光检测器以及测距装置的制作方法

相关申请的交叉引用

本国际申请主张于2017年3月31日向日本国专利厅申请的日本国专利申请第2017－72504号的优先权，并在此引用其全部内容。

本公开涉及利用了雪崩效应的光检测器以及利用了该光检测器的测距装置。

背景技术：

以往，作为利用了雪崩效应的光检测器，已知有使雪崩光电二极管(以下，称为apd)以盖革模式进行动作来进行光检测的光检测器。

以盖革模式进行动作的apd被称为spad，通过施加比击穿电压高的电压作为反向偏压来进行动作。此外，spad是singlephotonavalanchediode：单光子雪崩二极管的省略。

若射入光子，并产生响应，则spad击穿，所以在spad设置有用于在响应后进行再充电的再充电控制部。再充电控制部是所谓的淬灭电阻，由电阻或者mosfet等半导体元件构成。

而且，再充电控制部根据通过spad的击穿流过的电流输出检测信号，并且根据由于该电流产生的电压下降，使spad的响应停止，使电荷再充电到spad。

另外，spad若在刚响应之后进行再充电，而能够进行光检测，则有由于陷入结晶缺陷等的载流子，而产生不依赖于光的射入的伪响应的情况，所以需要在响应后，设定一定的不敏感时间(以下，称为空载时间)。

但是，在将这种光检测器利用于车载雷达等测距装置的情况下，空载时间成为距离测定的响应性的降低的原因，而给予车载系统影响。

因此，在这种光检测器中，如专利文献1所记载的那样，利用多个spad构成光检测用的像素，每隔规定的测定时间，对进行响应的spad的数目进行计数，并在其数目在规定的阈值以上时，判断为光射入像素。

专利文献1：日本专利第5644294号公报

然而，在专利文献1所记载的光检测器中，在由于伪响应等噪声而多个spad随机地进行响应的通常时，在测定时间内进行响应的spad的数目较少，所以能够不受噪声的影响检测光的射入。

但是，发明者的详细的研究的结果发现了若多个spad同时进行响应，则其后进行伪响应的spad的数目增加，所以误检测光的射入，而检测精度降低这样的课题。

换句话说，例如在测距装置中，在朝向测定对象照射的光作为杂波射入光检测器的情况下，或者在从高反射物体向光检测器射入较强的反射光的情况下，有构成像素的多个spad同时进行响应的情况。

该情况下，多个spad在由于较强的光同时进行响应之后，许多的spad大致同时进行伪响应，所以由于该伪响应而误检测光输入，而检测精度降低。

技术实现要素：

本公开的一方面期望在具备了对光子的射入进行响应的多个spad的光检测器中，即使多个spad同时进行响应，也能够减少接下来进行伪响应的spad的数目，提高检测精度。

在本公开的一方面的光检测器中，具备具有构成为对光子的射入进行响应的spad的多个检测部。而且，多个检测部中的至少一个检测部构成为在spad对光子的射入进行响应之后，到下次能够进行响应为止的复原时间与多个检测部中的其它的至少一个检测部的spad的复原时间不同。

因此，即使对光检测器射入较强的光，而各检测部的spad同时进行响应，其后，也能够减少同时进行伪响应的spad的数目。因此，若使用本公开的光检测器根据进行响应的spad的数目检测光的射入，则能够抑制由于spad的伪响应而检测精度降低。

此外，权利要求书所记载的括号内的附图标记示出与作为一个方式后述的实施方式所记载的具体单元的对应关系，并不对本公开的技术范围进行限定。

附图说明

图1是表示第一实施方式的光检测器的概略结构的说明图。

图2是表示设置在第一实施方式的光检测器的检测部的构成的电路图。

图3是表示构成第一实施方式的检测部的spad的再充电状态的时序图。

图4是表示第二实施方式的组b的检测部的构成的电路图。

图5是表示构成第二实施方式的检测部的spad的再充电状态的时序图。

图6是表示构成第三实施方式的检测部的脉冲输出部的阈值和复原时间的时序图。

图7是表示第四实施方式的测距装置的构成的框图。

图8是表示测距装置中的照射定时和光检测器的驱动开始定时的时序图。

图9是表示通过光检测器的驱动电压使spad的再充电时间在驱动刚开始之后和响应后变化的状态的时序图。

图10是表示在光检测器的驱动开始后能够响应的spad的数目的变化的说明图，图10a示出使spad的复原定时不同时的spad的数目的变化，图10b示出使spad一齐复原时的spad的数目的变化。

具体实施方式

以下与附图一起对本公开的实施方式进行说明。

[第一实施方式]

如图1所示，本实施方式的光检测器1通过在纵向以及横向将检测光子的射入的多个检测部2配置为格子状，构成为构成一个像素的受光阵列。

如图2所示，各检测部2构成为具备spad4，若光子射入spad4，则作为其检测信号，从脉冲输出部8输出规定脉冲宽度的脉冲信号亦即数字脉冲vp。

而且，在光检测器1连接有对在大致同一时刻从各检测部2输出的脉冲信号的数目进行计数，在该计数值在规定的阈值以上时，判定为在由光检测器1构成的像素检测到光，并输出触发信号的输出判定部10。

接着，构成光检测器1的多个检测部2分为从对光子的射入进行响应，到下次能够进行响应为止的复原时间不同的两个组a、b。

各组a、b的检测部2a、2b的数目大致相同，并在光检测器1中接受光的受光面上以检测部2a、2b不会按照组a、b而偏向的方式分散地配置。具体而言，各检测部2a、2b在纵向以及横向上交替地配置，使它们不在受光面上在纵向以及横向连续，呈所谓的格子花纹。

接下来，使用图2对检测部2a、2b的构成进行说明。

如图2所示，两种的检测部2a、2b的基本构成相同，具备spad4、淬灭电阻6、以及脉冲输出部8。

spad4如上述那样是能够以盖革模式进行动作的apd，淬灭电阻6与对spad4的通电路径串联连接。

淬灭电阻6是在光子射入spad4，而spad4击穿时，利用在spad4流过的电流，产生电压下降，使spad4的盖革放电停止的元件，在本实施方式中，由mosfet构成。

因此，在本实施方式中，通过对构成淬灭电阻6的mosfet施加规定的栅极电压vg使mosfet导通，能够通过其导通电阻，使mosfet作为淬灭电阻6进行动作，对spad4施加反向偏压。另外，通过停止栅极电压vg的施加，能够遮断向spad4的通电路径，使spad4的动作停止。

接下来，淬灭电阻6的两端间电压输入到脉冲输出部8。脉冲输出部8构成为在根据淬灭电阻6的两端间电压检测到在spad4对光子的射入进行响应时流过的电流，且该电压在阈值电压以上时，作为检测信号输出数字脉冲vp。

另一方面，spad4的阳极经由淬灭电阻6与地线接地，阴极与电源线连接。因此，如图3所示，spad4的两端间电压vspad在光子射入spad4之前的初始状态下，成为与从电源线供给的电源电压vdd对应的初始电压。

这样在对spad4施加电压的状态下，若在图3所示的时刻t1光子射入spad4，则spad4击穿而在淬灭电阻6流过电流，在淬灭电阻6产生电压下降，所以两端间电压vspad暂时降低。而且，其后，由于经由淬灭电阻6对spad4再充电而两端间电压vspad上升，并复原到spad4能够对光子的射入进行响应的初始电压。

因此，spad4在对光子的射入进行了响应之后，到经由淬灭电阻6对电荷再充电为止，成为不对光子的射入进行响应的不敏感状态。而且，若该再充电所需要的再充电时间在构成光检测器1的全部的检测部2a、2b中相同，则从各检测部2对光子的射入进行响应开始，到下次能够进行响应为止的复原时间也相同。

其结果，有在多个检测部2a、2b的大部分进行响应那样的较强的光射入光检测器1时，在各检测部2a、2b中，在对较强的光进行响应之后，几乎同时产生伪响应的情况，该情况下，在输出判定部10中产生基于伪响应的误检测。

因此，在本实施方式中，如上述那样将构成光检测器1的多个检测部2分为两个组a、b，并如图3所示，在组a、b间，构成为构成检测部2a、2b的spad4的再充电时间tca、tcb不同。

具体而言，在本实施方式中，通过改变构成作为本公开的再充电控制部发挥作用的淬灭电阻6的mosfet的大小，使在mosfet流过的再充电电流在检测部2a和检测部2b中不同。

换句话说，在本实施方式中，通过改变构成淬灭电阻6的mosfet的饱和电流，控制再充电电流，使构成检测部2a、2b的spad4的再充电时间tca、tcb不同。

其结果，根据本实施方式的光检测器1，即使在光检测器1射入较强的光，而光检测器1内的多个spad4大致同时进行响应，也能够使其后在各组a、b的检测部2a、2b产生的伪响应的定时不同。因此，能够抑制由于构成光检测器1的多个spad4几乎同时进行伪响应，而在输出判定部10误检测为光的射入。

此外，如本实施方式那样在检测部2a和检测部2b将spad4的再充电时间设定为不同的时间并不一定需要使构成淬灭电阻6的mosfet为不同的大小，也可以如下述那样。

(1)在利用mosfet构成淬灭电阻6的情况下，能够利用mosfet的栅极电压vg调整其导通电阻，所以即使仅在检测部2a和检测部2b改变mosfet的栅极电压vg，也能够将再充电时间tca、tcb设定为不同的时间。

(2)如图2的虚线所示，淬灭电阻6能够由电阻器、布线电阻等电阻成分7构成。因此，此时，若在检测部2a和检测部2b中将该电阻成分7的电阻值设定为不同的值，则能够将再充电时间tca、tcb设定为不同的时间。

(3)虽然由mosfet或者电阻器构成的淬灭电阻6作为本公开的再充电控制部发挥作用，但经由该再充电控制部对spad4进行再充电所需要的电流量也根据图2的虚线所示的spad4，或再充电控制部的寄生电容c而变化。

因此，能够通过调整其寄生电容c，或者设置另外的电容器，来调整经由淬灭电阻6对spad4进行再充电所需要的电流量。

因此，通过利用寄生电容或者电容器的电容，在检测部2a和检测部2b中改变对spad4进行再充电所需要的电流量，也能够将再充电时间tca、tcb设定为不同的时间。

此外，也能够适当地组合使mosfet为不同的大小的构成、以及上述(1)～(3)的构成来进行实施。而且，若通过这些构成，变更再充电时间，则能够抑制spad4同时进行响应的可能，提高输出判定部10的检测精度。

另外，在本实施方式中，以构成光检测器1的检测部2分为两个组a、b，并按照组a、b，设定构成检测部2的spad4的再充电时间为例进行了说明。

但是，该分组是一个例子，例如也可以将检测部2分为更多的组，并按照组设定再充电时间，或者，也可以在构成光检测器1的全部的检测部2中，使spad4的再充电时间不同。

此外，无论在哪种情况下，将各检测部2分散配置为在相邻的检测部2间spad4的再充电时间不同即可。

[第二实施方式]

在上述的第一实施方式中，以通过使构成多个检测部2的spad4的再充电时间不同，来使从各检测部2对光子的射入进行响应，到下次能够进行响应为止的复原时间不同为例进行了说明。

但是，使复原时间不同并不一定需要使spad4的再充电时间不同，也可以使在spad4的响应后到开始再充电为止的时间不同。

因此，在第二实施方式中，与第一实施方式相同地将多个检测部2分为两个组a、b，且如图5所示，仅在组b的检测部2b中，若spad4进行响应，则其后使再充电的开始延迟一定时间t1。

具体而言，例如，如图4所示，在组b的检测部2b设置若从脉冲输出部8输出数字脉冲vp，则在该一定时间t1后，产生延迟脉冲v1的脉冲产生部9。

而且，通过对构成淬灭电阻6的mosfet的栅极施加来自该脉冲产生部9的延迟脉冲v1，开始spad4的再充电。

这样一来，仅在组b的检测部2b，spad4的响应后的再充电开始定时延迟。

因此，即使如上述那样构成光检测器，在检测部2a、2b间，spad4的响应后的再充电所需要的时间也不同，能够抑制检测部2a、2b的spad4在同时进行响应的可能。

因此，在本实施方式中，也能够抑制由于构成光检测器1的多个spad4几乎同时进行伪响应，而在输出判定部10误检测为光的射入。

此外，虽然在本实施方式中，以在组b的检测部2b设置使spad4的再充电开始定时延迟的脉冲产生部9为例进行了说明，但也可以在全部的检测部2设置脉冲产生部。

而且，该情况下，若将脉冲产生部9构成为在将多个检测部2分为三组以上的每一组，或者，在全部的检测部2中延迟时间t1不同，则能够更细致地使各检测部2的spad4的复原时间不同。

[第三实施方式]

在上述的第一、第二实施方式中，以通过使构成多个检测部2的spad4的再充电时间若者再充电开始时间不同，来使spad4本身的复原时间不同为例进行了说明。

但是，对于抑制输出判定部10对向光检测器1的光的射入进行误判定来说，只要能够抑制从各检测部2同时输出spad4的伪响应的检测信号即可，所以并不一定需要使spad4本身的复原时间不同。

换句话说，如图6所示，也可以在组a、b的检测部2a、2b中，将从spad4在时刻t1进行响应，而输出数字脉冲vp开始，但下次能够输出数字脉冲vp的时刻ta、tb为止的时间设定为不同的时间。

具体而言，分别将设置在组a、b的检测部2a、2b的脉冲输出部8的阈值电压vtha、vthb设定为不同的电压值。

若像这样构成，则能够抑制在检测部2a、2b中spad4同时进行响应，输出作为检测信号的数字脉冲vp，之后由于spad4的伪响应而同时从检测部2a、2b输出数字脉冲vp。

因此，在本实施方式中，也能够抑制由于构成光检测器1的多个spad4几乎同时进行伪响应，而在输出判定部10误检测为光的射入。

此外，既可以按照将多个检测部2分为三组以上的每一组进行将脉冲输出部8的阈值电压设定为不同的电压值，或者，也可以在全部的检测部2将脉冲输出部8的阈值电压设定为不同的电压值。

[第四实施方式]

在上述的第一～第三实施方式中，通过使构成多个检测部2的spad4的再充电时间、再充电开始时间，或者，在检测信号输出后到下次能够输出为止的时间不同，来使spad4或者检测部2的复原时间不同。

因此，若利用上述实施方式的光检测器1，则在输出判定部10中，能够抑制由于构成多个检测部2的spad4的伪响应，而误判定为向光检测器1射入光，而输出表示在光检测器1射入了光的信号。

但是，也考虑在光检测器1的驱动开始时，同时对多个检测部2的spad4施加电源电压vdd的情况下，对spad4的电荷的充电大致同时完成，而与通常时相比更多的spad4对光子的射入进行响应。而且，若像这样许多的spad4大致同时进行响应，则在输出判定部10中，误判定为在光检测器1射入光。

因此，在开始上述各实施方式的光检测器1的驱动时，在各检测部2中，将各spad4的驱动开始定时控制为spad4在不同的定时能够对光子的射入进行响应即可。

因此，在第四实施方式中，对能够通过在光检测器1的驱动开始时，控制设置在多个检测部2的spad4的驱动开始定时，来抑制在光检测器1的驱动刚开始之后许多的spad4进行响应的测距装置20进行说明。

如图7所示，本实施方式的测距装置20具备光检测器1、朝向测距对象投射距离测定用的信号光的光照射部22、以及距离计算部24。

距离计算部24构成为测量从光照射部22投射信号光，到信号光被作为测定对象的物体反射，并在光检测器1接受该反射光为止的时间，并根据该测量时间计算到物体为止的距离。

另外，光检测器1是在第一～第三实施方式中进行了说明的光检测器1，构成为经由上述的输出判定部10，将检测信号输出给距离计算部24。

然后，如图8所示，距离计算部24首先在时刻t11，对光照射部22输出驱动信号vld，使信号光投射，其后，在时刻t12a、t12b，对各组a、b的检测部2a、2b，输出驱动信号vqch＿a、vqch＿b。

该驱动信号vqch＿a、vqch＿b是用于使构成淬灭电阻6的mosfet导通，对各检测部2a、2b的spad4施加反向偏压，来将电荷充电到spad4的驱动信号。

这样，在本实施方式中，距离计算部24在使信号光投射到光照射部22之后，依次启动驱动信号vqch＿a、vqch＿b。因此，即使来自光照射部22的信号光在装置内部反射，并作为杂波射入光检测器1，也能够抑制由于该杂波而多个spad4同时进行响应，并从光检测器1向距离计算部24输出检测信号。

另外，在光检测器1中，在组a的检测部2a和组b的检测部2b中，由于驱动信号vqch＿a、vqch＿b的输入定时的偏差，而在测距开始后，到对spad4进行充电，而能够对光子进行响应为止的时间不同。

因此，根据本实施方式，能够抑制在光检测器1的驱动开始后多个spad4能够同时进行响应。由此，能够抑制在光检测器1的驱动刚开始之后，从构成光检测器1的多个检测部2输出许多的数字脉冲vp，而从输出判定部10向距离计算部24输出检测信号。

此外，如图9所示，也可以距离计算部24在使信号光投射到光照射部22之后，在时刻t12a、t12b启动驱动信号vqch＿a、vqch＿b，并在从时刻t12a、t12b经过一定时间t2后，使其电压值降低。

这样一来，能够在光检测器1的驱动刚开始之后，在更短时间对检测部2a、2b的spad4进行充电，对光子的射入进行响应，其后，能够将mosfet的栅极电压设定为使spad4的充电时间不同。

另外，如本实施方式那样，在光检测器1的驱动开始后，控制多个spad4能够进行响应的定时的情况下，也可以按照将多个检测部2分为三组以上的每一组进行该定时控制。另外，也可以控制为在全部的检测部2中spad4能够进行响应的定时不同。

[变形例1]

而且，特别是，如图10a所示，为了使在光检测器1的驱动开始后能够进行响应的spad4的数目接近驱动开始后的通常时的数目，使构成光检测器1的多个检测部2进行动作即可。

换句话说，通过将构成光检测器1的多个检测部2分为两组，并同时对一组的检测部2输入驱动信号使spad4同时复原到能够进行响应的状态。

另外，通过在向一组的检测部2输入驱动信号之后，以任意的时间间隔依次对另一组的检测部2输入驱动信号，使构成各检测部2的多个spad4能够进行响应的定时不同。

这样一来，能够减少在光检测器1的驱动开始后能够进行响应的spad4的数目，并且其后，能够抑制能够进行响应的spad4的数目变动。因此，在光实际射入光检测器1，而实际进行响应的spad4的数目增加时，能够精度良好地在输出判定部10判定光的射入。

换句话说，如图10b所示，在同时对构成光检测器1的多个检测部2输入驱动信号使全部的spad4同时复原的情况下，能够响应的spad的数目在驱动刚开始之后增大，之后根据伪响应等而周期性地增减。

与此相对，若如本变形例1那样使多个spad4复原，则在光检测器1的驱动开始后，能够将能够对光子进行响应的spad4的数目平均化，提高输出判定部10对光射入的判定精度。

[变形例2]

另一方面，距离计算部24也可以构成为实施多次测定从使信号光从光照射部22投射到在光检测器1接受反射光为止的时间的测定动作，并累计该多次的测定结果对到物体为止的距离进行计算。

而且，该情况下，如图7的虚线所示，也可以在距离计算部24设置定时控制部25，利用定时控制部25，在每一次的测定动使光检测器1的驱动开始定时变化。换句话说，在每一次的测定动作，变更从光照射部22投射信号光，到开始光检测器1的驱动为止的时间。

这样一来，即使在光检测器1的驱动开始后，能够进行响应的spad的数目变动，在每一次测定动作，每个从使信号光从光照射部22投射开始的经过时间的能够进行响应的spad的数目的变动也不同。

因此，通过累计多次的测定结果，能够抑制在驱动开始后的能够响应的spad的数目的变动的影响，即使不使构成光检测器1的多个检测部2的驱动开始定时不同，也能够得到与上述相同的效果。

以上，对用于实施本公开的方式进行了说明，但本公开并不限定于上述的实施方式，能够进行各种变形来实施。

例如，在第四实施方式中，以使用本公开的光检测器1测定到成为测定对象的物体为止的距离的测距装置20为例进行了说明，但本公开的光检测器1的用途并不限定于测距装置20，能够利用于需要光检测的各种装置。

而且，该情况下，在驱动光检测器1时，若如第四实施方式的距离计算部24那样，在不同的定时对各检测部2输入驱动信号，则能够提高在输出判定部10的光射入的判定精度。

另外，也可以通过多个构成要素实现实施方式中的一个构成要素具有的多个功能，或者通过多个构成要素实现一个构成要素具有的一个功能。另外，也可以通过一个构成要素实现多个构成要素具有的多个功能，或者通过一个构成要素实现由多个构成要素实现的一个功能。另外，也可以省略上述实施方式的构成的一部分。另外，也可以将上述实施方式的构成的至少一部分附加给或者置换为其它的上述实施方式的构成。此外，仅根据权利要求书所记载的语句确定的技术思想所包含的所有方式均为本公开的实施方式。