(57)【要約】【課題】ＳＰＡＤを用いた光検出器において、ＳＰＡＤの検出感度を温度補償できるようにする。【解決手段】光検出器１Ａは、ＳＰＡＤ４に逆バイアス電圧を印加して光検出を行うように構成された検出部１０と、検出部を構成するＳＰＡＤと同様の特性を有するモニタ用ＳＰＡＤ１２と、モニタ用ＳＰＡＤに定電流を供給してガイガーモードで動作させる電流源１４と、モニタ用ＳＰＡＤの両端に生じるブレイクダウン電圧から設定される基準ブレイクダウン電圧と所定のエクセス電圧とに基づき、検出部のＳＰＡＤに印加する逆バイアス電圧を生成する電圧生成部１８と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガイガーモードで動作可能なアバランシェフォトダイオードであるＳＰＡＤ（２）を備え、該ＳＰＡＤに、順方向とは逆方向の逆バイアス電圧を印加して光検出を行うように構成された検出部（１０）と、
前記検出部を構成する前記ＳＰＡＤと同様の特性を有するモニタ用ＳＰＡＤ（１２）と、
前記モニタ用ＳＰＡＤに定電流を供給してガイガーモードで動作させる電流源（１４）と、
前記モニタ用ＳＰＡＤの両端に生じるブレイクダウン電圧から設定される基準ブレイクダウン電圧と、所定のエクセス電圧とに基づいて、前記検出部の前記ＳＰＡＤに印加する逆バイアス電圧を生成する電圧生成部（１８）と、
を備えた、光検出器。
【請求項２】
前記電圧生成部は、前記基準ブレイクダウン電圧と前記エクセス電圧を加算することにより、前記逆バイアス電圧を生成するよう構成されている、請求項１に記載の光検出器。
【請求項３】
前記検出部において、前記ＳＰＡＤのカソードには、フォトンの入射により前記ＳＰＡＤがブレイクダウンしてガイガー放電するのを停止させるクエンチング素子（４）が接続されており、
前記電圧生成部は、前記ＳＰＡＤのアノードに、前記カソードよりも低電位となる逆バイアス電圧を印加するよう構成されている、請求項１又は請求項２に記載の光検出器。
【請求項４】
前記検出部において、前記ＳＰＡＤのアノードには、フォトンの入射により前記ＳＰＡＤがブレイクダウンしてガイガー放電するのを停止させるクエンチング素子が接続されており、
前記電圧生成部は、前記ＳＰＡＤのカソードに、前記アノードよりも高電位となる逆バイアス電圧を印加するよう構成されている、請求項１又は請求項２に記載の光検出器。
【請求項５】
前記モニタ用ＳＰＡＤは、遮光され、ノイズによりブレイクダウンするよう構成されている、請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の光検出器。
【請求項６】
前記モニタ用ＳＰＡＤは、入射する光が、検出部に入射する光と比較して、少なくなるよう構成されている、請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の光検出器。
【請求項７】
外部からの指令に従い前記電流源から前記モニタ用ＳＰＡＤへの通電経路を導通させるスイッチ（２２）と、
前記スイッチが前記通電経路を導通させているときに、前記モニタ用ＳＰＡＤの前記ブレイクダウン電圧から前記基準ブレイクダウン電圧を設定、記憶し、前記通電経路の状態に依らず、前記電圧生成部に前記基準ブレイクダウン電圧を出力する電圧記憶部（２４）と、
を備えた、請求項１〜請求項６の何れか１項に記載の光検出器。
【請求項８】
前記モニタ用ＳＰＡＤの前記基準ブレイクダウン電圧に基づき、前記電圧生成部が前記ブレイク電圧を生成するのに用いる前記エクセス電圧を設定する電圧制御部（４０）、
を備えた、請求項１〜請求項７の何れか１項に記載の光検出器。
【請求項９】
前記モニタ用ＳＰＡＤを複数備え、該複数のモニタＳＰＡＤから得られる複数のブレイクダウン電圧を用いて演算又は選択することで、前記基準ブレイクダウン電圧を設定し、前記電圧生成部に供給する演算・選択部（３０）、
を備えた、請求項１〜請求項８の何れか１項に記載の光検出器。
【請求項１０】
前記検出部は、前記ＳＰＡＤを複数備え、
前記検出部の複数のＳＰＡＤから出力される検出信号の数をカウントし、カウント値が所定の閾値以上であるとき、前記検出部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（５０）と、
を備えた、請求項１〜請求項９の何れか１項に記載の光検出器。
【請求項１１】
前記基準ブレイクダウン電圧に基づき、前記閾値を設定する閾値制御部（５２）、
を備えた、請求項１０に記載の光検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、アバランシェフォトダイオード（以下、ＡＰＤ）を用いた光検出器において、ＡＰＤの温度補償を行うために、電流増幅率の温度特性がＡＰＤと略同じで、逆バイアスされた参照用接合構造を利用することが開示されている。
【０００３】
この光検出器では、参照用接合構造に参照電流を注入する電流注入用接合構造を有するトランジスタを利用し、参照電流の増幅率を所定値に保つように、ＡＰＤと参照用接合構造に印加する電圧を制御することで、ＡＰＤの増倍率を制御する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５２１１０９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示されたものでは、ＡＰＤの増倍率を制御することでＡＰＤを温度補償制御することから、ＡＰＤにブレイクダウン電圧未満の逆バイアス電圧を印加して動作させるリニアモードでは有効である。
【０００６】
しかし、引用文献１に開示された技術は、ＡＰＤをカイガーモードで動作させる光検出器に適用することはできない。
つまり、ガイガーモードで動作するＡＰＤは、ＳＰＡＤと呼ばれ、逆バイアス電圧はブレイクダウン電圧よりも高い電圧値に設定される。なお、ＳＰＡＤは、Single Photon Avalanche Diode の略である。
【０００７】
そして、ＳＰＡＤはフォトンの入射に応答すると、ブレイクダウンするため、ＳＰＡＤを利用する光検出器は、ＳＰＡＤがブレイクダウンしたときに所定パルス幅のパルス信号が出力されるよう構成される。
【０００８】
従って、ＳＰＡＤを利用する光検出器の出力は「１」か「０」であり、この種の光検出器では、増倍率を制御する概念はない。このため、特許文献１に開示された技術を利用して、ＳＰＡＤによる検出感度を温度補償することは困難である。
【０００９】
本開示の一局面では、ＳＰＡＤを用いた光検出器において、ＳＰＡＤの検出感度、より具体的にはＳＰＡＤのフォトン検出感度、を温度補償できるようにすることが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本開示の一局面の光検出器（１Ａ〜１Ｆ）は、検出部（１０）と、モニタ用ＳＰＡＤ（１２）と、電流源（１４）と、電圧生成部（１８）とを備える。
検出部は、ＳＰＡＤ（２）を備え、ＳＰＡＤに逆バイアス電圧を印加して光検出を行うように構成されている。また、モニタ用ＳＰＡＤは、検出部を構成するＳＰＡＤと同様の特性を有するＳＰＡＤである。
【００１１】
電流源は、モニタ用ＳＰＡＤに定電流を供給することにより、モニタ用ＳＰＡＤをガイガーモードで動作させる。モニタ用ＳＰＡＤをガイガーモードで動作させると、その両端にブレイクダウン電圧が発生するので、電圧生成部は、そのブレイクダウン電圧から設定される基準ブレイクダウン電圧と、所定のエクセス電圧とに基づき、検出部のＳＰＡＤに印加する逆バイアス電圧を生成する。
【００１２】
この結果、検出部のＳＰＡＤには、フォトンが入射してブレイクダウンしたときのブレイクダウン電圧であると推定される基準ブレイクダウン電圧と所定のエクセス電圧とに基づき生成される、逆バイアス電圧が印加されることになる。
【００１３】
従って、ＳＰＡＤの温度変化によってブレイクダウン電圧が変化しても、エクセス電圧は略所定の一定電圧となり、ＳＰＡＤによるフォトンの検出感度を安定化させることができる。
【００１４】
つまり、ＳＰＡＤを利用する光検出器では、ＳＰＡＤにブレイクダウン電圧を超える逆バイアス電圧を印加し、ＳＰＡＤにフォトンが入射して、ＳＰＡＤがブレイクダウンしたときに流れる電流に基づき、検出信号を出力する。
【００１５】
一方、ＳＰＡＤのブレイクダウン電圧は温度により変化する。具体的には、ブレイクダウン電圧は、温度が高いほど高くなる。このため、ＳＰＡＤに印加する逆バイアス電圧を一定にしていると、逆バイアス電圧からブレイクダウン電圧を減じた余剰電圧であるエクセス電圧は、温度が高いほど低くなる。そして、ＳＰＡＤの検出感度は、エクセス電圧の電圧変化によって変化する。
【００１６】
そこで、本開示の光検出器では、モニタ用ＳＰＡＤを利用して、検出部のＳＰＡＤのブレイクダウン電圧を基準ブレイクダウン電圧として推定し、この基準ブレイクダウン電圧と所望のエクセス電圧とに基づき、逆バイアス電圧を設定するのである。
【００１７】
このため、本開示の光検出器によれば、検出部を構成するＳＰＡＤの検出感度を温度補償することができ、ＳＰＡＤの温度変化の影響を受けることなく、所望の検出感度で光検出を行うことができるようになる。
【００１８】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１実施形態の光検出器の構成を表すブロック図である。
【図２】第２実施形態の光検出器の構成を表すブロック図である。
【図３】第３実施形態の光検出器の構成を表すブロック図である。
【図４】第４実施形態の光検出器の構成を表すブロック図である。
【図５】第５実施形態の光検出器の構成を表すブロック図である。
【図６】第６実施形態の光検出器の構成を表すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
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、第１実施形態の光検出器１Ａは、複数のＳＰＡＤ２を備えた検出部１０と、検出部１０内のＳＰＡＤ２と同一構成で同様の特性を有するモニタ用ＳＰＡＤ１２とを備える。
【００２１】
ＳＰＡＤ２及びモニタ用ＳＰＡＤ１２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、検出部１０においては、複数のＳＰＡＤ２のアノードに、それぞれ、クエンチング抵抗４が直列接続されている。
【００２２】
クエンチング抵抗４は、ＳＰＡＤ２にフォトンが入射して、ＳＰＡＤ２がブレイクダウンしたときに、ＳＰＡＤ２に流れる電流により、電圧降下を発生して、ＳＰＡＤ２のガイガー放電を停止させるものである。なお、クエンチング抵抗４は、いわゆる一般的な受動素子である「抵抗」で構成してもよいし、「トランジスタ」のような能動素子で構成してもよい。
【００２３】
そして、検出部１０において、各ＳＰＡＤ２がブレイクダウンしてクエンチング抵抗４に電流が流れることによりクエンチング抵抗４の両端に発生する電圧は、それぞれ、各ＳＰＡＤ２に対応するパルス変換部６に入力される。
【００２４】
パルス変換部６は、対応するＳＰＡＤ２にフォトンが入射した際に、検出信号として、所定パルス幅のパルス信号を出力するためのものであり、クエンチング抵抗４の両端電圧が所定電圧以上であるときに「１」となるデジタルパルスを発生する。
【００２５】
ところで、検出部１０を動作させるには、各ＳＰＡＤ２に対し、順方向とは逆方向に、ブレイクダウン電圧よりも大きい逆バイアス電圧ＶＳＰＡＤを印加する必要がある。そして、逆バイアス電圧ＶＳＰＡＤを一定にしていると、温度によって各ＳＰＡＤ２の検出感度が変化してしまう。
【００２６】
そこで、本実施形態では、検出部１０と同様の環境下に置かれるモニタ用ＳＰＡＤ１２を使って、ＳＰＡＤ２のブレイクダウン電圧を、基準ブレイクダウン電圧ＶＢＤとして推定する。そして、その基準ブレイクダウン電圧ＶＢＤと所定のエクセス電圧ＶＥＸとに基づき、逆バイアス電圧ＶＳＰＡＤを生成し、検出部１０の各ＳＰＡＤ２のカソードに印加する。
【００２７】
このため、光検出器１Ａには、モニタ用ＳＰＡＤ１２に定電流を供給する電流源１４と、エクセス電圧ＶＥＸを発生する電圧源１６と、逆バイアス電圧ＶＳＰＡＤを生成する電圧生成部１８とが備えられている。
【００２８】
電圧生成部１８は、モニタ用ＳＰＡＤ１２のブレイクダウン電圧を基準ブレイクダウン電圧ＶＢＤとして、電圧源１６からのエクセス電圧ＶＥＸに加算し、逆バイアス電圧ＶＳＰＡＤを生成するよう構成されている。
【００２９】
なお、電圧生成部１８は、基準ブレイクダウン電圧ＶＢＤとエクセス電圧ＶＥＸとに基づき、エクセス電圧ＶＥＸがほぼ一定電圧となるように逆バイアス電圧ＶＳＰＡＤを生成できればよく、必ずしもこれら各電圧をそのまま加算するように構成する必要はない。
【００３０】
次に、電流源１４は、モニタ用ＳＰＡＤ１２のブレイクダウン電圧に比べて充分高い電源電圧ＶＢ  を受けて、モニタ用ＳＰＡＤ１２に一定電流ＩＳＰＡＤを供給することにより、モニタ用ＳＰＡＤ１２をガイガーモードで動作させるものである。
【００３１】
なお、モニタ用ＳＰＡＤ１２は、検出部１０内のＳＰＡＤ２のようにクエンチング抵抗は接続されておらず、一旦ブレイクダウンすると電流を流し続けるように構成されている。
このため、電圧生成部１８には、常に、モニタ用ＳＰＡＤ１２の温度に応じて変化する基準ブレイクダウン電圧ＶＢＤが入力されることになる。そして、モニタ用ＳＰＡＤ１２は検出部１０を構成するＳＰＡＤ２と同様の特性であるため、基準ブレイクダウン電圧ＶＢＤは、ＳＰＡＤ２のブレイクダウン電圧に対応する。
【００３２】
従って、検出部１０内の各ＳＰＡＤ２のカソードには、常に、各ＳＰＡＤ２のブレイクダウン電圧に対応した基準ブレイクダウン電圧ＶＢＤに所定のエクセス電圧ＶＥＸを加算した電圧が、逆バイアス電圧ＶＳＰＡＤとして印加されることになる。
【００３３】
よって、本実施形態の光検出器１Ａにおいて、検出部１０内の各ＳＰＡＤ２の検出感度は、温度変化の影響を受けることなく、エクセス電圧ＶＥＸに対応した一定の検出感度となる。従って、本実施形態によれば、検出部１０を構成する各ＳＰＡＤ２の検出感度を温度補償することができ、温度によって検出精度が変化するのを抑制できる。
【００３４】
なお、モニタ用ＳＰＡＤ１２は、外部から光が入射するように構成されていてもよいが、図１に点線で示すように、モニタ用ＳＰＡＤ１２に光が入射するのを阻止する遮光膜１３を設けるようにしてもよい。
【００３５】
このようにしても、モニタ用ＳＰＡＤ１２は、ノイズによってブレイクダウンするので、基準ブレイクダウン電圧ＶＢＤを電圧生成部１８に入力することができる。また、この場合、基準ブレイクダウン電圧ＶＢＤがモニタ用ＳＰＡＤ１２に入射する光の影響を受けて変化することがないので、電圧生成部１８において逆バイアス電圧ＶＳＰＡＤをより安定して生成することができる。
【００３６】
また、モニタ用ＳＰＡＤ１２は、例えば、検出部１０の裏側に配置することで、モニタ用ＳＰＡＤ１２に入射する光が、検出部１０に入射する光と比較して、少なくなるようにしてもよい。このようにしても、モニタ用ＳＰＡＤ１２に遮光膜１３を設けた場合と略同様の効果を得ることができる。
［第２実施形態］
図２に示すように、第２実施形態の光検出器１Ｂは、基本構成は第１実施形態の光検出器１Ａと同様であり、第１実施形態と異なる点は、スイッチ２２と電圧記憶部２４が追加されている点である。
【００３７】
そこで、本実施形態では、第１実施形態と同様の構成については、図面に同一符号を付与することで詳細な説明は省略し、第１実施形態との相違点について説明する。
図２に示すように、スイッチ２２は、電流源１４からモニタ用ＳＰＡＤ１２への通電経路に設けられ、光検出器１Ｂを利用する距離測定装置２０からの測距動作信号に従い、通電経路を導通・遮断するためのものである。
【００３８】
そして、スイッチ２２は、距離測定装置２０が検出部１０からの検出信号に基づき距離測定を行っているときに、オフ状態になり、距離測定装置２０が距離測定を停止しているときにオン状態となる。
【００３９】
従って、モニタ用ＳＰＡＤ１２は、距離測定装置２０が距離測定を停止しているときに、電流源１４から電流が供給されて、ブレイクダウンすることになる。
このため、電圧記憶部２４は、距離測定装置２０からの測距動作信号に従い、距離測定装置２０が距離測定を停止しているときに、モニタ用ＳＰＡＤ１２のブレイクダウン電圧を基準ブレイクダウン電圧ＶＢＤとして設定し、記憶するよう構成されている。
【００４０】
そして、電圧記憶部２４は、距離測定装置２０が距離測定を開始すると、記憶した基準ブレイクダウン電圧ＶＢＤを電圧生成部１８に出力することで、電圧生成部１８に最新の基準ブレイクダウン電圧ＶＢＤに対応した逆バイアス電圧ＶＳＰＡＤを生成させる。
【００４１】
なお、電圧記憶部２４による基準ブレイクダウン電圧ＶＢＤの記憶は、例えば、コンデンサ等への充電により基準ブレイクダウン電圧ＶＢＤを記憶素子にラッチさせるか、或いは、基準ブレイクダウン電圧ＶＢＤを数値化してメモリに記憶させることにより行われる。
【００４２】
このように、本実施形態の光検出器１Ｂによれば、外部装置である距離測定装置２０が距離測定を停止しているときに、モニタ用ＳＰＡＤ１２を動作させる。このため、検出部１０が測距動作に使用されているときには、モニタ用ＳＰＡＤ１２の動作を停止させることができ、モニタ用ＳＰＡＤ１２に流れる電流によって光検出器１Ｂの消費電力が上昇するのを抑制できる。
【００４３】
なお、距離測定装置２０は、例えば車両に搭載されて、進行方向前方に距離測定用の光を照射し、その反射光から、車両前方に存在する障害物までの距離を測定するためのものであり、本実施形態の検出部は、反射光を受光するのに利用される。
【００４４】
そして、本実施形態では、距離測定装置２０からの動作信号に従い、スイッチ２２及び電圧記憶部２４の動作が切り替えられるものとして説明したが、スイッチ２２及び電圧記憶部２４の動作を切り替えるものは、距離測定装置２０に限定されるものではない。つまり、スイッチ２２及び電圧記憶部２４は、検出部１０からの検出信号を利用する外部装置からの指令に応じて動作するようにしてもよい。
［第３実施形態］
図３に示すように、第３実施形態の光検出器１Ｃは、基本構成は第１実施形態の光検出器１Ａと同様であり、第１実施形態と異なる点は、複数のモニタ用ＳＰＡＤ１２-１，１２-２，…，１２-ｎと、基準ブレイクダウン電圧ＶＢＤの演算・選択部３０を備えた点である。?
そこで、本実施形態では、第１実施形態と同様の構成については、図面に同一符号を付与することで詳細な説明は省略し、第１実施形態との相違点について説明する。
【００４５】
図３に示すように、電流源１４は、複数のモニタ用ＳＰＡＤ１２-１，１２-２，…，１２-ｎをガイガーモードで動作させるために、一つのモニタ用ＳＰＡＤに供給すべき電流ＩＳＰＡＤのｎ倍の電流を供給するように構成されている。そして、その供給電流は、複数のモニタ用ＳＰＡＤ１２-１，１２-２，…，１２-ｎに分配され、各モニタ用ＳＰＡＤ１２-１，１２-２，…，１２-ｎはガイガーモードで動作する。
【００４６】
また、各モニタ用ＳＰＡＤ１２-１，１２-２，…，１２-ｎのブレイクダウン電圧ＶＢＤ１  ，ＶＢＤ２  ，…，ＶＢＤｎ  は、演算・選択部３０に入力され、演算・選択部３０にて電圧生成部１８に入力する基準ブレイクダウン電圧ＶＢＤを生成するのに利用される。
【００４７】
そして、演算・選択部３０は、複数のブレイクダウン電圧ＶＢＤ１  ，ＶＢＤ２  ，…，ＶＢＤｎ  の中から、予め設定された最小値、最大値、中央値を選択するか、或いは、平均値を演算することで、電圧生成部１８に入力する基準ブレイクダウン電圧ＶＢＤを生成する。
【００４８】
これは、モニタ用ＳＰＡＤ１２をＳＰＡＤ２と同一特性になるように構成しても、特性のバラツキを無くすことはできず、モニタ用ＳＰＡＤ１２の特性のバラツキが大きいと、適正な基準ブレイクダウン電圧ＶＢＤを、電圧生成部１８に入力できないからである。
【００４９】
つまり、本実施形態では、電圧生成部１８に入力する基準ブレイクダウン電圧ＶＢＤを、複数のモニタ用ＳＰＡＤ１２を使って生成することで、モニタ用ＳＰＡＤ１２にバラツキの大きいものがあっても、適正な基準ブレイクダウン電圧ＶＢＤを生成できるようにしている。
【００５０】
このため、本実施形態によれば、電圧生成部１８において、より適正な逆バイアス電圧ＶＳＰＡＤを生成することができるようになり、検出部１０内のＳＰＡＤ２の検出感度をより良好に温度補償することができる。
【００５１】
なお、演算・選択部３０は、複数のブレイクダウン電圧ＶＢＤ１  ，ＶＢＤ２  ，…，ＶＢＤｎ  を使って、より適正な基準ブレイクダウン電圧ＶＢＤを生成するためのものであるので、一般的には、複数の中から中央値を選択するようにするとよい。
［第４実施形態］
図４に示すように、第４実施形態の光検出器１Ｄは、基本構成は第１実施形態の光検出器１Ａと同様であり、第１実施形態と異なる点は、電圧生成部１８にて基準ブレイクダウン電圧ＶＢＤに加算されるエクセス電圧ＶＥＸを設定する、電圧制御部４０を備えた点である。
【００５２】
そこで、本実施形態では、第１実施形態と同様の構成については、図面に同一符号を付与することで詳細な説明は省略し、第１実施形態との相違点について説明する。
図３に示すように、電圧制御部４０は、電圧生成部１８に入力される基準ブレイクダウン電圧ＶＢＤを取り込み、その基準ブレイクダウン電圧ＶＢＤに基づき、エクセス電圧ＶＥＸを設定するように構成されている。
【００５３】
これは、ＳＰＡＤ２は温度によって特性が変化することから、検出感度を所望の検出感度に制御するには、エクセス電圧ＶＥＸも温度に応じて調整したほうが良いことも考えられるためである。
【００５４】
つまり、本実施形態では、基準ブレイクダウン電圧ＶＢＤを、ＳＰＡＤ２の温度の検出信号として利用し、電圧生成部１８にて逆バイアス電圧ＶＳＰＡＤを生成するのに用いるエクセス電圧ＶＥＸを温度に応じて設定するのである。
【００５５】
この結果、本実施形態の光検出器１Ｄにおいても、上記各実施形態の光検出器１Ａ〜１Ｃと同様、検出部１０を構成する各ＳＰＡＤ２の検出感度を温度補償することができ、温度によって検出精度が変化するのを抑制できる。
【００５６】
なお、電圧制御部４０は、例えば、基準ブレイクダウン電圧ＶＢＤを抵抗分圧することで、エクセス電圧ＶＥＸを、基準ブレイクダウン電圧ＶＢＤに比例して変化させる、抵抗分圧回路にて構成することが考えられる。
［第５実施形態］
図５に示すように、第５実施形態の光検出器１Ｅは、基本構成は第１実施形態の光検出器１Ａと同様であり、第１実施形態と異なる点は、検出部１０の構成と、出力判定部５０及び閾値制御部５２を備えた点である。
【００５７】
そこで、本実施形態では、第１実施形態と同様の構成については、図面に同一符号を付与することで詳細な説明は省略し、第１実施形態との相違点について説明する。
検出部１０は、複数のＳＰＡＤ２を格子状に配置することにより、所謂受光アレイとして構成されている。
【００５８】
なお、検出部１０に設けられる複数のＳＰＡＤ２には、図１に示したものと同様、クエンチング抵抗４及びパルス変換部６が接続されており、各ＳＰＡＤ２にフォトンが入射することにより、ブレイクダウンが発生すると、検出信号として、パルス変換部６からデジタルパルスが出力される。
【００５９】
出力判定部５０は、検出部１０を構成する複数のＳＰＡＤ２から、パルス変換部６を介してそれぞれ出力される検出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、検出部１０にて光が検出されたと判定する。
【００６０】
これは、ＳＰＡＤ２は、ノイズによりブレイクダウンして、パルス変換部６を介して検出信号を出力することがあるためである。つまり、出力判定部５０は、検出部１０を光検出用の一つの画素として利用し、検出部１０を構成する複数のＳＰＡＤ２のうち、検出信号を出力したＳＰＡＤ２の数が閾値以上であるときに、検出部１０にて光が検出されたと判定するのである。
【００６１】
そして、出力判定部５０は、検出部１０にて光が検出されたと判断すると、その旨を表すトリガ信号を出力する。
一方、閾値制御部５２は、出力判定部５０が判定に用いる閾値を、モニタ用ＳＰＡＤ１２のブレイクダウン電圧に基づき設定する。
【００６２】
これは、本実施形態では、基準ブレイクダウン電圧ＶＢＤに所定のエクセス電圧ＶＥＸを加算することで、検出部１０の各ＳＰＡＤ２に印加する逆バイアス電圧ＶＳＰＡＤを生成するので、各ＳＰＡＤ２の動作電圧が変化するためである。
【００６３】
つまり、基準ブレイクダウン電圧ＶＢＤに所定のエクセス電圧ＶＥＸを加算することで逆バイアス電圧ＶＳＰＡＤを設定すると、各ＳＰＡＤ２の検出感度が温度によって低下するのを抑制できるものの、ＳＰＡＤ２への印加される逆バイアス電圧ＶＳＰＡＤが変化する。そして、逆バイアス電圧ＶＳＰＡＤが増加すると、ＳＰＡＤ２に流れる暗電流が増加し、この暗電流によって、ＳＰＡＤ２がブレイクダウンし易くなる。
【００６４】
そこで、本実施形態では、ＳＰＡＤ２が暗電流により誤動作し易くなっても、検出部１０による光の検出精度が低下するのを抑制するため、基準ブレイクダウン電圧ＶＢＤに応じて、閾値を設定するのである。
【００６５】
なお、温度上昇に伴い基準ブレイクダウン電圧ＶＢＤが高くなると、逆バイアス電圧ＶＳＰＡＤも上昇して、ＳＰＡＤ２が誤動作し易くなるので、閾値制御部５２は、基準ブレイクダウン電圧ＶＢＤが高くなると、閾値を増加させるように構成すればよい。
［第６実施形態］
第1〜第５実施形態の光検出器１Ａ〜１Ｅでは、検出部１０は、各ＳＰＡＤ２のアノードにクエンチング抵抗４が接続されていて、各ＳＰＡＤ２のアノードとクエンチング抵抗４との接続点からパルス変換部６を介して検出信号を出力するように構成されている。
【００６６】
このため、電圧生成部１８は、基準ブレイクダウン電圧ＶＢＤと所定のエクセス電圧ＶＥＸとを加算することで、各ＳＰＡＤ２のアノードよりも高電位となる逆バイアス電圧ＶＳＰＡＤを生成し、各ＳＰＡＤ２のカソードに印加するように構成される。例えば、ＳＰＡＤ２のアノードが負電位とならないために、逆バイアス電圧ＶＳＰＡＤは正電位が好適である。
【００６７】
これに対し、本実施形態の光検出器１Ｆでは、図６に示すように、検出部１０は、各ＳＰＡＤ２のカソードにクエンチング抵抗４が接続されており、検出信号は、各ＳＰＡＤ２のカソードとクエンチング抵抗４との接続点からパルス変換部６を介して出力される。
【００６８】
このため、検出部１０においては、クエンチング抵抗４を介してＳＰＡＤ２のカソードに電源電圧ＶＢ が印加されており、ＳＰＡＤ２をガイガーモードで動作させるには、ＳＰＡＤ２のアノードの電位を、カソードよりも逆バイアス電圧だけ低くする必要がある。
【００６９】
そこで、本実施形態では、検出部１０のＳＰＡＤ２と同様、モニタ用ＳＰＡＤ１２のカソードに電源電圧ＶＢ  が印加されており、電流源１４は、モニタ用ＳＰＡＤ１２のアノードに接続され、アノードからグラウンドへと電流を流すようにされている。
【００７０】
そして、電圧生成部１８は、モニタ用ＳＰＡＤ１２のアノードから、電源電圧ＶＢ  よりも低い負の基準ブレイクダウン電圧−ＶＢＤを取り込み、これに、電圧源１６の負極側から得られる負のエクセス電圧−ＶＥＸを加算するように構成されている。
【００７１】
この結果、電圧生成部１８においては、負の基準ブレイクダウン電圧−ＶＢＤと負のエクセス電圧−ＶＥＸとを加算することにより、ＳＰＡＤ２のカソードよりも低電位となる逆バイアス電圧−ＶＳＰＡＤが生成される。そして、その生成された逆バイアス電圧−ＶＳＰＡＤが、検出部１０内の各ＳＰＡＤ２のアノードに印加される。例えば、ＳＰＡＤ２のカソードが負電位とならないために、逆バイアス電圧−ＶＳＰＡＤは負電位が好適である。
【００７２】
従って、本実施形態においても、検出部１０内の各ＳＰＡＤ２のカソード−アノード間には、基準ブレイクダウン電圧ＶＢＤにエクセス電圧ＶＥＸを加算した逆バイアス電圧ＶＳＰＡＤが印加されることになり、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００７３】
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１実施形態において、モニタ用ＳＰＡＤ１２に、光が入射するのを阻止する遮光膜１３を設けてもよいことを説明したが、第２実施形態〜第５実施形態においても、モニタ用ＳＰＡＤ１２に遮光膜１３を設けて、遮光するようにしてもよい。また、モニタ用ＳＰＡＤ１２を遮光する場合、必ずしも遮光膜１３を設ける必要はなく、モニタ用ＳＰＡＤ１２に光が入射するのを防止できればよい。
【００７４】
また、上記各実施形態では、検出部１０には、複数のＳＰＡＤ２が設けられるものとして説明したが、検出部１０に一つのＳＰＡＤ２が設けられる場合であっても、上記各実施形態のように構成すれば、検出部１０による検出感度が低下するのを抑制できる。
【００７５】
また、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、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。
【符号の説明】
【００７６】
１Ａ〜１Ｆ…光検出器、２…ＳＰＡＤ、１０…検出部、１２…モニタ用ＳＰＡＤ、１４…電流源、１８…電圧生成部。
【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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【図６】
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