオードのアノード電極であり、第１フォトダイオードのアノード電極には、第２フォトダイオードのカソード電極が接続されており、第２フォトダイオードのアノード電極には、信号出力部が接続されていてもよい。或いは、本発明の光検出装置では、第１電極は、第１フォトダイオードのアノード電極であり、第２電極は、第１フォトダイオードのカソード電極であり、第１フォトダイオードのカソード電極には、第２フォトダイオードのアノード電極が接続されており、第２フォトダイオードのカソード電極には、信号出力部が接続されていてもよい。いずれの場合にも、電源が第１フォトダイオード及び第２フォトダイオードに対して逆バイアスを印加することで、高速での検出信号の出力制御を簡易な構成で実現することができる。
【００１２】
本発明の光検出装置では、第１光源は、半導体レーザ又は発光ダイオードであってもよい。これによれば、第１パルス光を１０ＫＨｚ以上の周波数で変調することができる。
【００１３】
本発明の光検出装置では、第１光源は、１０ＫＨｚ以上の周波数で第１パルス光を出力してもよい。これによれば、例えば、対象物までの距離に関する情報を適切に取得することができる。
【００１４】
本発明の光検出装置は、第１フォトダイオード及び第１光源を収容する遮光性の筐体を更に備え、第２フォトダイオードは、筐体外に配置されていてもよい。これによれば、第２フォトダイオードにおいて第１パルス光がノイズになるのを防止することができる。
【００１５】
本発明の光検出装置では、第２フォトダイオードが感度を有する光の中心波長は、第１フォトダイオードが感度を有する光の中心波長とずれていてもよい。これによれば、第２フォトダイオードにおいて第１パルス光がノイズになるのを防止することができる。なお、第２フォトダイオードが感度を有する光の波長域の一部は、第１フォトダイオードが感度を有する光の波長域の一部に重なっていてもよい。
【００１６】
本発明の光検出装置では、第１フォトダイオードを構成する半導体基板は、シリコン基板であり、第２フォトダイオードを構成する半導体基板は、化合物半導体基板であってもよい。これによれば、第２フォトダイオードにおいて第１パルス光がノイズになるのを防止しつつ、第２フォトダイオードにおいて１．５μｍ程度の波長を有する光を検出することができる。
【００１７】
本発明の光検出装置では、第１フォトダイオードは、１つの第１フォトダイオードであり、第２フォトダイオードは、複数の第２フォトダイオードであり、１つの第１フォトダイオードに、互いに並列に接続された複数の第２フォトダイオードのそれぞれが直列に接続されており、信号出力部は、複数の第２フォトダイオードのそれぞれに流れた電流を検出信号として出力してもよい。これによれば、構成の複雑化を抑制しつつ、光検出装置を距離画像の取得に利用することができる。
【００１８】
本発明の光検出装置では、１つの第１フォトダイオードと、複数の第２フォトダイオードと、をそれぞれが有する複数の光検出ユニットが構成されていてもよい。これによれば、第１フォトダイオードに生じる負荷を軽減し、複数の光検出ユニットのそれぞれを好適に動作させることができる。
【００１９】
本発明の光検出装置は、第２フォトダイオードが感度を有する第２パルス光を出力する第２光源を更に備えてもよい。これによれば、第１フォトダイオードに第１パルス光が照射されている状態において、第２パルス光を対象物に照射して、対象部で反射された第２パルス光を第２フォトダイオードに入射させることで、対象物までの距離に関する情報を取得することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、高速での検出信号の出力制御を簡易な構成で実現することができる光検出装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】一実施形態の光検出装置の構成図である。
【図２】図１に示される光検出部の一部分の構成図である。
【図３】対象物までの距離に関する情報を取得するためのタイミングチャートである。
【図４】変形例の光検出部の構成図である。
【図５】変形例の光検出部の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２３】
図１に示されるように、光検出装置１は、光検出部２と、第２光源３と、制御部４と、表示部５と、を備えている。光検出装置１は、間接ＴＯＦ方式を利用して対象物ＯＪの距離画像（対象物ＯＪまでの距離ｄに関する情報を含む画像）を取得する装置である。
【００２４】
図２に示されるように、光検出部２は、複数の第１ＰＤ（第１フォトダイオード）２１と、複数の第２ＰＤ（第２フォトダイオード）２２と、複数の信号処理回路（信号処理部）２３と、複数の第１光源２４と、複数の筐体２５と、を有している。なお、図２は、光検出部２の一部分の構成図であるため、図２には、１つの第１ＰＤ２１、１つの第１光源２４及び１つの筐体２５が示されている。
【００２５】
複数の第２ＰＤ２２は、２次元に（例えば、マトリックス状に）配列されており、エリアセンサを構成している。１つの第１ＰＤ２１は、全数の第２ＰＤ２２のうち所定数の第２ＰＤ２２ごとに設けられている。光検出部２においては、１つの第１ＰＤ２１と、当該１つの第１ＰＤ２１に接続された複数の第２ＰＤ２２と、をそれぞれが有する複数の光検出ユニット２ｕが構成されている。以下、１つの光検出ユニット２ｕに着目して、光検出部２の構成について説明する。
【００２６】
光検出部２では、１つの第１ＰＤ２１に、互いに並列に接続された複数の第２ＰＤ２２のそれぞれが直列に接続されている。具体的には、１つの第１ＰＤ２１のアノード電極（第２電極）２１ａに、複数の第２ＰＤ２２のそれぞれのカソード電極２２ｃが接続されている。本実施形態では、第１ＰＤ２１を構成する半導体基板は、シリコン基板であり、第２ＰＤ２２を構成する半導体基板は、化合物半導体基板である。一例として、第１ＰＤ２１は、Ｓｉフォトダイオードであり、第２ＰＤ２２は、ＩｎＧａＡｓフォトダイオードである。
【００２７】
第１ＰＤ２１のカソード電極（第１電極）２１ｃには、電源２６が接続されている。電源２６は、例えば正電圧を印加することで、第１ＰＤ２１及び複数の第２ＰＤ２２に対して逆バイアスを印加する。複数の第２ＰＤ２２のそれぞれのアノード電極２２ａには、信号出力部３１が接続されており、信号出力部３１には、信号処理回路２３が接続されている。信号出力部３１は、第２ＰＤ２２に流れた電流を検出信号として出力する。信号出力部３１は、例えば、第２ＰＤ２２のアノード電極２２ａに接続された電極パッド等である。信号処理回路２３は、オペアンプ２７及びコンデンサ２８によって構成されたチャージアンプ２９を含んでいる。オペアンプ２７の一方の入力端は、第２ＰＤ２２のアノード電極２２ａに接続されている。オペアンプ２７の他方の入力端は、参照電圧を印加する電圧印加部２０を介して基準電位に接続されている。信号処理回路２３は、信号出力部３１から出力された検出信号を取得し、参照電圧に基づく増幅及び変換によって生成した出力電圧信号をオペアンプ２７の出力端から制御部４に出力する。
【００２８】
第１光源２４は、第１ＰＤ２１が感度を有する（すなわち、第１ＰＤ２１において光電変換が発生し得る）第１パルス光Ｌ１を出力する。第１光源２４は、半導体レーザ又は発光ダイオードであり、１０ＫＨｚ以上の周波数で第１パルス光Ｌ１を出力する。本実施形態では、第１光源２４は、例えばＬＥＤ等であり、可視域の波長を有する第１パルス光Ｌ１を出力する。第１ＰＤ２１及び第１光源２４は、筐体２５に収容されている。筐体２５は、遮光性を有している。筐体２５内では、第１光源２４から出力された第１パルス光Ｌ１が第１ＰＤ２１に入射する。なお、第２ＰＤ２２は、筐体２５外に配置されている。また、第２ＰＤ２２が感度を有する（すなわち、第２ＰＤ２２において光電変換が発生し得る）光の中心波長は、第１ＰＤ２１が感度を有する光の中心波長とずれている。ただし、第２ＰＤ２２が感度を有する光の波長域の一部は、第１ＰＤ２１が感度を有する光の波長域の一部に重なっていてもよい。
【００２９】
図１に示されるように、第２光源３は、第２ＰＤ２２が感度を有する第２パルス光Ｌ２を出力する。第２光源３は、半導体レーザ又は発光ダイオードであり、１０ＫＨｚ以上の周波数で第２パルス光Ｌ２を出力する。本実施形態では、第２光源３は、例えば赤外ＬＥＤ等であり、１．５μｍ程度の波長を有する第２パルス光Ｌ２を出力する。第２光源３から出力された第２パルス光Ｌ２は対象物ＯＪに照射され、対象物ＯＪで反射された第２パルス光Ｌ２は光検出部２の複数の第２ＰＤ２２（図２参照）に入射する。制御部４は、光検出部２及び第２光源３を制御し、光検出部２から出力された出力電圧信号に基づいて対象物ＯＪの距離画像を生成して、表示部５に表示させる。
【００３０】
以上のように構成された光検出装置１では、第１ＰＤ２１に第１パルス光Ｌ１が照射されている状態において第１パルス光Ｌ１の出力値がＯＦＦの期間には、第１ＰＤ２１においてキャリア（電子及び正孔）が発生しないため、第２パルス光Ｌ２の入射によって、複数の第２ＰＤ２２のそれぞれにおいてキャリアが発生したとしても、複数の第２ＰＤ２２のそれぞれに電流が流れない。つまり、第１パルス光Ｌ１の出力値がＯＦＦの期間には、複数の第２ＰＤ２２のそれぞれに流れた電流を検出信号として信号出力部３１から信号処理回路２３に出力させないことができる。その一方で、第１ＰＤ２１に第１パルス光Ｌ１が照射されている状態において第１パルス光Ｌ１の出力値がＯＮの期間には、第１ＰＤ２１においてキャリアが発生するため、第２パルス光Ｌ２の入射によって、複数の第２ＰＤ２２のそれぞれにおいてキャリアが発生すると、複数の第２ＰＤ２２のそれぞれに電流が流れる。つまり、第１パルス光Ｌ１の出力値がＯＮの期間には、複数の第２ＰＤ２２のそれぞれに流れた電流を検出信号として信号出力部３１から信号処理回路２３に出力させることができる。ここで、第１パルス光Ｌ１は、１０ＫＨｚ以上の周波数で変調することが可能である。よって、光検出装置１によれば、高速での検出信号の出力制御を簡易な構成で実現することができる。なお、ＯＦＦの期間の第１パルス光Ｌ１の出力値は、０（すなわち、消灯に相当する出力値）のみに限定されず、ＯＮの期間の第１パルス光Ｌ１の出力値（すなわち、点灯に相当する出力値）よりも低い出力値であって且つ第１ＰＤ２１においてキャリアを発生させない出力値であればよい。
【００３１】
なお、スイッチとして機能するフォトダイオードを検出用のフォトダイオードに接続することは通常考えられない。スイッチとしては、電気的な回路、物理的なシャッター等が容易に想定され、特定の光を出力する光源が別途必要になる光スイッチは容易には想定されないからである。また、フォトダイオードは、光の強弱を検出するものであり、通常は感度を一定にして使用することが想定されるものだからである。更に、スイッチとして機能するフォトダイオード用の光源から出力される光が検出用のフォトダイオードに影響することが懸念されるからである。
【００３２】
また、光検出装置１では、信号出力部３１から出力された検出信号が信号処理回路２３によって取得される。これにより、信号出力部３１から出力された検出信号を処理する（例えば、増幅及び変換する）ことができる。
【００３３】
また、光検出装置１では、第１ＰＤ２１のカソード電極２１ｃに電源２６が接続されており、第１ＰＤ２１のアノード電極２１ａに第２ＰＤ２２のカソード電極２２ｃが接続されている。これにより、スイッチとして機能する第１ＰＤ２１を介さずに第２ＰＤ２２に信号出力部３１を接続することができるため、信号出力部３１から出力される検出信号にノイズが乗るのを抑制することができる。また、光検出部２の製造の容易化及び構造の単純化を図ることができる。更に、電源２６が第１ＰＤ２１及び第２ＰＤ２２に対して逆バイアスを印加することで、高速での検出信号の出力制御を簡易な構成で実現することができる。なお、スイッチは、検出用のフォトダイオードと信号出力部との間に配置されることが通常であるところ、光検出部２の構成によれば、スイッチとして機能する第１ＰＤ２１を介さずに第２ＰＤ２２に信号出力部３１を接続することができる。これは、上述したように、信号出力部３１から出力される検出信号にノイズが乗るのを抑制し得る点で極めて有効な構成である。
【００３４】
また、光検出装置１では、第１光源２４が半導体レーザ又は発光ダイオードである。これにより、第１パルス光Ｌ１を１０ＫＨｚ以上の周波数で変調することができる。
【００３５】
また、光検出装置１では、第１光源２４が１０ＫＨｚ以上の周波数で第１パルス光Ｌ１を出力する。これにより、例えば、対象物ＯＪまでの距離ｄに関する情報を適切に取得することができる。
【００３６】
また、光検出装置１では、第２ＰＤ２２が感度を有する光の中心波長が、第１ＰＤ２１が感度を有する光の中心波長とずれている。しかも、第１ＰＤ２１及び第１光源２４が筐体２５に収容されており、複数の第２ＰＤ２２が筐体２５外に配置されている。これらにより、複数の第２ＰＤ２２のそれぞれにおいて第１パルス光Ｌ１がノイズになるのを防止することができる。
【００３７】
また、光検出装置１では、第１ＰＤ２１を構成する半導体基板がシリコン基板であり、第２ＰＤ２２を構成する半導体基板が化合物半導体基板である。これにより、第２ＰＤ２２において第１パルス光Ｌ１がノイズになるのを防止しつつ、第２ＰＤ２２において１．５μｍ程度の波長を有する光を検出することができる。
【００３８】
また、光検出装置１では、１つの第１ＰＤ２１に、互いに並列に接続された複数の第２ＰＤ２２のそれぞれが直列に接続されており、信号出力部３１が、複数の第２ＰＤ２１のそれぞれに流れた電流を検出信号として出力し、複数の信号処理回路２３を含む信号処理部が、複数の第２ＰＤ２２のそれぞれに流れた電流を検出信号として取得する。これにより、構成の複雑化を抑制しつつ、対象物ＯＪの距離画像を取得することができる。
【００３９】
また、光検出装置１では、１つの第１ＰＤ２１と、複数の第２ＰＤ２２と、をそれぞれが有する複数の光検出ユニット２ｕが構成されている。複数の第２ＰＤ２２のそれぞれから検出信号を出力させるためには、当該複数の第２ＰＤ２２に流れる電流の総和以上の電流が第１ＰＤ２１に流れ得ることが必要となる。そこで、光検出装置１では、１つの第１ＰＤ２１が、全数の第２ＰＤ２２ではなく、全数の第２ＰＤ２２のうちの所定数の第２ＰＤ２２ごとに設けられている。これにより、第１ＰＤ２１に生じる負荷を軽減し、複数の光検出ユニット２ｕのそれぞれを好適に動作させることができる。
【００４０】
また、光検出装置１は、光検出部２と、第２ＰＤ２２が感度を有する第２パルス光Ｌ２を出力する第２光源３と、を備えている。これにより、第１ＰＤ２１に第１パルス光Ｌ１が照射されている状態において、第２パルス光Ｌ２を対象物ＯＪに照射して、対象部で反射された第２パルス光Ｌ２を複数の第２ＰＤ２２に入射させることで、次に述べる演算例のように、対象物ＯＪまでの距離ｄに関する情報を取得することができる。
【００４１】
対象物ＯＪまでの距離ｄの演算例について、図３を参照して説明する。図３には、第２光源３から出力される第２パルス光Ｌ２の強度信号ＩＯＵＴ、対象物ＯＪで反射されて第２ＰＤ２２に入射する第２パルス光Ｌ２の強度信号ＩＩＮ、第１段階で第１光源２４から出力される第１パルス光Ｌ１の強度信号Ｉ１、第２段階で第１光源２４から出力される第１パルス光Ｌ１の強度信号Ｉ２、及び第３段階で第１光源２４から出力される第１パルス光Ｌ１の強度信号Ｉ３が示されている。なお、この演算例では、任意の１つの第２ＰＤ２２に着目している。
【００４２】
第１段階では、強度信号ＩＯＵＴで第２光源３から第２パルス光Ｌ２が出力され且つ強度信号Ｉ１で第１光源２４から第１パルス光Ｌ１が出力された状態で、出力電圧信号Ｖ１ＯＵＴが取得される。強度信号ＩＯＵＴのパルス幅Ｔは、例えば、３０ｎ秒（測定可能距離：〜４．５ｍ）、４０ｎ秒（測定可能距離：〜６．０ｍ）、６０ｎ秒（測定可能距離：〜９．０ｍ）というように、測定すべき距離に応じて設定される。強度信号Ｉ１は、強度信号ＩＯＵＴと周期、パルス幅及び位相が同一の強度信号であり、第１ＰＤ２１に入射した第１パルス光Ｌ１の強度信号とみなすことができる。このとき、第２ＰＤ２２は、第１ＰＤ２１に入射した第１パルス光Ｌ１の出力値がＯＮの期間のみに検出信号を出力するので、出力電圧信号Ｖ１ＯＵＴは、強度信号ＩＩＮのパルスと強度信号Ｉ１のパルスとが重なり合った部分の電荷量Ｑ１の積分値に対応する。
【００４３】
第２段階では、強度信号ＩＯＵＴで第２光源３から第２パルス光Ｌ２が出力され且つ強度信号Ｉ２で第１光源２４から第１パルス光Ｌ１が出力された状態で、出力電圧信号Ｖ２ＯＵＴが取得される。強度信号Ｉ２は、位相が１８０°ずれている点を除き、強度信号Ｉ１と同一の強度信号であり、第１ＰＤ２１に入射した第１パルス光Ｌ１の強度信号とみなすことができる。このとき、第２ＰＤ２２は、第１ＰＤ２１に入射した第１パルス光Ｌ１の出力値がＯＮの期間のみに検出信号を出力するので、出力電圧信号Ｖ２ＯＵＴは、強度信号ＩＩＮのパルスと強度信号Ｉ２のパルスとが重なり合った部分の電荷量Ｑ２の積分値に対応する。
【００４４】
第３段階では、第２光源３から第２パルス光Ｌ２が出力されず且つ強度信号Ｉ３で第１光源２４から第１パルス光Ｌ１が出力された状態で、出力電圧信号Ｖ３ＯＵＴが取得される。このとき、第２ＰＤ２２は、第１ＰＤ２１に入射した第１パルス光Ｌ１の出力値がＯＮの期間のみに検出信号を出力するので、出力電圧信号Ｖ３ＯＵＴは、外乱光があればその外乱光の強度信号と強度信号Ｉ３のパルスとが重なり合った部分の電荷量の積分値に対応する。
【００４５】
以上の第１段階、第２段階及び第３段階が第２ＰＤ２２ごとに実施されると、制御部４は、第２ＰＤ２２ごとに、出力電圧信号Ｖ１ＯＵＴ，Ｖ２ＯＵＴ，Ｖ３ＯＵＴに基づいて、対象物ＯＪまでの距離ｄを演算する。距離ｄは、式（１）で表される。式（１）において、ｃは光速である。
【数１】
2020064934.tif 000003
【００４６】
以上のように、光検出装置１では、光検出部２を数十ｎ秒オーダーでスイッチング動作（変調動作）させることができる。また、光検出装置１では、第２光源３が、１．５μｍ程度の波長を有する第２パルス光Ｌ２を出射する光源であり、複数の第２ＰＤ２２が、１．５μｍ程度の波長を有する第２パルス光Ｌ２に対して十分な感度を有するＩｎＧａＡｓエリアセンサである。これにより、例えば霧中又は煙中においても対象物ＯＪの距離画像を取得し易くなる。なお、上述した演算例は、あくまで一例であって、対象物ＯＪまでの距離ｄに関する情報は、公知の種々の演算によって取得可能である。
【００４７】
本発明は、上述した実施形態に限定されない。例えば、複数の第２ＰＤ２２は、１次元に配列されて、リニアセンサを構成していてもよい。また、図４に示されるように、１つの第１ＰＤ２１に１つの第２ＰＤ２２が直列に接続されていてもよい。その場合にも、高速での検出信号の出力制御を簡易な構成で実現することができる。また、その場合にも、対象物ＯＪまでの距離ｄに関する情報を取得することができる。
【００４８】
また、上述した実施形態では、第１ＰＤ２１のカソード電極２１ｃに電源２６が接続されており、第１ＰＤ２１のアノード電極２１ａに第２ＰＤ２２のカソード電極２２ｃが接続されていたが、電源２６が、例えば正電圧を印加することで、第１ＰＤ２１及び第２ＰＤ２２に対して逆バイアスを印加する場合には、第２ＰＤ２２のカソード電極２２ｃに電源２６が接続されており、第２ＰＤ２２のアノード電極２２ａに第１ＰＤ２１のカソード電極２１ｃが接続されていてもよい。また、電源２６が、例えば負電圧を印加することで、第１ＰＤ２１及び第２ＰＤ２２に対して逆バイアスを印加する場合には、図５に示されるように、第１ＰＤ２１のアノード電極２１ａに電源２６が接続されており、第１ＰＤ２１のカソード電極２１ｃに第２ＰＤ２２のアノード電極２２ａが接続されていてもよいし、或いは、第２ＰＤ２２のアノード電極２２ａに電源２６が接続されており、第２ＰＤ２２のカソード電極２２ｃに第１ＰＤ２１のアノード電極２１ａが接続されていてもよい。いずれの場合にも、電源２６が第１ＰＤ２１及び第２ＰＤ２２に対して逆バイアスを印加することで、高速での検出信号の出力制御を簡易な構成で実現することができる。
【００４９】
また、上述した実施形態では、第１ＰＤ２１がＳｉフォトダイオードであり、第２ＰＤ２２がＩｎＧａＡｓフォトダイオードであったが、第１ＰＤ２１及び第２ＰＤ２２のそれぞれは、他のフォトダイオードであってもよい。第１光源２４と第１ＰＤ２１との組合せ、及び、第２光源３と第２ＰＤ２２との組合せも、適宜選択可能である。
【００５０】
また、第１ＰＤ２１及び第１光源２４が筐体２５に収容されていれば、第１ＰＤ２１及び第２ＰＤ２２は、同一の種類のフォトダイオードであってもよい。また、第２ＰＤ２２が感度を有する光の中心波長が、第１ＰＤ２１が感度を有する光の中心波長とずれていれば、第１ＰＤ２１及び第１光源２４が筐体２５に収容されていなくてもよい。第２ＰＤ２２が感度を有する光の波長域の一部が、第１ＰＤ２１が感度を有する光の波長域の一部に重なっている場合には、当該波長域の一部の光をカットするフィルタを、第１ＰＤ２１側及び第２ＰＤ２２側の少なくとも一方の側に設けてもよい。
【００５１】
また、信号処理回路２３は、少なくとも積分回路を含むものであればよい。例えば、信号処理回路２３は、ソースフォロアタイプの積分回路等であってもよい。
【００５２】
また、上述した光検出装置１の各構成には、上述した材料及び形状に限定されず、様々な材料及び形状を適用することができる。また、上述した一の実施形態又は変形例における各構成は、他の実施形態又は変形例における各構成に任意に適用することができる。
【００５３】
また、光検出装置１は、第２光源３を備えていなくてもよい。その場合の光検出装置１としては、高速な物体・信号を検出するために必要なグローバルシャッタ動作(高速シャッタ動作)を有する赤外イメージセンサ等が例示される。
【符号の説明】
【００５４】
１…光検出装置、２ｕ…光検出ユニット、３…第２光源、２１…第１ＰＤ（第１フォトダイオード）、２１ａ…アノード電極（第２電極）、２１ｃ…カソード電極（第１電極）、２２…第２ＰＤ（第２フォトダイオード）、２２ａ…アノード電極、２２ｃ…カソード電極、２３…信号処理回路（信号処理部）、２４…第１光源、２５…筐体、２６…電源、３１…信号出力部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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