特開 2022-153810 光検出回路及び計測装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022153810

(43)【公開日】2022-10-13

(54)【発明の名称】光検出回路及び計測装置

(51)【国際特許分類】

   G01S 7/4861 20200101AFI20221005BHJP

   G01S 17/894 20200101ALI20221005BHJP

   G01C 3/06 20060101ALI20221005BHJP

   H01L 31/10 20060101ALI20221005BHJP

【ＦＩ】

G01S7/4861

G01S17/894

G01C3/06 120Q

G01C3/06 140

H01L31/10 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021056531

(22)【出願日】2021-03-30

(71)【出願人】

【識別番号】000236436

【氏名又は名称】浜松ホトニクス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100140442

【弁理士】

【氏名又は名称】柴山 健一

(74)【代理人】

【識別番号】100174399

【弁理士】

【氏名又は名称】寺澤 正太郎

(72)【発明者】

【氏名】前北 和晃

(72)【発明者】

【氏名】内藤 文哉

(72)【発明者】

【氏名】岡崎 勇治

(72)【発明者】

【氏名】村松 正典

【テーマコード（参考）】

2F112

5F849

5J084

【Ｆターム（参考）】

2F112AD01

2F112BA07

2F112CA12

2F112DA04

2F112DA15

2F112DA21

2F112DA22

2F112DA25

2F112DA28

2F112EA05

2F112FA27

2F112GA01

5F849AA02

5F849AA07

5F849BA17

5F849BB07

5F849EA03

5F849KA04

5F849KA12

5F849KA13

5F849KA20

5F849LA01

5F849LA02

5F849XB01

5F849XB36

5F849XB38

5J084AA04

5J084AA05

5J084AA10

5J084AD01

5J084BA03

5J084BA04

5J084BA19

5J084BA36

5J084BA39

5J084BA40

5J084BA48

5J084BB02

5J084CA03

5J084CA10

5J084CA43

5J084CA49

5J084CA70

5J084EA01

(57)【要約】

【課題】フォトダイオード間の寄生容量及び出力配線間の寄生容量のうち少なくとも一方に起因するクロストークを低減可能な光検出回路を提供する。
【解決手段】光検出回路２Ａは、光パルスを検出するＰＤ２２ａ（１）及び２２ａ（２）と、回路要素２７（１）及び２７（２）と、信号生成回路２８（１）及び２８（２）とを備える。回路要素２７（１）及び２７（２）は、一端と他端との間に容量を有する。回路要素２７（１）及び２７（２）の各一端は、ＰＤ２２ａ（１）及び２２ａ（２）の各出力端とそれぞれ電気的に接続されている。信号生成回路２８（１）は、ワイヤ２５（１）を通じて受けた電流と、回路要素２７（２）を通じて受けた電流との差に応じた出力信号Ｖｏｕｔ１を生成する。信号生成回路２８（２）は、ワイヤ２５（２）を通じて受けた電流と、回路要素２７（１）を通じて受けた電流との差に応じた出力信号Ｖｏｕｔ２を生成する。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

光パルスを検出する第１フォトダイオード及び第２フォトダイオードと、
一端と他端との間に容量を有し、前記一端が前記第１フォトダイオードの出力端と電気的に接続された第１回路要素と、
一端と他端との間に容量を有し、前記一端が前記第２フォトダイオードの出力端と電気的に接続された第２回路要素と、
前記第１フォトダイオードの出力端と第１配線を介して電気的に接続されるとともに前記第２回路要素の前記他端と電気的に接続され、前記第１配線を通じて受けた電流と前記第２回路要素を通じて受けた電流との差に応じた第１信号を生成する第１回路と、
前記第２フォトダイオードの出力端と第２配線を介して電気的に接続されるとともに前記第１回路要素の前記他端と電気的に接続され、前記第２配線を通じて受けた電流と前記第１回路要素を通じて受けた電流との差に応じた第２信号を生成する第２回路と、
を備える、光検出回路。

【請求項2】

前記第１フォトダイオード及び前記第２フォトダイオードは共通基板にモノリシックに形成されている、請求項１に記載の光検出回路。

【請求項3】

前記第１配線及び前記第２配線は互いに沿って配設された部分を有する、請求項１又は２に記載の光検出回路。

【請求項4】

前記第１回路要素及び前記第２回路要素の各容量は、前記第１フォトダイオードと前記第２フォトダイオードとの間の寄生容量、及び前記第１配線と前記第２配線との間の寄生容量の和と等しい、請求項１～３のいずれか１項に記載の光検出回路。

【請求項5】

前記第１回路要素及び前記第２回路要素の各容量は、前記第１フォトダイオードと前記第２フォトダイオードとの間の寄生容量、及び前記第１配線と前記第２配線との間の寄生容量の和の２倍よりも小さい、請求項１～３のいずれか１項に記載の光検出回路。

【請求項6】

前記第１回路要素及び前記第２回路要素の各容量は、前記第１フォトダイオードと前記第２フォトダイオードとの間の寄生容量、及び前記第１配線と前記第２配線との間の寄生容量の和の０．１倍よりも大きい、請求項１～３及び５のいずれか１項に記載の光検出回路。

【請求項7】

前記第１回路要素及び前記第２回路要素の各容量は、前記第１フォトダイオードと前記第２フォトダイオードとの間の寄生容量によって生じるクロストーク成分、及び前記第１配線と前記第２配線との間の寄生容量によって生じるクロストーク成分の和の２倍よりも小さい信号が前記第１回路又は前記第２回路において生じる大きさに設定されている、請求項１～３のいずれか１項に記載の光検出回路。

【請求項8】

前記第１回路要素及び前記第２回路要素の各容量は、前記第１フォトダイオードと前記第２フォトダイオードとの間の寄生容量によって生じるクロストーク成分、及び前記第１配線と前記第２配線との間の寄生容量によって生じるクロストーク成分の和の０．１倍よりも大きい信号が前記第１回路又は前記第２回路において生じる大きさに設定されている、請求項１～３及び７のいずれか１項に記載の光検出回路。

【請求項9】

前記第１回路は、
前記第１配線を通じて受けた電流を第１電圧信号に変換する第１トランスインピーダンスアンプと、
前記第２回路要素を通じて受けた電流を第２電圧信号に変換する第２トランスインピーダンスアンプと、
前記第１電圧信号と前記第２電圧信号との差に応じた信号を生成する回路と、
を有し、
前記第２回路は、
前記第２配線を通じて受けた電流を第３電圧信号に変換する第３トランスインピーダンスアンプと、
前記第１回路要素を通じて受けた電流を第４電圧信号に変換する第４トランスインピーダンスアンプと、
前記第３電圧信号と前記第４電圧信号との差に応じた信号を生成する回路と、
を有する、請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の光検出回路。

【請求項10】

一端と他端との間に容量を有する第３回路要素を更に備え、
前記第１回路は差動入力型のトランスインピーダンスアンプを含み、該トランスインピーダンスアンプの一方の入力端は前記第１配線を介して前記第１フォトダイオードと接続され、他方の入力端は前記第２回路要素の前記他端及び前記第３回路要素の前記一端と接続され、
前記第２回路は差動入力型のトランスインピーダンスアンプを含み、該トランスインピーダンスアンプの一方の入力端は前記第２配線を介して前記第２フォトダイオードと接続され、他方の入力端は前記第１回路要素の前記他端及び前記第３回路要素の前記他端と接続されている、請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の光検出回路。

【請求項11】

計測対象物に対してパルス状のレーザ光を照射し、前記計測対象物からの反射光の入射位置、及び前記レーザ光の照射から前記反射光の入射までの時間差に基づいて、前記計測対象物までの距離及び方向を計測する装置であって、
前記レーザ光を出射する光出射部と、
前記反射光を検出する光検出部と、
を備え、
前記光検出部は、請求項１～１０の何れか１項に記載の光検出回路を有する、計測装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、光検出回路及び計測装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、マルチチャネル光検出及び測距システムが開示されている。このシステムは、複数のアクティブチャネルを備える。各アクティブチャネルは、光に露光されるように配置された感光性素子と、各感光性素子からの信号を受信するアナログフロントエンド回路とを含む。更に、このシステムは、少なくとも一つの補償チャネルと、処理ユニットとを備える。補償チャネルは、光に実質的に非感受性である補償素子と、補償素子からの信号を受信するアナログフロントエンド回路とを含む。処理ユニットは、アクティブチャネル及び補償チャネルからの信号を受信し、補償チャネルから受信した信号から補償信号を導き出し、アクティブチャネルのクロストーク干渉及び／またはアナログフロントエンド回路に共通の干渉を、補償信号を用いて補償する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１８－１１９９５４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

光パルスの入射位置及び入射タイミングを複数のフォトダイオードにおいて検出する装置として、例えばＬｉＤＡＲ（Light Detection And Ranging）などがある。このような装置において複数のフォトダイオードを配置する場合、隣り合うフォトダイオード間、及び隣り合う出力配線間のうち少なくとも一方において、寄生容量が生じる。或るフォトダイオードから出力されたパルス電流の一部が、この寄生容量を通って、他のフォトダイオードの出力電流を検出する回路に入力されることがある。この現象はクロストークと呼ばれる。その場合、或るフォトダイオードへの光の入射と同時に、他のフォトダイオードにも光パルスが入射したと誤って認識されるおそれがある。例えばＬｉＤＡＲにおいては、このような誤認識が、実際には存在しない物体の検出につながる。

【0005】

本開示は、フォトダイオード間の寄生容量及び出力配線間の寄生容量のうち少なくとも一方に起因するクロストークを低減可能な光検出回路、及びその光検出回路を備える計測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】

【0006】

本開示の一実施形態による光検出回路は、光パルスを検出する第１フォトダイオード及び第２フォトダイオードと、第１回路要素と、第２回路要素と、第１回路と、第２回路と、を備える。第１回路要素は、一端と他端との間に容量を有する。第１回路要素の一端は、第１フォトダイオードの出力端と電気的に接続されている。第２回路要素は、一端と他端との間に容量を有する。第２回路要素の一端は、第２フォトダイオードの出力端と電気的に接続されている。第１回路は、第１フォトダイオードの出力端と第１配線を介して電気的に接続されるとともに、第２回路要素の他端と電気的に接続されている。第１回路は、第１配線を通じて受けた電流と、第２回路要素を通じて受けた電流との差に応じた第１信号を生成する。第２回路は、第２フォトダイオードの出力端と第２配線を介して電気的に接続されるとともに、第１回路要素の他端と電気的に接続されている。第２回路は、第２配線を通じて受けた電流と、第１回路要素を通じて受けた電流との差に応じた第２信号を生成する。

【発明の効果】

【0007】

本開示による光検出回路及び計測装置によれば、フォトダイオード間の寄生容量及び出力配線間の寄生容量のうち少なくとも一方に起因するクロストークを低減できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、一実施形態に係る計測装置の構成を模式的に示す図である。

【図2】図２は、ＰＤアレイ及びＴＩＡアレイを含む光検出回路の平面図である。

【図3】図３は、ＰＤアレイの断面構造を模式的に示す図である。

【図4】図４は、ＰＤアレイのＰＤの個数が２である場合の光検出回路の構成を示す回路図である。

【図5】図５（ａ）～（ｇ）は、一実施形態の光検出回路における各信号の時間波形を模式的に示す図である。

【図6】図６は、比較例の光検出回路の構成を示す回路図である。

【図7】図７は、比較例の光検出回路における各信号の時間波形を模式的に示す図である。

【図8】図８（ａ）及び（ｂ）は、一実施形態及び比較例の各光検出回路の動作に関するシミュレーション結果を示すグラフである。

【図9】図９は、ＰＤの個数が３以上である場合の、光検出回路の構成を示す回路図である。

【図10】図１０は、光検出回路の動作を説明するための図である。

【図11】図１１は、一変形例に係る光検出回路の構成を示す回路図である。

【図12】図１２は、光検出回路の動作を説明するための図である。

【図13】図１３は、ＰＤの個数が３以上である場合の、光検出回路の構成を示す回路図である。

【図14】図１４は、光検出回路の動作を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

本開示の一実施形態による光検出回路は、光パルスを検出する第１フォトダイオード及び第２フォトダイオードと、第１回路要素と、第２回路要素と、第１回路と、第２回路と、を備える。第１回路要素は、一端と他端との間に容量を有する。第１回路要素の一端は、第１フォトダイオードの出力端と電気的に接続されている。第２回路要素は、一端と他端との間に容量を有する。第２回路要素の一端は、第２フォトダイオードの出力端と電気的に接続されている。第１回路は、第１フォトダイオードの出力端と第１配線を介して電気的に接続されるとともに、第２回路要素の他端と電気的に接続されている。第１回路は、第１配線を通じて受けた電流と、第２回路要素を通じて受けた電流との差に応じた第１信号を生成する。第２回路は、第２フォトダイオードの出力端と第２配線を介して電気的に接続されるとともに、第１回路要素の他端と電気的に接続されている。第２回路は、第２配線を通じて受けた電流と、第１回路要素を通じて受けた電流との差に応じた第２信号を生成する。

【0010】

この光検出回路では、第１フォトダイオードに光パルスが入射すると、第１フォトダイオードから出力された電流が第１配線を通って第１回路に入力され、第１回路において光パルスの光強度に応じた第１信号が生成される。このとき、第１配線の電位が僅かに変動するので、第１フォトダイオードと第２フォトダイオードとの間の寄生容量、及び第１配線と第２配線との間の寄生容量のうち少なくとも一方に起因して、第１フォトダイオードから出力された電流の一部が第２配線を通って第２回路に入力される。従来の光検出回路では、この第２回路に入力された一部の電流はクロストークとして検出される。しかしながら、この光検出回路では、第１フォトダイオードから出力された電流の別の一部が、第１回路要素を通じて第２回路に入力される。そして、第２配線を通じて受けたクロストークとしての電流と、第２回路要素を通じて受けた電流との差に応じた第２信号が第２回路において生成される。すなわち、第２信号において、寄生容量に起因する成分の少なくとも一部が相殺される。

【0011】

また、第２フォトダイオードに光パルスが入射すると、第２フォトダイオードから出力された電流が第２配線を通って第２回路に入力され、第２回路において光パルスの光強度に応じた第２信号が生成される。このとき、第２配線の電位が僅かに変動するので、第１フォトダイオードと第２フォトダイオードとの間の寄生容量、及び第１配線と第２配線との間の寄生容量のうち少なくとも一方に起因して、第２フォトダイオードから出力された電流の一部が第１配線を通って第１回路に入力される。従来の光検出回路では、この第１回路に入力された一部の電流はクロストークとして検出される。しかしながら、この光検出回路では、第２フォトダイオードから出力された電流の別の一部が、第２回路要素を通じて第１回路に入力される。そして、第１配線を通じて受けたクロストークとしての電流と、第１回路要素を通じて受けた電流との差に応じた第１信号が第１回路において生成される。すなわち、第１信号において、寄生容量に起因する成分の少なくとも一部が相殺される。

【0012】

このように、この光検出回路によれば、第１フォトダイオードと第２フォトダイオードとの間の寄生容量、及び第１配線と第２配線との間の寄生容量のうち少なくとも一方に起因するクロストークを低減できる。

【0013】

上記の光検出回路において、第１フォトダイオード及び第２フォトダイオードは共通基板にモノリシックに形成されてもよい。この場合、第１フォトダイオードと第２フォトダイオードとの間には寄生容量が生じ易い。従って、上記の光検出回路の構成が特に有効である。

【0014】

上記の光検出回路において、第１配線及び第２配線は互いに沿って配設された部分を有してもよい。この場合、第１配線と第２配線との間には寄生容量が生じ易い。従って、上記の光検出回路の構成が特に有効である。

【0015】

上記の光検出回路において、第１回路要素及び第２回路要素の各容量は、第１フォトダイオードと第２フォトダイオードとの間の寄生容量、及び第１配線と第２配線との間の寄生容量の和と等しくてもよい。この場合、第１回路要素を通じて受ける電流の大きさが、第１配線を通じて受けるクロストークとしての電流の大きさとほぼ等しくなる。故に、クロストークをほぼゼロに近づけることができる。

【0016】

上記の光検出回路において、第１回路要素及び第２回路要素の各容量は、第１フォトダイオードと第２フォトダイオードとの間の寄生容量、及び第１配線と第２配線との間の寄生容量の和の２倍よりも小さくてもよい。この場合、クロストークを効果的に低減することができる。

【0017】

上記の光検出回路において、第１回路要素及び第２回路要素の各容量は、第１フォトダイオードと第２フォトダイオードとの間の寄生容量、及び第１配線と第２配線との間の寄生容量の和の０．１倍よりも大きくてもよい。この場合、クロストークを効果的に低減することができる。

【0018】

なお、上記の各場合において、第１フォトダイオードと第２フォトダイオードとの間の寄生容量、及び第１配線と第２配線との間の寄生容量のいずれか一方はゼロであってもよい。

【0019】

上記の光検出回路において、第１回路要素及び第２回路要素の各容量は、第１フォトダイオードと第２フォトダイオードとの間の寄生容量によって生じるクロストーク成分、及び第１配線と第２配線との間の寄生容量によって生じるクロストーク成分の和の２倍よりも小さい信号が第１回路又は第２回路において生じる大きさに設定されてもよい。この場合、クロストークを効果的に低減することができる。

【0020】

上記の光検出回路において、第１回路要素及び第２回路要素の各容量は、第１フォトダイオードと第２フォトダイオードとの間の寄生容量によって生じるクロストーク成分、及び第１配線と第２配線との間の寄生容量によって生じるクロストーク成分の和の０．１倍よりも大きい信号が第１回路又は第２回路において生じる大きさに設定されてもよい。この場合、クロストークを効果的に低減することができる。

【0021】

なお、上記の各場合において、第１フォトダイオードと第２フォトダイオードとの間の寄生容量によって生じるクロストーク成分、及び第１配線と第２配線との間の寄生容量によって生じるクロストーク成分のいずれか一方はゼロであってもよい。

【0022】

上記の光検出回路において、第１回路は、第１配線を通じて受けた電流を第１電圧信号に変換する第１トランスインピーダンスアンプ（Transimpedance. Amplifier；ＴＩＡ）と、第２回路要素を通じて受けた電流を第２電圧信号に変換する第２ＴＩＡと、第１電圧信号と第２電圧信号との差に応じた信号を生成する回路と、を有してもよい。そして、第２回路は、第２配線を通じて受けた電流を第３電圧信号に変換する第３ＴＩＡと、第１回路要素を通じて受けた電流を第４電圧信号に変換する第４ＴＩＡと、第３電圧信号と第４電圧信号との差に応じた信号を生成する回路と、を有してもよい。例えばこのような構成を第１回路及び第２回路が有することによって、第１配線を通じて受けた電流と第２回路要素を通じて受けた電流との差に応じた第１信号、及び第２配線を通じて受けた電流と第１回路要素を通じて受けた電流との差に応じた第２信号を生成することができる。

【0023】

上記の光検出回路は、一端と他端との間に容量を有する第３回路要素を更に備えてもよい。そして、第１回路は差動入力型のＴＩＡを含み、該ＴＩＡの一方の入力端は第１配線を介して第１フォトダイオードと接続され、他方の入力端は第２回路要素の他端及び第３回路要素の一端と接続されてもよい。そして、第２回路は差動入力型のＴＩＡを含み、該ＴＩＡの一方の入力端は第２配線を介して第２フォトダイオードと接続され、他方の入力端は第１回路要素の他端及び第３回路要素の他端と接続されてもよい。例えばこのような構成を第１回路及び第２回路が有することによって、第１配線を通じて受けた電流と第２回路要素を通じて受けた電流との差に応じた第１信号、及び第２配線を通じて受けた電流と第１回路要素を通じて受けた電流との差に応じた第２信号を生成することができる。また、差動入力型のＴＩＡは、一方の入力端の電位変動の影響を受けて他方の入力端の電位も変動する性質を有する。例えば、第１フォトダイオードから電流が出力されたときには、第１回路のＴＩＡの一方の入力端の電位が僅かに変動するが、その影響を受けて、第１回路のＴＩＡの他方の入力端の電位も変動する。これにより、第２回路要素を通って、クロストーク電流が第２回路のＴＩＡの一方の入力端に入力される。このような場合であっても、第１回路及び第２回路のＴＩＡの他方の入力端同士が第３回路要素を介して接続されることにより、クロストーク電流の少なくとも一部を相殺することができる。

【0024】

本開示の一実施形態による計測装置は、計測対象物に対してパルス状のレーザ光を照射し、計測対象物からの反射光の入射位置、及びレーザ光の照射から反射光の入射までの時間差に基づいて、計測対象物までの距離及び方向を計測する装置である。この計測装置は、レーザ光を出射する光出射部と、反射光を検出する光検出部と、を備える。光検出部は、上記何れかの光検出回路を有する。この計測装置によれば、光検出部が上記いずれかの光検出回路を有するので、フォトダイオード間の寄生容量及び出力配線間の寄生容量のうち少なくとも一方に起因するクロストークを低減できる。したがって、実際には存在しない物体または形状を誤って検出することを低減できる。

【0025】

以下、添付図面を参照しながら本開示による光検出回路及び計測装置の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

【0026】

図１は、本開示の一実施形態に係る計測装置１の構成を模式的に示す図である。計測装置１は、計測対象物Ａに対してパルス状のレーザ光ＰＬ１を照射し、計測対象物Ａからの反射光ＰＬ２の入射位置、及びレーザ光ＰＬ１の照射から反射光ＰＬ２の入射までの時間差に基づいて、計測対象物Ａまでの距離及び方向を計測する。図１に示されるように、本実施形態の計測装置１は、レーザ光ＰＬ１を出射する光出射部１０と、反射光ＰＬ２を検出する光検出部２０と、制御器８と、を備える。

【0027】

光出射部１０は、ドライバー１１と、パルスレーザ１２と、発光光学系１３とを有する。ドライバー１１は、制御器８と電気的に接続されており、制御器８からの指示信号に基づいて、パルスレーザ１２へのパルス状の駆動電流を周期的に生成する。ドライバー１１は、例えばトランジスタを含む電子回路によって構成される。パルスレーザ１２は、ドライバー１１の電流出力端と電気的に接続されており、ドライバー１１から出力された駆動電流を受ける。パルスレーザ１２は、この駆動電流に応じたパルス状のレーザ光ＰＬ１を周期的に出力する。レーザ光ＰＬ１の波長は例えば３００ｎｍ以上１７００ｎｍ以下であり、レーザ光ＰＬ１のパルス半値幅は例えば０．１ｎｓｅｃ以上１００ｎｓｅｃ以下である。パルスレーザ１２は、例えばレーザダイオードである。発光光学系１３は、パルスレーザ１２と光学的に結合されている。発光光学系１３は、パルスレーザ１２から出力されたレーザ光ＰＬ１のスキャニングを行い、広範囲にわたってレーザ光ＰＬ１を照射する。

【0028】

光検出部２０は、計測対象物Ａからの反射光ＰＬ２を検出する。光検出部２０は、受光光学系２１と、フォトダイオード（ＰＤ）アレイ２２と、トランスインピーダンスアンプ（ＴＩＡ）アレイ２３と、Ａ／Ｄ変換器アレイ２４とを有する。受光光学系２１は、反射光ＰＬ２を受け、反射光ＰＬ２の入射位置に応じて、反射光ＰＬ２をＮ個（Ｎは２以上の整数、図１ではＮ＝４の場合を例示）の光路のいずれかに導入する。

【0029】

ＰＤアレイ２２は、Ｎ個のＰＤ２２ａを含む。各ＰＤ２２ａは、例えばＰＮ型フォトダイオードまたはアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）である。各ＰＤ２２ａは、受光光学系２１の対応する光路と光学的に結合されている。各ＰＤ２２ａは、対応する光路から入力された反射光ＰＬ２の光強度に応じた電流信号を生成し、この電流信号を出力端から出力する。Ｎ個のＰＤ２２ａは、所定方向（例えばレーザ光ＰＬ１のスキャン方向）に沿って一列または二列に配置されている。

【0030】

ＴＩＡアレイ２３は、ＰＤアレイ２２とともに光検出回路２を構成する。ＴＩＡアレイ２３は、Ｎ個のＴＩＡ２３ａを含む。各ＴＩＡ２３ａの入力端は、対応するＰＤ２２ａの出力端と電気的に接続されており、対応するＰＤ２２ａから電流信号を受ける。各ＴＩＡ２３ａは、対応するＰＤ２２ａから受けた電流信号を電圧信号に変換し、その電圧信号を出力端から出力する。Ａ／Ｄ変換器アレイ２４は、Ｎ個のＡ／Ｄ変換器２４ａを含む。各Ａ／Ｄ変換器２４ａの入力端は、対応するＴＩＡ２３ａの出力端と電気的に接続されている。各Ａ／Ｄ変換器２４ａは、対応するＴＩＡ２３ａから受けた電圧信号をデジタル信号に変換し、そのデジタル信号を出力端から出力する。

【0031】

制御器８は、例えばＣＰＵ及びメモリを含むコンピュータであって、メモリに記憶されたプログラムをＣＰＵが読み込んで実行することにより種々の機能を実現する。制御器８は、ドライバー１１と電気的に接続されており、ドライバー１１へ指示信号を提供する。また、制御器８は、Ｎ個のＡ／Ｄ変換器２４ａの出力端と電気的に接続されており、各Ａ／Ｄ変換器２４ａから出力されたデジタル信号を受ける。制御器８は、何れのＡ／Ｄ変換器２４ａからデジタル信号を受けたかに基づいて、受光光学系２１における反射光ＰＬ２の入射位置を検出し、この入射位置から、計測対象物Ａが存在する方向を計測する。また、制御器８は、ドライバー１１へ指示信号を提供してからデジタル信号を受け取るまでの時間に基づいて、計測装置１から計測対象物Ａまでの距離を算出する。

【0032】

図２は、ＰＤアレイ２２及びＴＩＡアレイ２３を含む光検出回路２の平面図である。前述したように、ＰＤアレイ２２はＮ個（図２ではＮ＝４の場合を例示）のＰＤ２２ａを有する。図示例では、Ｎ個のＰＤ２２ａが一列に並んで配置されている。ＴＩＡアレイ２３は、ＰＤアレイ２２に対して、ＰＤ２２ａの並び方向と交差する方向に間隔をあけて並んで配置されている。ＴＩＡアレイ２３の各ＴＩＡ２３ａの入力端と、対応するＰＤ２２ａの出力端とは、ワイヤ２５を介して電気的に接続されている。Ｎ本のワイヤ２５は、ＰＤ２２ａの並び方向に並んで配置され、ＰＤ２２ａの並び方向と交差する方向に沿って延びている。言い換えると、Ｎ本のワイヤ２５は、互いに沿って配設されている。

【0033】

図３は、ＰＤ２２ａがＡＰＤである場合の、ＰＤアレイ２２の断面構造を模式的に示す図である。図３に示されるように、Ｎ個のＰＤ２２ａは共通基板２２１上にモノリシックに形成されている。具体的には、ＰＤアレイ２２は、共通基板２２１と、共通基板２２１上に形成された第１導電型の半導体層２２２と、半導体層２２２内に形成された第１導電型のＮ個の半導体領域２２３と、半導体層２２２内に形成された第２導電型のＮ個の半導体領域２２４と、電極２２５と、Ｎ個の電極２２６と、を有する。各半導体領域２２４は、各半導体領域２２３上に配置され、各半導体領域２２３と接してｐｎ接合を形成している。一例では、共通基板２２１は高濃度のｐ型であり、半導体層２２２は低濃度のｐ型であり、半導体領域２２３は高濃度のｐ型であり、半導体領域２２４は高濃度のｎ型である。一つの半導体領域２２３及び一つの半導体領域２２４からなる個々のペアは、ＰＤ２２ａを構成する。電極２２５は共通基板２２１の裏面上に設けられ、共通基板２２１の裏面とオーミック接合を成す。各電極２２６は各半導体領域２２４上に設けられ、各半導体領域２２４とオーミック接合を成す。

【0034】

図４は、光検出回路２の一例として、ＰＤアレイ２２のＰＤ２２ａの個数が２（すなわちＮ＝２）である場合の光検出回路２Ａの構成を示す回路図である。図４に示すように、この光検出回路２Ａは、２つのＰＤ２２ａ（１）及びＰＤ２２ａ（２）と、ワイヤ２５（１）及びワイヤ２５（２）と、寄生容量２６と、回路要素２７（１）及び２７（２）と、２つの信号生成回路２８（１）及び２８（２）と、バイアス電源４１とを備える。ＰＤ２２ａ（１）及びＰＤ２２ａ（２）は、それぞれ本実施形態における第１フォトダイオード及び第２フォトダイオードである。ワイヤ２５（１）及びワイヤ２５（２）は、それぞれ本実施形態における第１配線及び第２配線である。回路要素２７（１）及び回路要素２７（２）は、それぞれ本実施形態における第１回路要素及び第２回路要素である。

【0035】

信号生成回路２８（１）は本実施形態における第１回路であり、信号生成回路２８（２）は本実施形態における第２回路である。信号生成回路２８（１）は、シングルエンド入力型のＴＩＡ２３ａ（１）及び２３ｂ（１）と、差動増幅回路２８ａ（１）とを有する。信号生成回路２８（２）は、シングルエンド入力型のＴＩＡ２３ａ（２）及び２３ｂ（２）と、差動増幅回路２８ａ（２）とを有する。ＴＩＡ２３ａ（１）及びＴＩＡ２３ｂ（１）は、それぞれ本実施形態における第１ＴＩＡ及び第２ＴＩＡである。ＴＩＡ２３ａ（２）及びＴＩＡ２３ｂ（２）は、それぞれ本実施形態における第３ＴＩＡ及び第４ＴＩＡである。

【0036】

バイアス電源４１の負電極は、ＰＤ２２ａ（１）及びＰＤ２２ａ（２）の各アノード（ＰＤ２２ａ（１）及びＰＤ２２ａ（２）がＰＩＮ型である場合は、各カソード）に接続されている。バイアス電源４１の正電極は、接地電位線（基準電位線）に接続されている。バイアス電源４１は、ＰＤ２２ａ（１）及びＰＤ２２ａ（２）に対して負のバイアス電圧を供給する。なお、ＰＤ２２ａ（１）及びＰＤ２２ａ（２）の各アノードは、バイアス電源４１との接続のための実質的に抵抗がゼロである配線を介して、互いに接続されている。ＰＤ２２ａ（１）の出力端は、ワイヤ２５（１）を介してＴＩＡ２３ａ（１）の入力端と接続されている。ＰＤ２２ａ（２）の出力端は、ワイヤ２５（２）を介してＴＩＡ２３ａ（２）の入力端と接続されている。

【0037】

寄生容量２６は、ＴＩＡ２３ａ（１）の入力端とＴＩＡ２３ａ（２）の入力端との間に生じる寄生容量である。寄生容量２６の大きさは、ＰＤ２２ａ（１）とＰＤ２２ａ（２）との間の寄生容量Ｃ１と、ワイヤ２５（１）とワイヤ２５（２）との間の寄生容量Ｃ２の和（Ｃ１＋Ｃ２）とほぼ等しい。ＰＤ２２ａ（１）とＰＤ２２ａ（２）との間の寄生容量Ｃ１は、互いに隣り合うＰＤ２２ａ（１）とＰＤ２２ａ（２）とが、図３に示された共通基板２２１及び半導体層２２２を介して容量的に結合することによって主に生じる。ワイヤ２５（１）とワイヤ２５（２）との間の寄生容量Ｃ２は、互いに隣り合うワイヤ２５（１）とワイヤ２５（２）とが、図２に示されたように互いに沿って（平行に）配設されることにより主に生じる。

【0038】

回路要素２７（１）及び２７（２）は、容量性の回路要素である。回路要素２７（１）及び２７（２）が有する容量は微小であり、例えば１０ｆＦ～２００ｆＦの範囲内である。回路要素２７（１）及び２７（２）は、微小な容量を有するコンデンサ等の容量素子であってもよく、シリコン基板に作成されたシリコンキャパシタであってもよく、配線基板上において絶縁膜を挟んで配置された二枚の導電膜によって構成されてもよく、或いは、僅かな隙間を空けて隣り合う２本の導電線によって構成されてもよい。その他、微小な容量を実現可能な構成であれば、回路要素２７（１）及び２７（２）の構成は何ら限定されない。回路要素２７（１）及び２７（２）は、例えばＴＩＡアレイ２３の回路基板上に形成される。

【0039】

回路要素２７（１）及び回路要素２７（２）の各容量は、ＰＤ２２ａ（１）とＰＤ２２ａ（２）との間の寄生容量、及びワイヤ２５（１）とワイヤ２５（２）との間の寄生容量の和の２倍よりも小さいことが好ましい。また、回路要素２７（１）及び回路要素２７（２）の各容量は、ＰＤ２２ａ（１）とＰＤ２２ａ（２）との間の寄生容量、及びワイヤ２５（１）とワイヤ２５（２）との間の寄生容量の和の０．１倍よりも大きいことが好ましい。一例では、回路要素２７（１）及び回路要素２７（２）の各容量は、ＰＤ２２ａ（１）とＰＤ２２ａ（２）との間の寄生容量、及びワイヤ２５（１）とワイヤ２５（２）との間の寄生容量の和と等しい。また、一例では、回路要素２７（１）及び回路要素２７（２）の各容量値は互いに等しい。

【0040】

ＰＤ２２ａ（１）とＰＤ２２ａ（２）との間の寄生容量と、ワイヤ２５（１）とワイヤ２５（２）との間の寄生容量との和は、例えば測定により求められる。その場合、製造した個々の計測装置１毎に寄生容量を測定してもよいし、代表していくつかの計測装置１の寄生容量を測定し、その平均値を他の計測装置１に適用してもよい。

【0041】

回路要素２７（１）の一端は、ＰＤ２２ａ（１）の出力端と電気的に接続されている。図示例では、回路要素２７（１）の一端はワイヤ２５（１）を介してＰＤ２２ａ（１）の出力端と接続されているが、回路要素２７（１）の一端はワイヤ２５（１）を介さずにＰＤ２２ａ（１）の出力端と接続されてもよい。回路要素２７（１）の他端は、ＴＩＡ２３ｂ（２）の入力端と電気的に接続されている。

【0042】

回路要素２７（２）の一端は、ＰＤ２２ａ（２）の出力端と電気的に接続されている。図示例では、回路要素２７（２）の一端はワイヤ２５（２）を介してＰＤ２２ａ（２）の出力端と接続されているが、回路要素２７（２）の一端はワイヤ２５（２）を介さずにＰＤ２２ａ（２）の出力端と接続されてもよい。回路要素２７（２）の他端は、ＴＩＡ２３ｂ（１）の入力端と電気的に接続されている。

【0043】

信号生成回路２８（１）は、ＰＤ２２ａ（１）の出力端とワイヤ２５（１）を介して電気的に接続されるとともに回路要素２７（２）の他端と電気的に接続されている。信号生成回路２８（１）は、ワイヤ２５（１）を通じて受けた電流と、回路要素２７（２）を通じて受けた電流との差に応じた電圧信号である出力信号Ｖｏｕｔ１（第１信号）を生成する。

【0044】

ＴＩＡ２３ａ（１）は、前述したＮ個のＴＩＡ２３ａのうちの一つである。ＴＩＡ２３ａ（１）は、ワイヤ２５（１）を通じて受けた電流を、電圧信号Ｖｔｐ１（第１電圧信号）に変換する。ＴＩＡ２３ａ（１）の出力端は、差動増幅回路２８ａ（１）の正相入力端と接続されている。ＴＩＡ２３ｂ（１）は、前述したＮ個のＴＩＡ２３ａとは別に設けられるＴＩＡである。ＴＩＡ２３ｂ（１）は、回路要素２７（２）を通じて受けた電流を電圧信号Ｖｔｎ１（第２電圧信号）に変換する。ＴＩＡ２３ｂ（１）の出力端は、差動増幅回路２８ａ（１）の逆相入力端と接続されている。差動増幅回路２８ａ（１）は、ＴＩＡ２３ａ（１）から出力された電圧信号Ｖｔｐ１と、ＴＩＡ２３ｂ（１）から出力された電圧信号Ｖｔｎ１との差に応じた（例えば比例する）出力信号Ｖｏｕｔ１を出力する。なお、ＴＩＡ２３ｂ（１）及び差動増幅回路２８ａ（１）は、ＴＩＡアレイ２３に内蔵されてもよく、ＴＩＡアレイ２３とは別個に設けられてもよい。

【0045】

信号生成回路２８（２）は、ＰＤ２２ａ（２）の出力端とワイヤ２５（２）を介して電気的に接続されるとともに回路要素２７（１）の他端と電気的に接続されている。信号生成回路２８（２）は、ワイヤ２５（２）を通じて受けた電流と、回路要素２７（１）を通じて受けた電流との差に応じた電圧信号である出力信号Ｖｏｕｔ２（第２信号）を生成する。

【0046】

ＴＩＡ２３ａ（２）は、前述したＮ個のＴＩＡ２３ａのうちの他の一つである。ＴＩＡ２３ａ（２）は、ワイヤ２５（２）を通じて受けた電流を、電圧信号Ｖｔｐ２（第３電圧信号）に変換する。ＴＩＡ２３ａ（２）の出力端は、差動増幅回路２８ａ（２）の正相入力端と接続されている。ＴＩＡ２３ｂ（２）は、前述したＮ個のＴＩＡ２３ａとは別に設けられるＴＩＡである。ＴＩＡ２３ｂ（２）は、回路要素２７（１）を通じて受けた電流を電圧信号Ｖｔｎ２（第４電圧信号）に変換する。ＴＩＡ２３ｂ（２）の出力端は、差動増幅回路２８ａ（２）の逆相入力端と接続されている。差動増幅回路２８ａ（２）は、ＴＩＡ２３ａ（２）から出力された電圧信号Ｖｔｐ２と、ＴＩＡ２３ｂ（２）から出力された電圧信号Ｖｔｎ２との差に応じた（例えば比例する）出力信号Ｖｏｕｔ２を出力する。なお、ＴＩＡ２３ｂ（２）及び差動増幅回路２８ａ（２）は、ＴＩＡアレイ２３に内蔵されてもよく、ＴＩＡアレイ２３とは別個に設けられてもよい。

【0047】

図４に示された光検出回路２Ａの作用効果について、比較例の光検出回路が有する課題とともに説明する。図６は、比較例の光検出回路１００の構成を示す回路図である。光検出回路１００は、ＰＤ２２ａ（１）及びＰＤ２２ａ（２）と、ＴＩＡ２３ａ（１）及びＴＩＡ２３ａ（２）と、ワイヤ２５（１）及びワイヤ２５（２）と、寄生容量２６と、バイアス電源４１とを有するが、図４に示された回路要素２７（１）、回路要素２７（２）、ＴＩＡ２３ｂ（１）、ＴＩＡ２３ｂ（２）、差動増幅回路２８ａ（１）、及び差動増幅回路２８ａ（２）を有していない。ＰＤ２２ａ（１）、ＰＤ２２ａ（２）、ＴＩＡ２３ａ（１）、ＴＩＡ２３ａ（２）、ワイヤ２５（１）、ワイヤ２５（２）、寄生容量２６、及びバイアス電源４１の接続関係は本実施形態と同様である。

【0048】

図７は、光検出回路１００において（ａ）ＰＤ２２ａ（１）から出力される電流Ｊｉｎ１、（ｂ）ＴＩＡ２３ａ（１）から出力される出力信号Ｖｏｕｔ１、及び（ｃ）ＴＩＡ２３ａ（２）から出力される出力信号Ｖｏｕｔ２、の時間波形を模式的に示す図である。ＰＤ２２ａ（１）に光パルスが入射すると、ＰＤ２２ａ（１）から出力された電流Ｊｉｎ１に含まれるパルスＰ１がワイヤ２５（１）を通ってＴＩＡ２３ａ（１）に入力され、ＴＩＡ２３ａ（１）において、光パルスの光強度に応じたパルスＰ３を含む出力信号Ｖｏｕｔ１が生成される。このとき、ワイヤ２５（１）の電位が僅かに変動する。したがって、ＰＤ２２ａ（１）から出力された電流Ｊｉｎ１の一部が寄生容量２６及びワイヤ２５（２）を通ってＴＩＡ２３ａ（２）に入力され、ＴＩＡ２３ａ（２）において、クロストーク波形Ｐ６を含む出力信号Ｖｏｕｔ２が生成される。クロストーク波形Ｐ６は、例えばパルスＰ１の微分波形である。

【0049】

図５は、本実施形態の光検出回路２Ａにおいて（ａ）ＰＤ２２ａ（１）から出力される電流Ｊｉｎ１、（ｂ）ＴＩＡ２３ａ（１）から出力される出力電圧Ｖｔｐ１、（ｃ）ＴＩＡ２３ｂ（１）から出力される出力電圧Ｖｔｎ１、（ｄ）差動増幅回路２８ａ（１）から出力される出力信号Ｖｏｕｔ１、（ｅ）ＴＩＡ２３ａ（２）から出力される出力電圧Ｖｔｐ２、（ｆ）ＴＩＡ２３ｂ（２）から出力される出力電圧Ｖｔｎ２、及び（ｇ）差動増幅回路２８ａ（２）から出力される出力信号Ｖｏｕｔ２、の時間波形を模式的に示す図である。

【0050】

本実施形態の光検出回路２Ａでは、ＰＤ２２ａ（１）に光パルスが入射すると、ＰＤ２２ａ（１）からパルスＰ１を含む電流Ｊｉｎ１が出力される（図５の（ａ））。このパルスＰ１を含む電流Ｊｉｎ１は、ワイヤ２５（１）を通って信号生成回路２８（１）のＴＩＡ２３ａ（１）に入力される。そして、ＴＩＡ２３ａ（１）において、光パルスの光強度に応じたパルスＰ２を含む電圧信号Ｖｔｐ１が生成される（図５の（ｂ））。一方、信号生成回路２８（１）のＴＩＡ２３ｂ（１）にはパルスを含む電流が入力されないので、ＴＩＡ２３ｂ（１）から出力される電圧信号Ｖｔｎ１にはパルスは含まれない（図５の（ｃ））。その結果、差動増幅回路２８ａ（１）からは、光パルスの光強度に応じたパルスＰ３を含む出力信号Ｖｏｕｔ１が出力される（図５の（ｄ））。

【0051】

このとき、ワイヤ２５（１）の電位が僅かに変動する。したがって、ＰＤ２２ａ（１）から出力された電流Ｊｉｎ１の一部が寄生容量２６及びワイヤ２５（２）を通って信号生成回路２８（２）のＴＩＡ２３ａ（２）に入力される。そして、ＴＩＡ２３ａ（２）において、クロストーク波形Ｐ４を含む電圧信号Ｖｔｐ２が生成される（図５の（ｅ））。一方、ＰＤ２２ａ（１）から出力された電流の別の一部が、回路要素２７（１）を通じて信号生成回路２８（２）のＴＩＡ２３ｂ（２）に入力される。そして、ＴＩＡ２３ｂ（２）において、擬似クロストーク波形Ｐ５を含む電圧信号Ｖｔｎ２が生成される（図５の（ｆ））。差動増幅回路２８ａ（２）からは、これらの電圧信号Ｖｔｐ２及び電圧信号Ｖｔｎ２の差に応じた出力信号Ｖｏｕｔ２が出力される（図５の（ｇ））。このとき、クロストーク波形Ｐ４は擬似クロストーク波形Ｐ５によって相殺又は低減され、出力信号Ｖｏｕｔ２においてクロストーク波形は生じないか又は小さくなる。

【0052】

ＰＤ２２ａ（２）に光パルスが入射した場合も上記と同様である。すなわち、ＰＤ２２ａ（２）に光パルスが入射すると、ＰＤ２２ａ（２）からパルスを含む電流が出力される。この電流は、ワイヤ２５（２）を通って信号生成回路２８（２）のＴＩＡ２３ａ（２）に入力される。そして、ＴＩＡ２３ａ（２）において、光パルスの光強度に応じたパルスを含む電圧信号Ｖｔｐ２が生成される。一方、信号生成回路２８（２）のＴＩＡ２３ｂ（２）にはパルスを含む電流が入力されないので、ＴＩＡ２３ｂ（２）から出力される電圧信号Ｖｔｎ２にはパルスは含まれない。その結果、差動増幅回路２８ａ（２）からは、光パルスの光強度に応じたパルスを含む出力信号Ｖｏｕｔ２が出力される。

【0053】

このとき、ワイヤ２５（２）の電位が僅かに変動する。したがって、ＰＤ２２ａ（２）から出力された電流の一部が寄生容量２６及びワイヤ２５（１）を通って信号生成回路２８（１）のＴＩＡ２３ａ（１）に入力される。そして、ＴＩＡ２３ａ（１）において、クロストーク波形を含む電圧信号Ｖｔｐ１が生成される。一方、ＰＤ２２ａ（２）から出力された電流の別の一部が、回路要素２７（２）を通じて信号生成回路２８（１）のＴＩＡ２３ｂ（１）に入力される。そして、ＴＩＡ２３ｂ（１）において、擬似クロストーク波形を含む電圧信号Ｖｔｎ１が生成される。差動増幅回路２８ａ（１）からは、これらの電圧信号Ｖｔｐ１及び電圧信号Ｖｔｎ１の差に応じた出力信号Ｖｏｕｔ１が出力される。このとき、クロストーク波形は擬似クロストーク波形によって相殺又は低減され、出力信号Ｖｏｕｔ１においてクロストーク波形は生じないか又は小さくなる。

【0054】

このように、本実施形態の光検出回路２Ａによれば、寄生容量２６に起因するクロストークを低減できる。なお、本実施形態では、寄生容量２６が、ＰＤ２２ａ（１）とＰＤ２２ａ（２）との間の寄生容量Ｃ１、及びワイヤ２５（１）とワイヤ２５（２）との間の寄生容量Ｃ２の和（Ｃ１＋Ｃ２）である場合を例示した。しかしながら、例えばＰＤ２２ａ（１）とＰＤ２２ａ（２）とがモノリシックに集積されておらず別個の素子であるような場合には、寄生容量２６はワイヤ２５（１）とワイヤ２５（２）との間の寄生容量Ｃ２のみからなってもよい。その場合、回路要素２７（１）及び回路要素２７（２）の各容量は、寄生容量Ｃ２の２倍よりも小さいことが好ましく、寄生容量Ｃ２の０．１倍よりも大きいことが好ましく、一例では、寄生容量Ｃ２と等しい。或いは、例えばワイヤ２５（１）とワイヤ２５（２）とが互いに隣り合っていない又は互いに沿っている部分が無いような場合には、寄生容量２６はＰＤ２２ａ（１）とＰＤ２２ａ（２）との間の寄生容量Ｃ１のみからなってもよい。その場合、回路要素２７（１）及び回路要素２７（２）の各容量は、寄生容量Ｃ１の２倍よりも小さいことが好ましく、寄生容量Ｃ１の０．１倍よりも大きいことが好ましく、一例では、寄生容量Ｃ１と等しい。

【0055】

図８は、ＰＤ２２ａ（１）に光パルスが入力された場合の、本実施形態の光検出回路２Ａ及び比較例の光検出回路１００の動作に関するシミュレーション結果を示すグラフである。図８（ａ）は、光パルスに対応するパルスＰ３を含む出力信号Ｖｏｕｔ１の時間波形を示す。図８（ｂ）のグラフＧ１は、本実施形態の光検出回路２Ａにおける出力信号Ｖｏｕｔ２の時間波形を示す。図８（ｂ）のグラフＧ２は、比較例の光検出回路１００における出力信号Ｖｏｕｔ２の時間波形を示す。図８（ｂ）のグラフＧ２を参照すると、比較例の光検出回路１００においては、出力信号Ｖｏｕｔ２にクロストーク波形が生じていることがわかる。これに対し、図８（ｂ）のグラフＧ１を参照すると、本実施形態の光検出回路２Ａにおいては、出力信号Ｖｏｕｔ２にクロストーク波形は生じないことがわかる。

【0056】

なお、このシミュレーションでは、回路要素２７（１）及び回路要素２７（２）の各容量が寄生容量と等しいと仮定しているが、現実には、寄生容量の正確な大きさを知ることは難しく、また寄生容量の大きさは個々の計測装置１毎に僅かに異なる。しかしながら、回路要素２７（１）及び回路要素２７（２）の各容量が寄生容量と異なっていても、クロストーク波形の少なくとも一部が擬似クロストーク波形によって相殺されることで、クロストーク波形を小さくすることができる。

【0057】

本実施形態のように、ＰＤ２２ａ（１）及びＰＤ２２ａ（２）は共通基板２２１にモノリシックに形成されてもよい。この場合、ＰＤ２２ａ（１）とＰＤ２２ａ（２）との間には寄生容量が生じ易い。従って、本実施形態の光検出回路２Ａの構成が特に有効である。

【0058】

本実施形態のように、ワイヤ２５（１）及びワイヤ２５（２）は互いに沿って配設された部分を有してもよい。この場合、ワイヤ２５（１）とワイヤ２５（２）との間には寄生容量が生じ易い。従って、本実施形態の光検出回路２Ａの構成が特に有効である。

【0059】

本実施形態のように、回路要素２７（１）及び回路要素２７（２）の各容量は、ＰＤ２２ａ（１）とＰＤ２２ａ（２）との間の寄生容量、及びワイヤ２５（１）とワイヤ２５（２）との間の寄生容量の和と等しくてもよい。この場合、回路要素２７（１）を通じて受ける電流の大きさが、ワイヤ２５（１）を通じて受けるクロストークとしての電流の大きさとほぼ等しくなる。故に、クロストークをほぼゼロに近づけることができる。

【0060】

本実施形態のように、回路要素２７（１）及び回路要素２７（２）の各容量は、ＰＤ２２ａ（１）とＰＤ２２ａ（２）との間の寄生容量、及びワイヤ２５（１）とワイヤ２５（２）との間の寄生容量の和の２倍よりも小さくてもよい。この場合、クロストークを効果的に低減することができる。また、本実施形態のように、回路要素２７（１）及び回路要素２７（２）の各容量は、ＰＤ２２ａ（１）とＰＤ２２ａ（２）との間の寄生容量、及びワイヤ２５（１）とワイヤ２５（２）との間の寄生容量の和の０．１倍よりも大きくてもよい。この場合、クロストークを効果的に低減することができる。なお、これらの各場合において、ＰＤ２２ａ（１）とＰＤ２２ａ（２）との間の寄生容量、及びワイヤ２５（１）とワイヤ２５（２）との間の寄生容量のいずれか一方はゼロであってもよい。

【0061】

なお、回路要素２７（１）及び回路要素２７（２）の各容量は、ＰＤ２２ａ（１）とＰＤ２２ａ（２）との間の寄生容量によって生じるクロストーク成分、及びワイヤ２５（１）とワイヤ２５（２）との間の寄生容量によって生じるクロストーク成分の和（すなわち図５（ｅ）に示されるクロストーク波形Ｐ４）の２倍よりも小さい信号（擬似クロストーク波形Ｐ５）が差動増幅回路２８ａ（１）又は２８ａ（２）において生じる大きさに設定されてもよい。この場合、クロストークを効果的に低減することができる。また、回路要素２７（１）及び回路要素２７（２）の各容量は、上記クロストーク成分の和（クロストーク波形Ｐ４）の０．１倍よりも大きい信号（擬似クロストーク波形Ｐ５）が差動増幅回路２８ａ（１）又は２８ａ（２）において生じる大きさに設定されてもよい。この場合、クロストークを効果的に低減することができる。これらの各場合において、ＰＤ２２ａ（１）とＰＤ２２ａ（２）との間の寄生容量によって生じるクロストーク成分、及びワイヤ２５（１）とワイヤ２５（２）との間の寄生容量によって生じるクロストーク成分のいずれか一方はゼロであってもよい。

【0062】

本実施形態のように、信号生成回路２８（１）は、ワイヤ２５（１）を通じて受けた電流を電圧信号Ｖｔｐ１に変換するＴＩＡ２３ａ（１）と、回路要素２７（２）を通じて受けた電流を電圧信号Ｖｔｎ１に変換するＴＩＡ２３ｂ（１）と、電圧信号Ｖｔｐ１と電圧信号Ｖｔｎ１との差に応じた出力信号Ｖｏｕｔ１を生成する差動増幅回路２８ａ（１）と、を有してもよい。また、信号生成回路２８（２）は、ワイヤ２５（２）を通じて受けた電流を電圧信号Ｖｔｐ２に変換するＴＩＡ２３ａ（２）と、回路要素２７（１）を通じて受けた電流を電圧信号Ｖｔｎ２に変換するＴＩＡ２３ｂ（２）と、電圧信号Ｖｔｐ２と電圧信号Ｖｔｎ２との差に応じた出力信号Ｖｏｕｔ２を生成する差動増幅回路２８ａ（２）と、を有してもよい。例えばこのような構成を信号生成回路２８（１）及び２８（２）が有することによって、ワイヤ２５（１）を通じて受けた電流と回路要素２７（２）を通じて受けた電流との差に応じた出力信号Ｖｏｕｔ１、及びワイヤ２５（２）を通じて受けた電流と回路要素２７（１）を通じて受けた電流との差に応じた出力信号Ｖｏｕｔ２を生成することができる。

【0063】

図９は、ＰＤ２２ａの個数Ｎが３以上（図示例ではＮ＝４）である場合の、光検出回路２Ｂの構成を示す回路図である。ＰＤ２２ａの個数が増えても、個々のＰＤ２２ａに関連する構成は図４に示した光検出回路２Ａと同様である。すなわち、この光検出回路２Ｂは、ＰＤ２２ａ（１）～ＰＤ２２ａ（Ｎ）と、ワイヤ２５（１）～２５（Ｎ）と、寄生容量２６（１）～２６（Ｎ－１）と、回路要素２７（１）～２７（Ｎ）と、信号生成回路２８（１）～２８（Ｎ）と、バイアス電源４１とを備える。但し、回路要素２７（２）～２７（Ｎ－１）はそれぞれ２つずつ設けられている。

【0064】

ＰＤ２２ａ（１）～ＰＤ２２ａ（Ｎ）のうちいずれかのＰＤを本実施形態における第１フォトダイオードと定義すると、そのＰＤと隣り合うＰＤが第２フォトダイオードに相当する。以下、第ｎ番目のＰＤ２２ａ（ｎ）を第１フォトダイオードとして説明する。この場合、ＰＤ２２ａ（ｎ＋１）及びＰＤ２２ａ（ｎ－１）（ｎが１である場合はＰＤ２２ａ（ｎ＋１）のみ、ｎがＮである場合はＰＤ２２ａ（ｎ－１）のみ）は、本実施形態における第２フォトダイオードである。ワイヤ２５（ｎ）は本実施形態における第１配線であり、ワイヤ２５（ｎ＋１）及び２５（ｎ－１）（ｎが１である場合はワイヤ２５（ｎ＋１）のみ、ｎがＮである場合はワイヤ２５（ｎ－１）のみ）は本実施形態における第２配線である。回路要素２７（ｎ）は本実施形態における第１回路要素であり、回路要素２７（ｎ＋１）及び２７（ｎ－１）（ｎが１である場合は回路要素２７（ｎ＋１）のみ、ｎがＮである場合は回路要素２７（ｎ－１）のみ）は本実施形態における第２回路要素である。

【0065】

信号生成回路２８（ｎ）は本実施形態における第１回路であり、信号生成回路２８（ｎ＋１）及び２８（ｎ－１）（ｎが１である場合は信号生成回路２８（ｎ＋１）のみ、ｎがＮである場合は信号生成回路２８（ｎ－１）のみ）は本実施形態における第２回路である。信号生成回路２８（ｎ）は、シングルエンド入力型のＴＩＡ２３ａ（ｎ）及び２３ｂ（ｎ）と、差動増幅回路２８ａ（ｎ）とを有する。ＴＩＡ２３ａ（ｎ）及びＴＩＡ２３ｂ（ｎ）は、それぞれ本実施形態における第１ＴＩＡ及び第２ＴＩＡである。

【0066】

バイアス電源４１の負電極は、ＰＤ２２ａ（１）～２２ａ（Ｎ）の各アノードに接続されている。バイアス電源４１の正電極は、接地電位線（基準電位線）に接続されている。バイアス電源４１は、ＰＤ２２ａ（１）～２２ａ（Ｎ）に対して負のバイアス電圧を供給する。なお、ＰＤ２２ａ（１）～２２ａ（Ｎ）の各アノードは、バイアス電源４１との接続のための実質的に抵抗がゼロである配線を介して、互いに接続されている。ＰＤ２２ａ（ｎ）の出力端は、ワイヤ２５（ｎ）を介してＴＩＡ２３ａ（ｎ）の入力端と接続されている。

【0067】

寄生容量２６（ｎ）は、ＴＩＡ２３ａ（ｎ）の入力端とＴＩＡ２３ａ（ｎ＋１）の入力端との間に生じる寄生容量である。寄生容量２６（ｎ）の大きさは、ＰＤ２２ａ（ｎ）とＰＤ２２ａ（ｎ＋１）との間の寄生容量Ｃ１と、ワイヤ２５（ｎ）とワイヤ２５（ｎ＋１）との間の寄生容量Ｃ２の和（Ｃ１＋Ｃ２）とほぼ等しい。ＰＤ２２ａ（ｎ）とＰＤ２２ａ（ｎ＋１）との間の寄生容量Ｃ１は、互いに隣り合うＰＤ２２ａ（ｎ）とＰＤ２２ａ（ｎ＋１）とが、図３に示された共通基板２２１及び半導体層２２２を介して容量的に結合することによって主に生じる。ワイヤ２５（ｎ）とワイヤ２５（ｎ＋１）との間の寄生容量Ｃ２は、互いに隣り合うワイヤ２５（ｎ）とワイヤ２５（ｎ＋１）とが、図２に示されたように互いに沿って（平行に）配設されることにより主に生じる。

【0068】

回路要素２７（ｎ）は、容量性の回路要素である。回路要素２７（ｎ）の容量値及び具体的な構成は、図４に示された回路要素２７（１）及び回路要素２７（２）と同様である。回路要素２７（ｎ）の一端は、ＰＤ２２ａ（ｎ）の出力端と電気的に接続されている。図示例では、回路要素２７（ｎ）の一端はワイヤ２５（ｎ）を介してＰＤ２２ａ（ｎ）の出力端と接続されているが、回路要素２７（ｎ）の一端はワイヤ２５（ｎ）を介さずにＰＤ２２ａ（ｎ）の出力端と接続されてもよい。ｎが１及びＮの何れでもない場合、一つの回路要素２７（ｎ）の他端はＴＩＡ２３ｂ（ｎ－１）の入力端と電気的に接続され、別の回路要素２７（ｎ）の他端はＴＩＡ２３ｂ（ｎ＋１）の入力端と電気的に接続されている。回路要素２７（１）の他端はＴＩＡ２３ｂ（２）の入力端と電気的に接続されている。回路要素２７（Ｎ）の他端はＴＩＡ２３ｂ（Ｎ－１）の入力端と電気的に接続されている。

【0069】

信号生成回路２８（ｎ）は、ＰＤ２２ａ（ｎ）の出力端とワイヤ２５（ｎ）を介して電気的に接続されるとともに、回路要素２７（ｎ－１）及び２７（ｎ＋１）の各他端と電気的に接続されている。信号生成回路２８（ｎ）は、ワイヤ２５（ｎ）を通じて受けた電流と、回路要素２７（ｎ－１）を通じて受けた電流又は回路要素２７（ｎ＋１）を通じて受けた電流との差に応じた出力信号Ｖｏｕｔ（ｎ）を生成する。

【0070】

ＴＩＡ２３ａ（ｎ）は、前述したＮ個のＴＩＡ２３ａのうちの一つである。ＴＩＡ２３ａ（ｎ）は、ワイヤ２５（ｎ）を通じて受けた電流を、電圧信号Ｖｔｐ（ｎ）に変換する。ＴＩＡ２３ａ（ｎ）の出力端は、差動増幅回路２８ａ（ｎ）の正相入力端と接続されている。ＴＩＡ２３ｂ（ｎ）は、前述したＮ個のＴＩＡ２３ａとは別に設けられるＴＩＡである。ＴＩＡ２３ｂ（ｎ）は、回路要素２７（ｎ－１）を通じて受けた電流及び回路要素２７（ｎ＋１）を通じて受けた電流を電圧信号Ｖｔｎ（ｎ）に変換する。ＴＩＡ２３ｂ（ｎ）の出力端は、差動増幅回路２８ａ（ｎ）の逆相入力端と接続されている。差動増幅回路２８ａ（ｎ）は、ＴＩＡ２３ａ（ｎ）から出力された電圧信号Ｖｔｐ（ｎ）と、ＴＩＡ２３ｂ（ｎ）から出力された電圧信号Ｖｔｎ（ｎ）との差に応じた（例えば比例する）出力信号Ｖｏｕｔ（ｎ）を出力する。なお、ＴＩＡ２３ｂ（ｎ）及び差動増幅回路２８ａ（ｎ）は、ＴＩＡアレイ２３に内蔵されてもよく、ＴＩＡアレイ２３とは別個に設けられてもよい。

【0071】

図１０を参照しながら、光検出回路２Ｂの動作を説明する。光検出回路２Ｂでは、ＰＤ２２ａ（ｎ）に光パルスＰＬが入射すると、ＰＤ２２ａ（ｎ）からパルスを含む電流Ｊｉｎ（ｎ）が出力される（図１０には代表して電流Ｊｉｎ（２）を破線で示す）。この電流Ｊｉｎ（ｎ）は、ワイヤ２５（ｎ）を通って信号生成回路２８（ｎ）のＴＩＡ２３ａ（ｎ）に入力される。そして、ＴＩＡ２３ａ（ｎ）において、光パルスＰＬの光強度に応じたパルスを含む電圧信号Ｖｔｐ（ｎ）が生成される（図５（ｂ））。一方、信号生成回路２８（ｎ）のＴＩＡ２３ｂ（ｎ）にはパルスを含む電流が入力されないので、ＴＩＡ２３ｂ（ｎ）から出力される電圧信号Ｖｔｎ（ｎ）にはパルスは含まれない（図５（ｃ））。その結果、差動増幅回路２８ａ（ｎ）からは、光パルスＰＬの光強度に応じたパルスを含む出力信号Ｖｏｕｔ（ｎ）が出力される（図５（ｄ））。

【0072】

このとき、ワイヤ２５（ｎ）の電位が僅かに変動する。したがって、ｎが１及びＮのいずれでもない場合、ＰＤ２２ａ（ｎ）から出力された電流Ｊｉｎ（ｎ）の一部Ｊａ（ｎ）が、寄生容量２６（ｎ－１）及びワイヤ２５（ｎ－１）を通って信号生成回路２８（ｎ－１）のＴＩＡ２３ａ（ｎ－１）に入力され、電流Ｊｉｎ（ｎ）の別の一部Ｊｂ（ｎ）が、寄生容量２６（ｎ）及びワイヤ２５（ｎ＋１）を通って信号生成回路２８（ｎ＋１）のＴＩＡ２３ａ（ｎ＋１）に入力される（図１０には代表して一部Ｊａ（２）及びＪｂ（２）を破線で示す）。そして、ＴＩＡ２３ａ（ｎ－１）において、クロストーク波形を含む電圧信号Ｖｔｐ（ｎ－１）が生成され、ＴＩＡ２３ａ（ｎ＋１）において、クロストーク波形を含む電圧信号Ｖｔｐ（ｎ＋１）が生成される（図５（ｅ））。また、ＰＤ２２ａ（ｎ）から出力された電流Ｊｉｎ（ｎ）の更に別の一部Ｊｃ（ｎ）が、２つの回路要素２７（ｎ）のうち一方を通じて信号生成回路２８（ｎ－１）のＴＩＡ２３ｂ（ｎ－１）に入力され、電流Ｊｉｎ（ｎ）の更に別の一部Ｊｄ（ｎ）が、２つの回路要素２７（ｎ）のうち他方を通じて信号生成回路２８（ｎ＋１）のＴＩＡ２３ｂ（ｎ＋１）に入力される（図１０には代表して一部Ｊｃ（２）及びＪｄ（２）を破線で示す）。そして、ＴＩＡ２３ｂ（ｎ－１）において、擬似クロストーク波形を含む電圧信号Ｖｔｎ（ｎ－１）が生成され、ＴＩＡ２３ｂ（ｎ＋１）において、擬似クロストーク波形を含む電圧信号Ｖｔｎ（ｎ＋１）が生成される（図５（ｆ））。そして、差動増幅回路２８ａ（ｎ－１）からは、電圧信号Ｖｔｐ（ｎ－１）と電圧信号Ｖｔｎ（ｎ－１）との差に応じた出力信号Ｖｏｕｔ（ｎ－１）が出力され、差動増幅回路２８ａ（ｎ＋１）からは、電圧信号Ｖｔｐ（ｎ＋１）と電圧信号Ｖｔｎ（ｎ＋１）との差に応じた出力信号Ｖｏｕｔ（ｎ＋１）が出力される（図５（ｇ））。このとき、クロストーク波形は擬似クロストーク波形によって相殺又は低減され、出力信号Ｖｏｕｔ（ｎ－１）及びＶｏｕｔ（ｎ＋１）においてクロストーク波形は生じないか又は小さくなる。なお、ｎ＝１である場合には、上記の動作のうち信号生成回路２８（ｎ＋１）に関する動作のみ行われ、ｎ＝Ｎである場合には、上記の動作のうち信号生成回路２８（ｎ－１）に関する動作のみ行われる。このように、光検出回路２Ｂによれば、寄生容量２６（１）～２６（Ｎ－１）に起因するクロストークを低減できる。

【0073】

なお、図１０に示すように、寄生容量２６（２）は寄生容量２６（３）と直列に繋がっているので、電流Ｊｉｎ（２）の一部Ｊｂ（２）が寄生容量２６（２）を通ったのち、更にその一部Ｊｅ（２）が寄生容量２６（３）及びワイヤ２５（４）を通ってＴＩＡ２３ａ（４）に入力される。また、回路要素２７（２）は回路要素２７（４）と直列に繋がっているので、電流Ｊｉｎ（２）の一部Ｊｄ（２）が回路要素２７（２）を通ったのち、更にその一部Ｊｆ（２）が回路要素２７（４）を通ってＴＩＡ２３ａ（４）に入力される。しかしながら、寄生容量２６（２）及び回路要素２７（２）のインピーダンスはＴＩＡ２３ａ（４）の入力インピーダンスよりも格段に大きいので、一部Ｊｅ（２）及びＪｆ（２）は微小となり、無視できる。直列に繋がっている他の寄生容量、及び直列に繋がっている他の回路要素についても同様である。

【0074】

図９に示された光検出回路２Ｂにおいても、ＰＤ２２ａ（１）～２２ａ（Ｎ）は共通基板２２１にモノリシックに形成されてもよい。この場合、隣り合うＰＤ間には寄生容量が生じ易い。従って、光検出回路２Ｂの構成が特に有効である。また、ワイヤ２５（１）～２５（Ｎ）は互いに沿って配設された部分を有してもよい。この場合、隣り合うワイヤ間には寄生容量が生じ易い。従って、光検出回路２Ｂの構成が特に有効である。
（変形例）

【0075】

図１１は、上記実施形態の一変形例に係る光検出回路２Ｃの構成を示す回路図である。この光検出回路２Ｃは、上記実施形態の信号生成回路２８（１）及び２８（２）に代えて、信号生成回路２９（１）及び２９（２）を備える。また、この光検出回路２Ｃは、上記実施形態の他の構成に加えて、更に回路要素３０を備える。その他の構成については上記実施形態の図４と同様なので、詳細な説明を省略する。

【0076】

信号生成回路２９（１）及び２９（２）は、それぞれ本実施形態における第１回路及び第２回路である。信号生成回路２９（１）は、ＰＤ２２ａ（１）の出力端とワイヤ２５（１）を介して電気的に接続されるとともに、回路要素２７（１）の一端と電気的に接続されている。また、信号生成回路２９（１）は、回路要素２７（２）の他端と電気的に接続されるとともに、回路要素３０の一端と電気的に接続されている。信号生成回路２９（１）は、ワイヤ２５（１）を流れる電流と回路要素２７（１）を流れる電流との合計と、回路要素２７（２）を流れる電流と回路要素３０を流れる電流との合計との差に応じた出力信号Ｖｏｕｔ１（第１信号）を生成する。

【0077】

本変形例において、信号生成回路２９（１）はＴＩＡ２３ｃ（１）を含み、信号生成回路２９（２）はＴＩＡ２３ｃ（２）を含む。ＴＩＡ２３ｃ（１）及び２３ｃ（２）は差動入力型のＴＩＡである。ＴＩＡ２３ｃ（１）及び２３ｃ（２）は、図４に示されたＴＩＡ２３ａ（１）及び２３ａ（２）に代えて、ＴＩＡアレイ２３を構成する。ＴＩＡ２３ｃ（１）の正相入力端は、ワイヤ２５（１）を介してＰＤ２２ａ（１）と接続されている。ＴＩＡ２３ｃ（１）の逆相入力端は、回路要素２７（２）の他端と接続されている。ＴＩＡ２３ｃ（２）の正相入力端は、ワイヤ２５（２）を介してＰＤ２２ａ（２）と接続されている。ＴＩＡ２３ｃ（２）の逆相入力端は、回路要素２７（１）の他端と接続されている。

【0078】

回路要素３０は、本変形例における第３回路要素である。回路要素３０は、容量性の回路要素である。回路要素３０が有する容量は、回路要素２７（１）及び２７（２）が有する容量と同様に微小であり、例えば１０ｆＦ～２００ｆＦの範囲内である。回路要素３０は、微小な容量を有するコンデンサ等の容量素子であってもよく、シリコン基板に作成されたシリコンキャパシタであってもよく、配線基板上において絶縁膜を挟んで配置された二枚の導電膜によって構成されてもよく、或いは、僅かな隙間を空けて隣り合う２本の導電線によって構成されてもよい。その他、微小な容量を実現可能な構成であれば、回路要素３０の構成は何ら限定されない。回路要素３０は、例えばＴＩＡアレイ２３の回路基板上に形成される。

【0079】

回路要素３０の容量は、回路要素２７（１）及び２７（２）の容量の２倍よりも小さいことが好ましい。また、回路要素３０の容量は、回路要素２７（１）及び２７（２）の容量の０．１倍よりも大きいことが好ましい。一例では、回路要素３０の容量は、回路要素２７（１）及び２７（２）の一方又は双方の容量と等しい。回路要素３０の一端は、回路要素２７（２）の他端とともに、ＴＩＡ２３ｃ（１）の逆相入力端と電気的に接続されている。回路要素３０の他端は、回路要素２７（１）の他端とともに、ＴＩＡ２３ｃ（２）の逆相入力端と電気的に接続されている。

【0080】

図１２を参照しながら、光検出回路２Ｃの動作を説明する。光検出回路２Ｃにおいて、ＰＤ２２ａ（１）に光パルスが入射すると、ＰＤ２２ａ（１）からパルスを含む電流Ｊｉｎ１が出力される。この電流Ｊｉｎ１は、ワイヤ２５（１）を通ってＴＩＡ２３ｃ（１）の正相入力端に入力される。一方、ＴＩＡ２３ｃ（１）の逆相入力端にはパルスを含む電流は入力されない。したがって、ＴＩＡ２３ｃ（１）からは、光パルスの光強度に応じたパルスを含む出力信号Ｖｏｕｔ１が出力される。

【0081】

このとき、ワイヤ２５（１）の電位が僅かに変動する。したがって、ＰＤ２２ａ（１）から出力された電流Ｊｉｎ１の一部Ｊａ１が寄生容量２６及びワイヤ２５（２）を通ってＴＩＡ２３ｃ（２）の正相入力端に入力される。また、ＰＤ２２ａ（１）から出力された電流の別の一部Ｊｃ１が、回路要素２７（１）を通じてＴＩＡ２３ｃ（２）の逆相入力端に入力される。ＴＩＡ２３ｃ（２）からは、一部Ｊａ１及びＪｃ１の差に応じた出力信号Ｖｏｕｔ２が出力される。このとき、一部Ｊａ１に含まれるクロストーク波形は、一部Ｊｃ１に含まれる擬似クロストーク波形によって相殺又は低減される。したがって、出力信号Ｖｏｕｔ２においてクロストーク波形は生じないか又は小さくなる。

【0082】

ＰＤ２２ａ（２）に光パルスが入射した場合も上記と同様である。すなわち、ＰＤ２２ａ（２）に光パルスが入射すると、ＰＤ２２ａ（２）からパルスを含む電流が出力される。この電流は、ワイヤ２５（２）を通ってＴＩＡ２３ｃ（２）の正相入力端に入力される。一方、ＴＩＡ２３ｃ（２）の逆相入力端にはパルスを含む電流は入力されない。したがって、ＴＩＡ２３ｃ（２）からは、光パルスの光強度に応じたパルスを含む出力信号Ｖｏｕｔ２が出力される。

【0083】

このとき、ワイヤ２５（２）の電位が僅かに変動する。したがって、ＰＤ２２ａ（２）から出力された電流の一部が寄生容量２６及びワイヤ２５（１）を通ってＴＩＡ２３ｃ（１）の正相入力端に入力される。また、ＰＤ２２ａ（２）から出力された電流の別の一部が、回路要素２７（２）を通じてＴＩＡ２３ｃ（１）の逆相入力端に入力される。ＴＩＡ２３ｃ（１）からは、これらの電流の差に応じた出力信号Ｖｏｕｔ１が出力される。このとき、ＴＩＡ２３ｃ（１）の正相入力端に入力された電流に含まれるクロストーク波形は、ＴＩＡ２３ｃ（１）の逆相入力端に入力された電流に含まれる擬似クロストーク波形によって相殺又は低減される。したがって、出力信号Ｖｏｕｔ１においてクロストーク波形は生じないか又は小さくなる。

【0084】

このように、本変形例の光検出回路２Ｃによれば、寄生容量２６に起因するクロストークを低減できる。

【0085】

ここで、差動入力型のＴＩＡは、正相入力端に電流が入力されると正相入力端の電位が変動するが、それに加えて逆相入力端の電位も変動するという性質を有する。すなわち、ＰＤ２２ａ（１）から電流が出力されたときには、ＴＩＡ２３ｃ（１）の正相入力端の電位が僅かに変動するが、これに加えてＴＩＡ２３ｃ（１）の逆相入力端の電位も変動する。これにより、回路要素２７（２）を通って、クロストーク電流Ｊｇ１がＴＩＡ２３ｃ（２）の正相入力端に入力される。しかしながら本変形例では、ＴＩＡ２３ｃ（１）の逆相入力端とＴＩＡ２３ｃ（２）の逆相入力端との間に、回路要素３０が接続されている。この回路要素３０を通って、擬似クロストーク電流Ｊｉ１がＴＩＡ２３ｃ（２）の逆相入力端に入力される。したがって、ＴＩＡ２３ｃ（２）において、クロストーク電流Ｊｇ１は擬似クロストーク電流Ｊｉ１によって相殺又は低減されるので、出力信号Ｖｏｕｔ２においてクロストーク波形は生じないか又は小さくなる。ＰＤ２２ａ（２）から電流が出力されたときも同様である。このように、ＴＩＡ２３ｃ（１）の逆相入力端とＴＩＡ２３ｃ（２）の逆相入力端との間に回路要素３０が接続されることにより、回路要素２７（１）及び２７（２）に起因するクロストーク電流の少なくとも一部を相殺することができる。

【0086】

図１３は、ＰＤ２２ａの個数Ｎが３以上（図示例ではＮ＝４）である場合の、光検出回路２Ｄの構成を示す回路図である。ＰＤ２２ａの個数が増えても、個々のＰＤ２２ａに関連する構成は図１１に示した光検出回路２Ｃと同様である。すなわち、この光検出回路２Ｄは、ＰＤ２２ａ（１）～ＰＤ２２ａ（Ｎ）と、ワイヤ２５（１）～２５（Ｎ）と、寄生容量２６（１）～２６（Ｎ－１）と、回路要素２７（１）～２７（Ｎ）と、回路要素３０（１）～３０（Ｎ－１）と、信号生成回路２９（１）～２９（Ｎ）と、バイアス電源４１とを備える。但し、回路要素２７（２）～２７（Ｎ－１）はそれぞれ２つずつ設けられている。以下、前述した光検出回路２Ｂ（図９）との相違点を主に説明する。

【0087】

第ｎ番目のＰＤ２２ａ（ｎ）を第１フォトダイオードと定義すると、信号生成回路２９（ｎ）は本変形例における第１回路であり、信号生成回路２９（ｎ－１）及び２９（ｎ＋１）は本変形例における第２回路である。信号生成回路２９（ｎ）は、ＰＤ２２ａ（ｎ）の出力端とワイヤ２５（ｎ）を介して電気的に接続されるとともに、回路要素２７（ｎ－１）及び２７（ｎ＋１）の各他端と電気的に接続されている。信号生成回路２９（ｎ）は、ワイヤ２５（ｎ）を通じて受けた電流と、回路要素２７（ｎ－１）又は２７（ｎ＋１）を通じて受けた電流との差に応じた出力信号Ｖｏｕｔ（ｎ）を生成する。

【0088】

信号生成回路２９（１）～２９（Ｎ）は、ＴＩＡ２３ｃ（１）～２３ｃ（Ｎ）をそれぞれ含む。ＴＩＡ２３ｃ（１）～２３ｃ（Ｎ）は差動入力型のＴＩＡである。ＴＩＡ２３ｃ（１）～２３ｃ（Ｎ）は、図９に示されたＴＩＡ２３ａ（１）～２３ａ（Ｎ）に代えて、ＴＩＡアレイ２３を構成する。ＴＩＡ２３ｃ（ｎ）の正相入力端は、ワイヤ２５（ｎ）を介してＰＤ２２ａ（ｎ）と接続されている。ｎが１及びＮの何れでもない場合、ＴＩＡ２３ｃ（ｎ）の逆相入力端は、回路要素２７（ｎ－１）及び２７（ｎ＋１）の各他端と接続されている。ＴＩＡ２３ｃ（１）の逆相入力端は回路要素２７（２）の他端と接続されている。ＴＩＡ２３ｃ（Ｎ）の逆相入力端は回路要素２７（Ｎ－１）の他端と接続されている。

【0089】

回路要素３０（１）～３０（Ｎ）は、本変形例における第３回路要素である。回路要素３０（１）～３０（Ｎ）の容量値及び具体的構成は、前述した回路要素３０と同様である。回路要素３０（ｎ）の一端は、ＴＩＡ２３ｃ（ｎ）の逆相入力端と電気的に接続されている。回路要素３０（ｎ）の他端は、ＴＩＡ２３ｃ（ｎ＋１）の逆相入力端と電気的に接続されている。

【0090】

図１４を参照しながら、光検出回路２Ｄの動作を説明する。ＰＤ２２ａ（ｎ）に光パルスが入射すると、ＰＤ２２ａ（ｎ）からパルスを含む電流Ｊｉｎ（ｎ）が出力される（図１４には代表して電流Ｊｉｎ（２）を破線で示す）。この電流Ｊｉｎ（ｎ）は、ワイヤ２５（ｎ）を通ってＴＩＡ２３ｃ（ｎ）の正相入力端に入力される。一方、ＴＩＡ２３ｃ（ｎ）の逆相入力端にはパルスを含む電流は入力されない。したがって、ＴＩＡ２３ｃ（ｎ）からは、光パルスの光強度に応じたパルスを含む出力信号Ｖｏｕｔ（ｎ）が出力される。

【0091】

このとき、ワイヤ２５（ｎ）の電位が僅かに変動する。したがって、ＰＤ２２ａ（ｎ）から出力された電流Ｊｉｎ（ｎ）の一部Ｊａ（ｎ）が寄生容量２６（ｎ－１）及びワイヤ２５（ｎ－１）を通ってＴＩＡ２３ｃ（ｎ－１）の正相入力端に入力される。また、ＰＤ２２ａ（ｎ）から出力された電流Ｊｉｎ（ｎ）の別の一部Ｊｂ（ｎ）が寄生容量２６（ｎ）及びワイヤ２５（ｎ＋１）を通ってＴＩＡ２３ｃ（ｎ＋１）の正相入力端に入力される。なお、図１４には代表して一部Ｊａ（２）及びＪｂ（２）を破線で示す。

【0092】

また、ｎが１及びＮのいずれでもない場合、ＰＤ２２ａ（ｎ）から出力された電流Ｊｉｎ（ｎ）の更に別の一部Ｊｃ（ｎ）が、２つの回路要素２７（ｎ）の一方を通じてＴＩＡ２３ｃ（ｎ－１）の逆相入力端に入力され、電流Ｊｉｎ（ｎ）の更に別の一部Ｊｄ（ｎ）が、２つの回路要素２７（ｎ）の他方を通じてＴＩＡ２３ｃ（ｎ＋１）の逆相入力端に入力される（図１４には代表して一部Ｊｃ（２）及びＪｄ（２）を破線で示す）。ＴＩＡ２３ｃ（ｎ－１）からは、一部Ｊａ（ｎ）と一部Ｊｃ（ｎ）との差に応じた出力信号Ｖｏｕｔ（ｎ－１）が出力される。ＴＩＡ２３ｃ（ｎ＋１）からは、一部Ｊｂ（ｎ）と一部Ｊｄ（ｎ）との差に応じた出力信号Ｖｏｕｔ（ｎ＋１）が出力される。このとき、一部Ｊａ（ｎ）及びＪｂ（ｎ）に含まれるクロストーク波形は、一部Ｊｃ（ｎ）及びＪｄ（ｎ）に含まれる擬似クロストーク波形によってそれぞれ相殺又は低減される。したがって、出力信号Ｖｏｕｔ（ｎ－１）及びＶｏｕｔ（ｎ＋１）においてクロストーク波形は生じないか又は小さくなる。なお、ｎ＝１である場合には、上記の動作のうちＴＩＡ２３ｃ（ｎ＋１）に関する動作のみ行われ、ｎ＝Ｎである場合には、上記の動作のうちＴＩＡ２３ｃ（ｎ－１）に関する動作のみ行われる。このように、光検出回路２Ｄによれば、寄生容量２６（１）～２６（Ｎ－１）に起因するクロストークを低減できる。

【0093】

また、前述したように、差動入力型のＴＩＡは、一方の入力端の電位変動の影響を受けて他方の入力端の電位が変動する性質を有する。すなわち、ＰＤ２２ａ（ｎ）から電流Ｊｉｎ（ｎ）が出力されたときには、ＴＩＡ２３ｃ（ｎ）の正相入力端の電位が僅かに変動するが、その影響を受けて、ＴＩＡ２３ｃ（ｎ）の逆相入力端の電位も変動する。これにより、回路要素２７（ｎ－１）を通って、クロストーク電流Ｊｇ（ｎ）がＴＩＡ２３ｃ（ｎ－１）の正相入力端に入力され、また、回路要素２７（ｎ＋１）を通って、クロストーク電流Ｊｈ（ｎ）がＴＩＡ２３ｃ（ｎ＋１）の正相入力端に入力される。しかしながら本変形例では、ＴＩＡ２３ｃ（ｎ－１）の逆相入力端とＴＩＡ２３ｃ（ｎ）の逆相入力端との間に回路要素３０（ｎ－１）が接続され、ＴＩＡ２３ｃ（ｎ）の逆相入力端とＴＩＡ２３ｃ（ｎ＋１）の逆相入力端との間に回路要素３０（ｎ）が接続されている。したがって、回路要素３０（ｎ－１）を通って、擬似クロストーク電流Ｊｉ（ｎ）がＴＩＡ２３ｃ（ｎ－１）の逆相入力端に入力され、回路要素３０（ｎ）を通って、擬似クロストーク電流Ｊｊ（ｎ）がＴＩＡ２３ｃ（ｎ＋１）の逆相入力端に入力される。故に、ＴＩＡ２３ｃ（ｎ－１）においてクロストーク電流Ｊｇ（ｎ）は擬似クロストーク電流Ｊｉ（ｎ）によって相殺又は低減され、ＴＩＡ２３ｃ（ｎ＋１）においてクロストーク電流Ｊｈ（ｎ）は擬似クロストーク電流Ｊｊ（ｎ）によって相殺又は低減される。故に、出力信号Ｖｏｕｔ（ｎ－１）及びＶｏｕｔ（ｎ＋１）において、回路要素３０（ｎ－１）及び３０（ｎ）に起因するクロストーク波形は生じないか又は小さくなる。なお、ｎ＝１である場合には、上記の動作のうちＴＩＡ２３ｃ（ｎ＋１）に関する動作のみ行われ、ｎ＝Ｎである場合には、上記の動作のうちＴＩＡ２３ｃ（ｎ－１）に関する動作のみ行われる。このように、ＴＩＡ２３ｃ（ｎ）の逆相入力端とＴＩＡ２３ｃ（ｎ－１）及び２３ｃ（ｎ＋１）の各逆相入力端との間に回路要素３０（ｎ－１）及び３０（ｎ）がそれぞれ接続されることにより、回路要素２７（ｎ－１）及び２７（ｎ＋１）に起因するクロストーク電流の少なくとも一部を相殺することができる。

【0094】

本開示による光検出回路及び計測装置は、上述した実施形態に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、信号生成回路は、上記実施形態及び変形例において説明された構成に限定されず、或る電流と別の電流との差に応じた出力信号を生成できるものであれば、他に様々な構成を採用できる。

【0095】

また、上記実施形態では電圧信号Ｖｔｐ（ｎ）と電圧信号Ｖｔｎ（ｎ）との差を示す電圧信号を差動増幅回路２８ａ（ｎ）によって生成しているが、電圧信号Ｖｔｐ（ｎ）及びＶｔｎ（ｎ）をＡ／Ｄ変換してデジタル化したのち、制御器８または他のデジタルデバイスにおいて差を演算してもよい。

【符号の説明】

【0096】

１…計測装置、２…光検出回路、２Ａ～２Ｄ…光検出回路、８…制御器、１０…光出射部、１１…ドライバー、１２…パルスレーザ、１３…発光光学系、２０…光検出部、２１…受光光学系、２２…ＰＤアレイ、２３…ＴＩＡアレイ、２３ａ，２３ａ（１）～２３ａ（Ｎ）…ＴＩＡ、２３ｂ（１）～２３ｂ（Ｎ）…ＴＩＡ、２３ｃ（１）～２３ｃ（Ｎ）…ＴＩＡ、２４…Ａ／Ｄ変換器アレイ、２４ａ…Ａ／Ｄ変換器、２５，２５（１）～２５（Ｎ）…ワイヤ、２６，２６（１）～２６（Ｎ－１）…寄生容量、２７（１）～２７（Ｎ）…回路要素、２８（１）～２８（Ｎ），２９（１）～２９（Ｎ）…信号生成回路、２８ａ（１）～２８ａ（Ｎ）…差動増幅回路、３０，３０（１）～３０（Ｎ）…回路要素、４１…バイアス電源、１００…光検出回路、２２１…共通基板、２２２…半導体層、２２３，２２４…半導体領域、２２５，２２６…電極、Ａ…計測対象物、ＰＬ…光パルス、ＰＬ１…レーザ光、ＰＬ２…反射光、Ｖｏｕｔ１，Ｖｏｕｔ２，Ｖｏｕｔ（１）～Ｖｏｕｔ（Ｎ）…出力信号、Ｖｔｐ１，Ｖｔｎ１，Ｖｔｐ２，Ｖｔｎ２，Ｖｔｐ（１）～Ｖｔｐ（Ｎ），Ｖｔｎ（１）～Ｖｔｎ（Ｎ）…電圧信号。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】