(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光素子と、
上記受光素子に対して直列に接続された抵抗と、
上記受光素子および上記抵抗に対して直列に接続された電流源と、
上記抵抗の抵抗値を外乱光の交流成分に応じて制御し、上記電流源の電流値を外乱光の直流成分に応じて制御する制御部と、
を備えていることを特徴とする光センサ。
【請求項２】
上記受光素子は、逆バイアス電圧が印加されることによりガイガーモードで動作するフォトダイオードである
ことを特徴とする請求項１に記載の光センサ。
【請求項３】
上記受光素子とは異なる他の受光素子をさらに備えており、
上記外乱光は、上記他の受光素子が受光したものである
ことを特徴とする請求項１または２に記載の光センサ。
【請求項４】
上記他の受光素子は、逆バイアス電圧が印加されることによりリニアモードで動作するフォトダイオードである
ことを特徴とする請求項３に記載の光センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外乱光耐性を改善した光センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光通信や飛行時間計測（ＴＯＦ）において、微弱光を高速に検出する受光素子として、フォトダイオードの雪崩増幅（アバランシェ）効果を利用したアバランシェフォトダイオードが用いられている。アバランシェフォトダイオードは、降伏電圧（ブレークダウン電圧）未満の逆バイアス電圧を印加すると、リニアモードとして動作し、受光量に対して正の相関を有するように出力電流が変動する。一方、アバランシェフォトダイオードは、降伏電圧以上の逆バイアス電圧を印加すると、ガイガーモードとして動作する。ガイガーモードのアバランシェフォトダイオードは、単一フォトンの入射であってもアバランシェ現象を起こすので、大きな出力電流が得られる。このため、ガイガーモードのアバランシェフォトダイオードは、シングルフォトンアバランシェダイオード（ＳＰＡＤ：Single Photon Avalanche Diode）と呼ばれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−８１２５４号公報（２０１４年５月８日公開）
【特許文献２】特開２０１０−２８３４０号公報（２０１０年２月４日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
アバランシェフォトダイオードは、上記のガイガーモードにおいて、微弱光を検出できるものの、信号光以外の外乱光成分が受光部に入射した場合、信号光と、外乱光とを判別できず、信号光を正確に検出することができない。
【０００５】
そこで、外乱光に対する耐性（以下、外乱光耐性と呼ぶ）を向上させるために、特許文献１には、参照受光手段の受光量に応じて受光感度を制御することが記載されている。同文献では、アバランシェフォトダイオードへのバイアス電圧を変化させることにより受光感度を制御することが示されている。
【０００６】
しかし、逆バイアス電圧が降伏電圧の近傍である場合には、逆バイアス電圧の微小な変化に対して、受光感度が大きく変化するので、感度制御が困難である。また、ガイガーモードにおいては、受光量に対して線形的に受光感度が変動しないので、外乱光に対して適正な受光感度を設定できない。したがって、特許文献１の技術では、十分な外乱光耐性は得られない。
【０００７】
また、特許文献２には、光受信器において、光電気変換回路により光入力信号から変換された電気信号の交流電圧成分を直流電圧成分に変換することが記載されている。同文献には、さらに、電流引き抜き回路を用いて、当該直流電圧成分に応じた電圧を、光電気変換回路に供給することが示されている。これにより、外乱光の交流成分に応じて電気信号を調整できるものの、外乱光の直流成分に応じて電気信号を調整することが難しい。したがって、特許文献２の技術を用いたとしても、十分な外乱光耐性を得ることができないという問題がある。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、光センサの外乱光耐性を改善する技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る光センサは、受光素子と、上記受光素子に対して直列に接続された抵抗と、上記受光素子および上記抵抗に対して直列に接続された電流源と、上記抵抗の抵抗値を外乱光の交流成分に応じて制御し、上記電流源の電流値を外乱光の直流成分に応じて制御する制御部と、を備えている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の一態様によれば、光センサの外乱光耐性を改善することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態１に係る光センサの構成を示す回路図である。
【図２】本発明の実施形態２に係る２個の光センサの構成を示す回路図である。
【図３】本発明の実施形態２に係る、制御部が外乱光を検出して信号光の検出精度を上げる実施例を示すグラフである。（ａ）は、発光素子の光源信号の波形を示すグラフである。（ｂ）は、光センサにおけるガイガーモード出力信号の波形を示すグラフである。（ｃ）は、光センサにおけるリニアモード出力信号の波形を示すグラフである。
【図４】本発明の実施形態３に係る、フォトダイオードの配置を示す配置図である。（ａ）は、左上のフォトダイオードをリニアモードに設定した場合の配置図である。（ｂ）は、左上のフォトダイオードをガイガーモードに設定した場合の配置図である。
【図５】本発明の実施形態１に係るフォトダイオードの構成を示す断面図である。
【図６】本発明の実施形態１に係る、制御部が信号光を正確に検出する実施例を示すグラフである。（ａ）は、光源信号の波形を示すグラフである。（ｂ）は、電位Ｖ１を補正する前のトランジスタ１５への出力信号の波形を示すグラフである。（ｃ）は、電位Ｖ１を補正した後のトランジスタ１５への出力信号の波形を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。ただし、この実施形態に記載されている構成は、特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【００１３】
〔実施形態１〕
〈光センサの構成〉
まず、本発明の実施形態１に係る光センサ１について、図１を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る光センサ１の構成を示す回路図である。光センサ１は、信号光の受光に伴って、電圧を出力する機器であり、図１に示すように、フォトダイオード１１、クエンチング抵抗１２、スイッチ１３、可変電流源１４、トランジスタ１５、および、制御部１６を備えている。
【００１４】
フォトダイオード１１は、受光素子であり、アバランシェフォトダイオードが用いられる。光センサ１において、フォトダイオード１１は、その両端に降伏電圧以上の逆バイアス電圧が印加されることによりガイガーモードで動作する。なお、逆バイアス電圧は、高電位ＨＶと、電位Ｖ１との間の電位差からクエンチング抵抗１２による電圧降下を差し引いたものとして定まる。
【００１５】
本発明の実施形態１に係るフォトダイオード１１の構成について、図５を参照して説明する。図５は、本実施形態に係るフォトダイオード１１の構成を示す断面図である。図５に示すように、フォトダイオード１１は、ＰＮ接合で構成される。すなわち、Ｐ層１１１がＮ層１１２の上に形成され、Ｎ層１１２がＰ基板１１３の上に形成される。Ｐ層１１１は、Ｐ形半導体の層であり、アノード電極ＡＮに接続される。Ｎ層１１２は、Ｎ形半導体の層であり、カソード電極ＣＡに接続される。Ｎ＋は、Ｎ層１１２のうち、Ｎ形不純物の濃度が高い箇所を示す。Ｐ基板１１３は、シリコン基板であり、接地電極ＧＮＤに接続される。
【００１６】
なお、本発明の実施形態２に係るフォトダイオード２１、および、本発明の実施形態３に係るフォトダイオード３１も同様の構造を有する。
【００１７】
クエンチング抵抗１２は、フォトダイオード１１からの電流を停止するように動作する抵抗である。クエンチング抵抗１２は、互いに並列に接続された複数の抵抗がフォトダイオード１１に対して直列に接続されることによって構成される。スイッチ１３は、オンオフの切替スイッチであり、フォトダイオード１１と、各クエンチング抵抗１２との間に介設され、制御部１６からの指示に応じて各クエンチング抵抗１２をフォトダイオード１１に接続するか否かを切り替える。したがって、各スイッチ１３のオンまたはオフの状態に応じて、クエンチング抵抗１２全体としての抵抗値が決まる。このようにクエンチング抵抗１２は可変抵抗として機能する。なお、各クエンチング抵抗１２にスイッチ１３が付随している構成は可変抵抗の一例であり、クエンチング抵抗１２は、制御部１６から制御可能な可変抵抗であればその他の構成であってもよい。
【００１８】
可変電流源１４は、電流値を変更することができる電流源であり、フォトダイオード１１、および、クエンチング抵抗１２に対して直列に接続される。可変電流源１４は、制御部１６からの指示に応じて、自身に流れる電流値を変更する。トランジスタ１５は、電界効果トランジスタであり、ガイガーモードで動作するフォトダイオード１１の出力電流による電位Ｖ１と、接地電位Ｖ０との間の電位差に応じてスイッチング動作を行う。以下、トランジスタ１５によりスイッチング動作し、デジタル駆動を行う出力電圧を、ガイガーモード出力信号♯１と呼ぶ。
【００１９】
制御部１６は、スイッチ１３に接続され、スイッチ１３への指示によりクエンチング抵抗１２の抵抗値を外乱光の交流成分に応じて制御する。また、制御部１６は、可変電流源１４に接続され、可変電流源１４への指示により可変電流源１４が出力する電流値を外乱光の直流成分に応じて制御する。
【００２０】
〈光センサの動作〉
逆バイアス電圧が印加されたフォトダイオード１１に光が入射すると、アバランシェ増幅が発生して、フォトダイオード１１からクエンチング抵抗１２に電流が出力される。これにより、電位Ｖ１と、接地電位Ｖ０との間に電位差が発生する。この電位差は、クエンチング抵抗１２における、フォトダイオード１１からの電流量と、可変電流源１４からの電流値との差に応じて変動し得る。その電位差がトランジスタ１５の閾値電圧を超えるとデジタル信号に変換されて、ガイガーモード出力信号♯１として出力される。ただし、フォトダイオード１１に外乱光が入射すると、フォトダイオード１１の受光感度が変動することにより、トランジスタ１５の閾値電圧を越えた状態となり、信号光に対して、スイッチング動作ができなくなる。
【００２１】
そこで、本実施形態では、図１に示すように、制御部１６が、外乱光の受光量に応じて、クエンチング抵抗１２の抵抗値、および、可変電流源１４の電流値を変更することにより、フォトダイオード１１の出力電圧（ガイガーモード出力信号♯１）を安定させる。
【００２２】
より具体的には、外乱光の交流成分の波高値に応じてクエンチング抵抗１２の抵抗値を変更することにより、フォトダイオード１１の出力電圧から外乱光の交流成分を低減させることができる。
【００２３】
また、可変電流源１４は、電流値に対する抵抗値の変動が少ないので、外乱光の直流成分に応じて可変電流源１４の電流値を変更し、当該電流値の電流をクエンチング抵抗１２に出力する。これにより、フォトダイオード１１の出力電流から外乱光の直流成分に応じた電流を差し引くことになるので、フォトダイオード１１の出力電圧から外乱光の直流成分を低減させることができる。
【００２４】
なお、可変電流源１４が電流値に対する抵抗値の変動が少ないことに関して、以下に説明する。すなわち、可変電流源１４をＣＭＯＳトランジスタで構成すると、トランジスタの抵抗成分Ｒｓは、Ｒｓ＝１／{２√（ｋＩ）}（ｋ＝１５．５×１０−６［ただし、トランジスタサイズにより変動］、Ｉ＝電流値）で表される。例えば、Ｉ＝０．１ｍＡ時にＲｓ＝１２．７ｋΩとなり、Ｉ＝１ｍＡ時にはＲｓ＝４ｋΩとなる。つまり、電流値が１０倍に増加しても、抵抗値は約１／３倍に減少することになる。したがって、受光信号がクエンチング抵抗１２に入力した時のクエンチング効果に対する、可変電流源１４の影響は小さくなる。
【００２５】
〈信号光検出の実施例〉
次に、本発明の実施形態１に係る、信号光を正確に検出する方法の実施例について、図６を参照して説明する。図６（ａ）は、光源信号の波形を示すグラフである。図６（ｂ）は、電位Ｖ１を補正する前のトランジスタ１５への出力信号の波形を示すグラフである。図６（ｃ）は、電位Ｖ１を補正した後のトランジスタ１５への出力信号の波形を示すグラフである。この方法では、受光信号の信号検出レベルをトランジスタ１５の閾値電圧に合わせる。
【００２６】
図６（ｂ）に示すように、電位Ｖ１補正前の信号に対しては、信号光成分だけでなく、外乱光の交流成分も含めて検出してしまう。
【００２７】
そこで、光源信号の入力時以外のタイミングにおいて、制御部１６は、外乱光の直流成分のレベル、および、交流成分のレベルを監視する。そして、外乱光の直流成分を検出した場合（外乱光の直流成分が、ある所定の閾値よりも大きいと判断した場合）、制御部１６は、可変電流源１４の電流量を増加させることにより、図６（ｃ）に示すように、電位Ｖ１、すなわち、トランジスタ１５への出力電圧を低減させる。これにより、外乱光の直流成分の検出を抑止することができる。
【００２８】
また、外乱光の交流成分を検出した場合（外乱光の交流成分が、ある所定の閾値よりも大きいと判断した場合）、制御部１６は、クエンチング抵抗１２の抵抗値を低減させることにより、図６（ｃ）に示すように、ゲインが向上し、光学設計差による信号光とノイズ光との振幅差が拡大し、電位Ｖ１、すなわち、トランジスタ１５への出力電圧を発生させる。これにより、信号光成分と、外乱光の交流成分とを判別することができる。なお、図１に示すフォトダイオード１１の出力電圧を複数加算すれば、信号光は同時検出確率が高くなることから、さらに信号光とノイズ光との振幅差を大きくすることができる。ただし、クエンチング抵抗１２の抵抗値を小さくすると、クエンチング完了（パルスオフ）の時間が長くなるため、トレードオフの観点から当該抵抗値を最適値に設定する。
【００２９】
〈効果〉
外乱光には直流成分だけでなく、例えば、室内の蛍光灯などのインバータ光による交流成分も存在する。これに対して、フォトダイオード１１の出力電圧から外乱光の直流成分、および、交流成分の両方を除去することにより、出力電圧を安定させて、信号光を正確に検出することができる。すなわち、光センサ１の外乱光耐性を改善することができる。
【００３０】
なお、光センサの外乱光耐性を改善することにより、レンズやパッケージフィルタの設計を容易にするとともに、光センサの室外等における使用範囲を広げることが可能になる。
【００３１】
〔実施形態２〕
〈光センサの構成〉
本発明の実施形態２に係る光センサは、図２に示す光センサ１ａおよび２を備えている。以下では、光センサ１ａおよび２について、図２を参照して説明する。図２は、本実施形態に係る光センサ１ａおよび２の構成を示す回路図である。図２に示すように、光センサ１ａは、信号光を受光し、受光量に応じた電圧を出力する機器であり、フォトダイオード１１、クエンチング抵抗１２、スイッチ１３、可変電流源１４、トランジスタ１５、制御部１６ａ、および、発光素子１７を備えている。フォトダイオード１１、クエンチング抵抗１２、スイッチ１３、可変電流源１４、および、トランジスタ１５の機能、接続に関しては、実施形態１と同様である。制御部１６ａに関しては、後述する。
【００３２】
発光素子１７は、検出対象物に対して発光する素子であり、受光素子のフォトダイオード１１に隣接して配置される。これに対して、フォトダイオード１１は、発光素子１７の光源から発せられた光が検出対象物に反射し、戻って来た光を信号光として受光する。発光素子１７は、例えば、検出対象物からの反射光の遅延時間を測定する場合に用いられる。
【００３３】
光センサ２は、外乱光を受光し、受光量に応じた電圧を出力する機器であり、フォトダイオード２１、抵抗２２、および、可変電流源２３を備えている。フォトダイオード２１は、受光素子であり、アバランシェフォトダイオードが用いられる。光センサ２において、フォトダイオード２１は、その両端に降伏電圧未満の逆バイアス電圧が印加されることによりリニアモードで動作する。なお、逆バイアス電圧は、低電位ＬＶと、電位Ｖ２との間の電位差から抵抗２２による電圧降下を差し引いたものとして定まる。
【００３４】
抵抗２２は、フォトダイオード２１に対して直列に接続され、固定の抵抗値を有する。可変電流源２３は、電流値を変更することができる電流源であり、フォトダイオード２１、および、抵抗２２に対して直列に接続される。可変電流源２３は、制御部１６ａからの指示に応じて、自身に流れる電流値を変更する。
【００３５】
〈光センサの動作〉
逆バイアス電圧が印加されたフォトダイオード２１に光が入射すると、受光量に追従した電流が、フォトダイオード２１から抵抗２２に出力される。これにより、電位Ｖ２と、接地電位Ｖ０との間に電位差が発生する。この電位差は、抵抗２２における、フォトダイオード２１からの電流値と、可変電流源２３からの電流値との差に応じて変動し得る。その電位差、すなわち、フォトダイオード２１の出力電圧がリニアモード出力信号♯２として出力される。
【００３６】
制御部１６ａは、トランジスタ１５により増幅された、光センサ１のフォトダイオード１１の出力電圧を、ガイガーモード出力信号♯１として取得する。また、制御部１６ａは、光センサ２のフォトダイオード２１の出力電圧をリニアモード出力信号♯２として取得する。そして、制御部１６ａは、そのリニアモード出力信号♯２を参照し、外乱光の交流成分と直流成分との比を検出する。制御部１６ａは、当該比の値により、クエンチング抵抗１２の目標抵抗値を演算し、当該目標抵抗値になるようにクエンチング抵抗１２の抵抗値を調整する。また、制御部１６ａは、当該比の値により、可変電流源１４の目標電流値を演算し、当該目標電流値になるように可変電流源１４の電流値を調整する。
【００３７】
さらに、制御部１６ａは、リニアモード出力信号♯２に外乱光の直流成分が含まれている場合、可変電流源２３の電流量を増加させることにより、電位Ｖ２、すなわち、リニアモード出力信号♯２の電圧を低減させる。これにより、外乱光の直流成分の検出を抑止することができる。
【００３８】
〈効果〉
光センサ１ａにおいて、フォトダイオード１１をガイガーモードで用いる場合に、外乱光や電気ノイズの交流成分等により、信号光の受信感度が変動する可能性がある。そこで、外乱光の交流成分および直流成分の比を検出して、クエンチング抵抗１２の抵抗値、および、可変電流源１４の電流値を演算し、または、当該抵抗値、および、当該電流値にフィードバックする。これにより、フォトダイオード１１の出力電圧から外乱光成分を除去することにより、信号光を正確に検出することができる。すなわち、光センサ１ａの外乱光耐性を改善することができる。
【００３９】
〈実施例〉
次に、本発明の実施形態２に係る、制御部１６ａが外乱光を検出して信号光の検出精度を上げる実施例について、図３を参照して説明する。図３（ａ）は、発光素子１７の光源信号の波形を示すグラフである。図３（ｂ）は、光センサ１ａにおけるガイガーモード出力信号♯１の波形を示すグラフである。図３（ｃ）は、光センサ２におけるリニアモード出力信号♯２の波形を示すグラフである。
【００４０】
なお、図３（ｂ）のグラフにおいては、便宜的にガイガーモード出力信号♯１の波形をパルス波形として図示している。ただし、ガイガーモード出力信号♯１の波形は、正確には、枠ＦＲ内に示すように、細い幅の波形を並べたような形状になる。このような波形は、フォトダイオード１１の電圧出力、および、クエンチング抵抗１２のクエンチングによって発生する。当該細い幅の波形の本数は、フォトダイオード１１の検出時間に応じて異なる。
【００４１】
図３（ａ）に示すように、発光素子１７が時刻ｔ１に光源から検出対象物に対して発光する。次に、図３（ｂ）に示すように、制御部１６ａは、時刻ｔ１から所定時間遅れて時刻ｔ２において、反射光である信号光に応じたガイガーモード出力信号♯１を検出する。そして、図３（ｃ）に示すように、制御部１６ａは、時刻ｔ２からさらに所定時間遅れて時刻ｔ３において、上記信号光に応じたリニアモード出力信号♯２を検出する。
【００４２】
同様に、図３（ａ）に示すように、発光素子１７が時刻ｔ４に光源から検出対象物に対して発光する。次に、図３（ｂ）に示すように、制御部１６ａは、時刻ｔ４から所定時間遅れて時刻ｔ５において、反射光である信号光に応じたガイガーモード出力信号♯１を検出する。そして、図３（ｃ）に示すように、制御部１６ａは、時刻ｔ５から所定時間遅れて時刻ｔ６において、上記信号光に応じたリニアモード出力信号♯２を検出する。
【００４３】
ここで、図３（ｃ）に示すように、制御部１６ａは、リニアモード出力信号♯２において時刻ｔ２に外乱光の交流成分を検出した場合、図３（ｂ）に示すように、ガイガーモード出力信号♯１における時刻ｔ２の信号がノイズによるものであると判定する。
【００４４】
一方、図３（ｃ）に示すように、制御部１６ａは、リニアモード出力信号♯２において時刻ｔ５に外乱光の交流成分を検出していない場合、図３（ｂ）に示すように、ガイガーモード出力信号♯１における時刻ｔ５の信号が検出すべき信号光であると判定する。
【００４５】
さらに、制御部１６ａは、リニアモード出力信号♯２において外乱光の直流成分を検出し、当該直流成分に応じて可変電流源１４の電流値を調整することにより、信号光を正確に検出することができる。
【００４６】
〔実施形態３〕
〈光センサの構成と動作〉
本発明の実施形態３に係る光センサは、アレイ状に配置された複数のフォトダイオードを備えており、ガイガーモードのフォトダイオードと、リニアモードのフォトダイオードとを交互に配置したものである。
【００４７】
本発明の実施形態３に係る、フォトダイオード３１の配置について、図４を参照して説明する。図４（ａ）は、左上のフォトダイオード３１ａをリニアモードに設定した場合の配置図である。図４（ｂ）は、左上のフォトダイオード３１ａをガイガーモードに設定した場合の配置図である。いずれの図にも、フォトダイオード３１が縦６個×横６個、合計３６個配置されている。
【００４８】
なお、リニアモードは、フォトダイオード３１の両端に降伏電圧未満の逆バイアス電圧を印加することにより設定される。また、ガイガーモードは、フォトダイオード３１の両端に降伏電圧以上の逆バイアス電圧を印加することにより設定される。各フォトダイオード３１に対する逆バイアス電圧の印加は、制御部１６ｂ（図示せず）によって制御される。
【００４９】
図４（ａ）に示すように、左上のフォトダイオード３１ａは、リニアモードに設定される。それに対して、フォトダイオード３１ａの右側に隣接するフォトダイオード３１ｂは、ガイガーモードに設定される。また、フォトダイオード３１ａの下側に隣接するフォトダイオード３１ｃは、ガイガーモードに設定される。そして、図４（ａ）に示すように、全体としては、ガイガーモードと、リニアモードとが、縦方向および横方向ともに交互に設定される。
【００５０】
一方、図４（ｂ）に示すように、左上のフォトダイオード３１ａは、ガイガーモードに設定される。それに対して、フォトダイオード３１ａの右側に隣接するフォトダイオード３１ｂ、リニアモードに設定される。また、フォトダイオード３１ａの下側に隣接するフォトダイオード３１ｃは、リニアモードに設定される。そして、図４（ｂ）に示すように、全体としては、ガイガーモードと、リニアモードとが、縦方向および横方向ともに交互に設定される。
【００５１】
制御部１６ｂは、各フォトダイオード３１の両端に印加する逆バイアス電圧の条件（すなわち、降伏電圧未満、または、降伏電圧以上）を、信号光の検出タイミング毎に、交互に切り替える。その結果、図４（ａ）の配置と、図４（ｂ）の配置とが、信号光の検出タイミング毎に切り替わる。
【００５２】
制御部１６ｂは、ガイガーモードのフォトダイオードに接続されるクエンチング抵抗の抵抗値、および、可変電流源の電流値を、当該フォトダイオードに隣接するリニアモードのフォトダイオードの受光量に応じて調整する。そして、制御部１６ｂは、ガイガーモードの各フォトダイオードの出力電圧を平均して、その平均値を信号光検出の出力電圧とする。なお、各フォトダイオードの出力電圧の平均値に限らず、重み付け平均による平均値であってもよい、他の演算値を信号光検出の出力電圧としてもよい。
【００５３】
〈効果〉
光は、屈折等により受光面内において均一に分布することはない。そこで、上記のように、ガイガーモードのフォトダイオードと、リニアモードのフォトダイオードとを交互に配置し、各フォトダイオードの出力電圧を用いて信号光検出の出力電圧を演算することにより、信号光の検出のばらつきを軽減することができる。そして、ガイガーモードのフォトダイオードにおいては、隣接するピクセルでの電子雪崩に誤反応して別の雪崩を引き起こすクロストーク現象が生じ得るが、ガイガーモードのフォトダイオードを一つ置きに配置することにより、クロストーク現象の発生を低減させることができる。
【００５４】
〔まとめ〕
本発明の態様１に係る光センサ（１）は、受光素子（１１）と、上記受光素子に対して直列に接続された抵抗と、上記受光素子および上記抵抗に対して直列に接続された電流源と、上記抵抗の抵抗値を外乱光の交流成分に応じて制御し、上記電流源の電流値を外乱光の直流成分に応じて制御する制御部と、を備えている。
【００５５】
上記の構成によれば、光センサの制御部は、抵抗の抵抗値を外乱光の交流成分に応じて制御し、電流源の電流値を外乱光の直流成分に応じて制御する。これにより、受光素子の出力電圧に含まれる外乱光成分を低減させることができる。したがって、光センサの外乱光耐性を改善することができる。
【００５６】
本発明の態様２に係る光センサは、上記態様１において、上記受光素子が、逆バイアス電圧が印加されることによりガイガーモードで動作するフォトダイオードであることとしてもよい。
【００５７】
上記の構成によれば、光センサの受光素子は、ガイガーモードで動作するフォトダイオードである。したがって、光が受光素子に入射することにより、大きな電流を得ることができる。
【００５８】
本発明の態様３に係る光センサは、上記態様１および２において、上記受光素子とは異なる他の受光素子をさらに備えており、上記外乱光は、上記他の受光素子が受光したものであることとしてもよい。
【００５９】
上記の構成によれば、光センサの制御部は、他の受光素子が受光した外乱光に応じて、抵抗の抵抗値、および、電流源の電流値を制御する。したがって、他の受光素子における外乱光の受光感度によって、光センサの外乱光耐性を改善することができる。
【００６０】
本発明の態様４に係る光センサは、上記態様３において、上記他の受光素子が、逆バイアス電圧が印加されることによりリニアモードで動作するフォトダイオードであることとしてもよい。
【００６１】
上記の構成によれば、光センサの他の受光素子は、リニアモードで動作するフォトダイオードである。したがって、外乱光の受光量に追従した電流を得られるので、光センサの外乱光耐性をさらに改善することができる。
【００６２】
本発明の態様５に係る光センサは、アレイ状に配置された複数のフォトダイオードを備えており、ある時点において、上記複数のフォトダイオードのうち一部のフォトダイオードは、ガイガーモードで動作し、当該一部のフォトダイオード以外の他のフォトダイオードは、リニアモードで動作する。
【００６３】
上記の構成によれば、光を検出するときに、ガイガーモードで動作する一部のフォトダイオードと、リニアモードで動作する他のフォトダイオードとを使い分けることができる。
【００６４】
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。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明は、光センサに利用することができる。
【符号の説明】
【００６６】
１  光センサ
１ａ  光センサ
２  光センサ
１１  フォトダイオード（受光素子）
１２  クエンチング抵抗（抵抗）
１４  可変電流源（電流源）
２１  フォトダイオード（他の受光素子）
３１  フォトダイオード（一部のフォトダイオード、他のフォトダイオード）
【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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