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特許7414440測距センサ

書誌要約請求の範囲詳細な説明課題実施例実施するための形態図面の説明

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-01-05

(45)【発行日】2024-01-16

(54)【発明の名称】測距センサ

(51)【国際特許分類】

G01S 7/4861 20200101AFI20240109BHJP

G01S 7/481 20060101ALI20240109BHJP

G01C 3/06 20060101ALI20240109BHJP

H01L 31/10 20060101ALI20240109BHJP

【ＦＩ】

G01S7/4861

G01S7/481 Z

G01C3/06 120Q

G01C3/06 140

H01L31/10 G

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2019169425

(22)【出願日】2019-09-18

(65)【公開番号】P2021047076

(43)【公開日】2021-03-25

【審査請求日】2022-09-07

(73)【特許権者】

【識別番号】316005926

【氏名又は名称】ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】西野辰樹

【審査官】藤脇昌也

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１４－０８１２５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１０１０２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１９／０８７７８３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／０２５０２５７（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｓ７／４８－７／５１

１７／００－１７／９５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光源からの射出光に起因して被測定物から反射される光を受光した際に信号を出力するＳＰＡＤ（Single Photon Avalanche Diode）素子と、
前記ＳＰＡＤ素子のカソードに並列に接続される第１の定電流源および第２の定電流源と、
前記ＳＰＡＤ素子と前記第１の定電流源との間に接続される第１のスイッチと、
前記ＳＰＡＤ素子と前記第２の定電流源との間に接続される第２のスイッチと、
前記ＳＰＡＤ素子および前記第１のスイッチの間と、接地電位との間に接続されるゲーティングスイッチと、
を備える測距センサ。

【請求項2】

光源からの射出光に起因して被測定物から反射される光を受光した際に信号を出力するＳＰＡＤ（Single Photon Avalanche Diode）素子と、
前記ＳＰＡＤ素子のアノードに並列に接続される第１の定電流源および第２の定電流源と、
前記ＳＰＡＤ素子と前記第１の定電流源との間に接続される第１のスイッチと、
前記ＳＰＡＤ素子と前記第２の定電流源との間に接続される第２のスイッチと、
前記ＳＰＡＤ素子および前記第１のスイッチの間と、電源電圧との間に接続されるゲーティングスイッチと、
を備える測距センサ。

【請求項3】

前記被測定物に光を照射する光源と、
前記光源と、前記第１のスイッチと、前記第２のスイッチと、前記ゲーティングスイッチとを制御する制御部とをさらに備え、
前記制御部は、
前記光源の発光動作に同期させて、前記ゲーティングスイッチをオンからオフに切り替える
請求項１に記載の測距センサ。

【請求項4】

前記制御部は、
前記ゲーティングスイッチのオフ動作に同期させて、前記第１のスイッチをオフからオンに切り替え、
前記第１のスイッチをオフからオンに切り替えた後に、前記第２のスイッチをオフからオンに切り替える
請求項３に記載の測距センサ。

【請求項5】

前記制御部は、
前記第２のスイッチをオフからオンに切り替えるまでの間、前記第１のスイッチをオン状態で維持する
請求項４に記載の測距センサ。

【請求項6】

前記制御部は、
前記第２のスイッチをオフからオンに切り替えるまでの間に、前記第１のスイッチをオンからオフに切り替える
請求項４に記載の測距センサ。

【請求項7】

前記被測定物に光を照射する光源と、
前記光源と、前記第１のスイッチと、前記第２のスイッチと、前記ゲーティングスイッチとを制御する制御部とをさらに備え、
前記制御部は、
前記光源を発光させるよりも前に前記ゲーティングスイッチをオンからオフに切り替え、
前記ゲーティングスイッチのオフ動作に同期させて、前記第１のスイッチをオフからオンに切り替え、
前記第１のスイッチをオフからオンに切り替えた後に、前記第２のスイッチをオフからオンに切り替える
請求項１に記載の測距センサ。

【請求項8】

前記第１の定電流源の電流値は、前記第２の定電流源の電流値よりも小さい
請求項１に記載の測距センサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、測距センサに関する。

【背景技術】

【0002】

光を用いて被測定物までの距離を測定する測距方式の一つとして、直接ＴｏＦ(Time of Flight)方式と呼ばれる測距手法が知られている。かかる直接ＴｏＦ方式では、光源から射出された光が被測定物により反射された反射光を受光素子により受光し、光が射出されてから反射光として受光されるまでの時間に基づき対象までの距離を計測する（たとえば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１５－１１７９７０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本開示では、ＳＰＡＤ素子のゲーティング動作を素早くかつ良好に実施することができる測距センサを提案する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示によれば、測距センサが提供される。測距センサは、ＳＰＡＤ（Single Photon Avalanche Diode）素子と、第１の定電流源および第２の定電流源と、第１のスイッチと、第２のスイッチと、ゲーティングスイッチとを備える。ＳＰＡＤ素子は、光源からの射出光に起因して被測定物から反射される光を受光した際に信号を出力する。第１の定電流源および第２の定電流源は、前記ＳＰＡＤ素子のカソードに並列に接続される。第１のスイッチは、前記ＳＰＡＤ素子と前記第１の定電流源との間に接続される。第２のスイッチは、前記ＳＰＡＤ素子と前記第２の定電流源との間に接続される。ゲーティングスイッチは、前記ＳＰＡＤ素子および前記第１のスイッチの間と、接地電位との間に接続される。

【発明の効果】

【0006】

本開示によれば、ＳＰＡＤ素子のゲーティング動作を素早くかつ良好に実施することができる。なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】本開示の各実施形態に適用可能である直接ＴｏＦ方式による測距を模式的に示す図である。

【図2】本開示の各実施形態に適用可能である受光部が受光した時刻に基づく一例のヒストグラムを示す図である。

【図3】実施形態に係る測距装置を用いた電子機器の一例の構成を示すブロック図である。

【図4】実施形態に適用可能な測距装置の一例の構成をより詳細に示すブロック図である。

【図5】本開示の各実施形態に係る測距センサの構成例を示すブロック図である。

【図6】本開示の各実施形態に係る受光部に適用可能であるデバイスの構成の例を示す模式図である。

【図7】本開示の第１実施形態に係るパルス出力部の構成例を示す回路図である。

【図8】本開示の第１実施形態に係るパルス出力部の動作例を示すタイミングチャートである。

【図9】本開示の第１実施形態に係る遅延回路およびパルス生成回路の構成例を示す回路図である。

【図10】本開示の第１実施形態に係る遅延回路およびパルス生成回路の別の構成例を示す回路図である。

【図11】本開示の第２実施形態に係るパルス出力部の構成例を示す回路図である。

【図12】本開示の第２実施形態に係るパルス出力部の動作例を示すタイミングチャートである。

【図13】本開示の第１実施形態の変形例に係るパルス出力部の構成例を示す回路図である。

【図14】本開示の第１実施形態の変形例に係るパルス出力部の動作例を示すタイミングチャートである。

【図15】本開示の第１実施形態の変形例に係るパルス出力部の別の構成例を示す回路図である。

【図16】本開示の第１実施形態の変形例に係るパルス出力部の別の動作例を示すタイミングチャートである。

【図17】本開示の第２実施形態の変形例に係るパルス出力部の構成例を示す回路図である。

【図18】本開示の第２実施形態の変形例に係るパルス出力部の動作例を示すタイミングチャートである。

【図19】本開示の第２実施形態の変形例に係るパルス出力部の別の構成例を示す回路図である。

【図20】本開示の第２実施形態の変形例に係るパルス出力部の別の動作例を示すタイミングチャートである。

【図21】車両制御システムの概略的な構成の一例を示すブロック図である。

【図22】車外情報検出部及び撮像部の設置位置の一例を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下に、本開示の各実施形態について図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の各実施形態において、同一の部位には同一の符号を付することにより重複する説明を省略する。

【0009】

光を用いて被測定物までの距離を測定する測距方式の一つとして、直接ＴｏＦ方式と呼ばれる測距手法が知られている。かかる直接ＴｏＦ方式では、光源から射出された光が被測定物により反射された反射光を受光素子により受光し、光が射出されてから反射光として受光されるまでの時間に基づき対象までの距離を計測する。

【0010】

かかる測距手法には、内部にＳＰＡＤ（Single Photon Avalanche Diode）素子を備えた受光素子が受光部として用いられる。かかるＳＰＡＤ素子には、受光して信号が出力された後に所定のデッドタイムがあることから、被測定物からの反射光を確実に受光して信号を出力させるため、ＳＰＡＤ素子は光源が発光するまで無効状態に制御されている。

【0011】

そして、光源の発光動作に同期させて、ＳＰＡＤ素子を無効状態から有効状態に切り替えるゲーティング動作と呼ばれる処理が測距センサ内で実施されている。

【0012】

一方で、光源からの射出光が測距センサの筐体などで反射し、迷光として被測定物からの反射光よりも早く戻ってくる場合がある。そして、かかる迷光に起因して、上述のゲーティング動作を良好に実施することができない場合がある。

【0013】

なぜなら、かかる迷光がＳＰＡＤ素子に入射すると電子として蓄積されることから、かかる蓄積電子に起因してゲーティング動作の最中にＳＰＡＤ素子が意図せず反応してしまう場合があるからである。

【0014】

この蓄積電子に起因する問題点を改善するためには、比較的長い時間をかけてゲーティング動作を実施することが有効である。これにより、迷光に起因する蓄積電子を消滅させながらゲーティング動作を実施することができることから、蓄積電子に起因してＳＰＡＤ素子が意図せず反応してしまうことを抑制することができる。

【0015】

しかしながら、ゲーティング動作に長い時間をかけることによって、ＳＰＡＤ素子が無効状態から有効状態に切り替わる時間も長くなってしまう。これにより、測距センサの近くに被測定物があった場合、被測定物からの反射光が届くまでにＳＰＡＤ素子を有効状態に切り替えることができない。したがって、測距センサの近くにある被測定物の距離を測定することが困難となる。

【0016】

そこで、上述の問題点を克服し、ＳＰＡＤ素子のゲーティング動作を素早くかつ良好に実施することができる測距センサの実現が期待されている。

【0017】

［測距方法］
本開示は、光を用いて測距を行う技術に関するものである。そこで、本開示の各実施形態の理解を容易とするために、図１および図２を参照しながら、各実施形態に適用可能な測距方法について説明する。

【0018】

図１は、本開示の各実施形態に適用可能である直接ＴｏＦ方式による測距を模式的に示す図である。各実施形態では、測距方式として直接ＴｏＦ方式を適用する。

【0019】

かかる直接ＴｏＦ方式は、光源部２からの射出光Ｌ１が被測定物Ｘにより反射した反射光Ｌ２を受光部３により受光し、光の射出タイミングと受光タイミングとの差分の時間に基づき測距を行う方式である。

【0020】

測距センサ１は、光源部２と、受光部３とを備える。光源部２は、たとえばレーザダイオードである光源４（図５参照）を有し、レーザ光をパルス状に発光するように駆動される。

【0021】

光源部５２からの射出光Ｌ１は、被測定物Ｘにより反射され、反射光Ｌ２として受光部３に受光される。受光部３は、光電変換によって光を電気信号に変換する画素アレイ部６（図５参照）を含み、受光した光に応じた信号を出力する。

【0022】

ここで、光源部５２が発光した時刻（発光タイミング）を時間ｔ₀、光源部２からの射出光Ｌ１が被測定物Ｘにより反射された反射光Ｌ２を受光部３が受光した時刻（受光タイミング）を時間ｔ₁とする。

【0023】

定数ｃを光速度（２．９９７９×１０⁸［ｍ／ｓｅｃ］）とすると、測距センサ１と被測定物Ｘとの間の距離Ｄは、次式（１）により計算される。
Ｄ＝(ｃ／２)×(ｔ₁－ｔ₀) …（１）

【0024】

なお、測距センサ１は、上述の処理を、複数回繰り返して実行するとよい。また、受光部３は、複数のＳＰＡＤ素子６ａ（図６参照）を有し、各ＳＰＡＤ素子６ａに反射光Ｌ２が受光された各受光タイミングに基づき距離Ｄをそれぞれ算出してもよい。

【0025】

測距センサ１は、発光タイミングの時間ｔ₀から受光部３に光が受光された受光タイミングまでの時間ｔ_m（以下、「受光時間ｔ_m」とも呼称する。）を階級（ビン(bins)）に基づき分類し、ヒストグラムを生成する。

【0026】

図２は、本開示の各実施形態に適用可能である受光部３が受光した時刻に基づく一例のヒストグラムを示す図である。図２において、横軸はビン、縦軸はビン毎の頻度を示す。ビンは、受光時間ｔ_mを所定の単位時間ｄ毎に分類したものである。

【0027】

具体的には、ビン＃０が０≦ｔ_m＜ｄ、ビン＃１がｄ≦ｔ_m＜２×ｄ、ビン＃２が２×ｄ≦ｔ_m＜３×ｄ、…、ビン＃（Ｎ－２）が(Ｎ－２)×ｄ≦ｔ_m＜(Ｎ－１)×ｄとなる。受光部３の露光時間を時間ｔ_epとした場合、ｔ_ep＝Ｎ×ｄとなる。

【0028】

測距センサ１は、受光時間ｔ_mを取得した回数をビンに基づき計数してビン毎の頻度２００を求め、ヒストグラムを生成する。ここで、受光部３は、光源部２からの射出光Ｌ１が反射された反射光Ｌ２以外の光も受光する。

【0029】

たとえば、対象となる反射光Ｌ２以外の光の例として、測距センサ１の周囲の環境光がある。かかる環境光は、受光部３にランダムに入射する光であって、ヒストグラムにおける環境光による環境光成分２０１は、対象となる反射光Ｌ２に対するノイズとなる。

【0030】

一方、対象となる反射光Ｌ２は、特定の距離に応じて受光される光であって、ヒストグラムにおいてアクティブ光成分２０２として現れる。このアクティブ光成分２０２内のピークの頻度に対応するビンが、被測定物Ｘの距離Ｄに対応するビンとなる。

【0031】

測距センサ１は、そのビンの代表時間（たとえばビンの中央の時間）を上述した時間ｔ₁として取得することで、上述した式（１）に従い、被測定物Ｘまでの距離Ｄを算出することができる。このように、複数の受光結果を用いることで、ランダムなノイズに対して適切な測距が実行可能となる。

【0032】

［電子機器の構成］
図３は、各実施形態に係る測距装置を用いた電子機器の一例の構成を示すブロック図である。図３において、電子機器５６は、測距装置５１と、光源部５２と、記憶部５３と、制御部５４と、光学系５５と、を含む。

【0033】

光源部５２は、上述した光源部３０１に対応し、レーザダイオードであって、例えばレーザ光をパルス状に発光するように駆動される。光源部５２は、面光源としてレーザ光を射出するＶＣＳＥＬ(Vertical Cavity Surface Emitting LASER)を適用することができる。これに限らず、光源部５２として、レーザダイオードをライン上に配列したアレイを用い、レーザダイオードアレイから射出されるレーザ光をラインに垂直の方向にスキャンする構成を適用してもよい。さらにまた、単光源としてのレーザダイオードを用い、レーザダイオードから射出されるレーザ光を水平および垂直方向にスキャンする構成を適用することもできる。

【0034】

測距装置５１は、上述した受光部３０２に対応して、複数の受光素子を含む。複数の受光素子は、例えば２次元格子状に配列されて受光面を形成する。光学系５５は、外部から入射する光を、測距装置５１が含む受光面に導く。

【0035】

制御部５４は、電子機器５６の全体の動作を制御する。例えば、制御部５４は、測距装置５１に対して、光源部５２を発光させるためのトリガである発光トリガを供給する。測距装置５１は、この発光トリガに基づくタイミングで光源部５２を発光させると共に、発光タイミングを示す時間ｔ₀を記憶する。また、制御部５４は、例えば外部からの指示に応じて、測距装置５１に対して、測距の際のパターンの設定を行う。

【0036】

測距装置５１は、受光面に光が受光されたタイミングを示す時間情報（受光時間ｔ_m）を取得した回数を所定の時間範囲内で計数し、ビン毎の頻度を求めて上述したヒストグラムを生成する。測距装置５１は、さらに、生成したヒストグラムに基づき、被測定物までの距離Ｄを算出する。算出された距離Ｄを示す情報は、記憶部５３に記憶される。

【0037】

図４は、各実施形態に適用可能な測距装置５１の一例の構成をより詳細に示すブロック図である。図４において、測距装置５１は、画素アレイ部１００と、測距処理部１０１と、画素制御部１０２と、全体制御部１０３と、クロック生成部１０４と、発光タイミング制御部１０５と、インタフェース（Ｉ／Ｆ）１０６と、を含む。これら画素アレイ部１００、測距処理部１０１、画素制御部１０２、全体制御部１０３、クロック生成部１０４、発光タイミング制御部１０５およびインタフェース（Ｉ／Ｆ）１０６は、例えば１つの半導体チップ上に配置される。

【0038】

図４において、全体制御部１０３は、例えば予め組み込まれるプログラムに従い、この測距装置５１の全体の動作を制御する。また、全体制御部１０３は、外部から供給される外部制御信号に応じた制御を実行することもできる。クロック生成部１０４は、外部から供給される基準クロック信号に基づき、測距装置５１内で用いられる１以上のクロック信号を生成する。発光タイミング制御部１０５は、外部から供給される発光トリガ信号に従い発光タイミングを示す発光制御信号を生成する。発光制御信号は、光源部５２に供給されると共に、測距処理部１０１に供給される。

【0039】

画素アレイ部１００は、２次元格子状に配列される、それぞれ受光素子を含む複数の画素回路６０を含む。各画素回路６０の動作は、全体制御部１０３の指示に従った画素制御部１０２により制御される。例えば、画素制御部１０２は、各画素回路６０からの画素信号の読み出しを、行方向にｐ個、列方向にｑ個の、（ｐ×ｑ）個の画素回路６０を含むブロック毎に制御することができる。また、画素制御部１０２は、当該ブロックを単位として、各画素回路６０を行方向にスキャンし、さらに列方向にスキャンして、各画素回路６０から画素信号を読み出すことができる。これに限らず、画素制御部１０２は、各画素回路６０をそれぞれ単独で制御することもできる。さらに、画素制御部１０２は、画素アレイ部１００の所定領域を対象領域として、対象領域に含まれる画素回路６０を、画素信号を読み出す対象の画素回路６０とすることができる。さらにまた、画素制御部１０２は、複数行（複数ライン）を纏めてスキャンし、それを列方向にさらにスキャンして、各画素回路６０から画素信号を読み出すこともできる。

【0040】

各画素回路６０から読み出された画素信号は、測距処理部１０１に供給される。測距処理部１０１は、変換部１１０と、生成部１１１と、信号処理部１１２と、を含む。

【0041】

各画素回路６０から読み出され、画素アレイ部１００から出力された画素信号は、変換部１１０に供給される。ここで、画素信号は、各画素回路６０から非同期で読み出され、変換部１１０に供給される。すなわち、画素信号は、各画素回路６０において光が受光されたタイミングに応じて受光素子から読み出され、出力される。

【0042】

変換部１１０は、画素アレイ部１００から供給された画素信号を、デジタル情報に変換する。すなわち、画素アレイ部１００から供給される画素信号は、当該画素信号が対応する画素回路６０に含まれる受光素子に光が受光されたタイミングに対応して出力される。変換部１１０は、供給された画素信号を、当該タイミングを示す時間情報に変換する。

【0043】

生成部１１１は、変換部１１０により画素信号が変換された時間情報に基づきヒストグラムを生成する。ここで、生成部１１１は、時間情報を、設定部１１３により設定された単位時間ｄに基づき計数し、ヒストグラムを生成する。

【0044】

信号処理部１１２は、生成部１１１により生成されたヒストグラムのデータに基づき所定の演算処理を行い、例えば距離情報を算出する。信号処理部１１２は、例えば、生成部１１１により生成されたヒストグラムのデータに基づき、当該ヒストグラムの曲線近似を作成する。信号処理部１１２は、このヒストグラムが近似された曲線のピークを検出し、検出されたピークに基づき距離Ｄを求めることができる。

【0045】

信号処理部１１２は、ヒストグラムの曲線近似を行う際に、ヒストグラムが近似された曲線に対してフィルタ処理を施すことができる。例えば、信号処理部１１２は、ヒストグラムが近似された曲線に対してローパスフィルタ処理を施すことで、ノイズ成分を抑制することが可能である。

【0046】

信号処理部１１２で求められた距離情報は、インタフェース１０６に供給される。インタフェース１０６は、信号処理部１１２から供給された距離情報を、出力データとして外部に出力する。インタフェース１０６としては、例えばＭＩＰＩ(Mobile Industry Processor Interface)を適用することができる。

【0047】

なお、上述では、信号処理部１１２で求められた距離情報を、インタフェース１０６を介して外部に出力しているが、これはこの例に限定されない。すなわち、生成部１１１により生成されたヒストグラムのデータであるヒストグラムデータを、インタフェース１０６から外部に出力する構成としてもよい。この場合、設定部１１３が設定する測距条件情報は、フィルタ係数を示す情報を省略することができる。インタフェース１０６から出力されたヒストグラムデータは、例えば外部の情報処理装置に供給され、適宜、処理される。

【0048】

［測距センサの構成］
つづいて、各実施形態に係る測距センサ１の構成について、図５および図６を参照しながら説明する。図５は、本開示の各実施形態に係る測距センサ１の構成例を示すブロック図である。上述のように、測距センサ１は、光源部２と、受光部３と、筐体９とを備える。

【0049】

光源部２は、光源４と、光源駆動部５とを有する。光源４は、たとえば、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）などのレーザダイオードで構成される。なお、光源４は、ＶＣＳＥＬに限られず、レーザダイオードがライン上に配列されたレーザダイオードアレイなどを用いてもよい。

【0050】

光源駆動部５は、光源４を駆動する。光源駆動部５は、たとえば、受光部３の制御部８からの発光制御信号に基づき、光源４から所定のタイミングおよびパルス幅を有する射出光Ｌ１が出射されるように光源４を駆動する。

【0051】

光源駆動部５は、たとえば、ライン上に配列されるレーザダイオードを有する光源４から、レーザ光がラインに垂直の方向にスキャンされるように光源４を駆動することができる。

【0052】

受光部３は、画素アレイ部６と、パルス出力部７と、制御部８とを有する。

【0053】

画素アレイ部６は、２次元格子状に配列される複数のＳＰＡＤ素子６ａ（図６参照）を有する。かかるＳＰＡＤ素子６ａでは、アバランシェ増倍が発生する大きな逆バイアス電圧をカソードに印加することにより、１光子の入射に応じて発生した電子に起因して、内部でアバランシェ増倍が生じる。

【0054】

すなわち、ＳＰＡＤ素子６ａは、１光子の入射に応じて大電流が流れる特性を有する。そして、ＳＰＡＤ素子６ａでは、かかる特性を利用することで、反射光Ｌ２に含まれる１光子の入射を高感度で検知することができる。

【0055】

画素アレイ部６における複数のＳＰＡＤ素子６ａの動作は、制御部８によって制御される。たとえば、制御部８は、各ＳＰＡＤ素子６ａからの信号の読み出しを、行方向にｎ画素、列方向にｍ画素の、（ｎ×ｍ）個のＳＰＡＤ素子６ａを含むブロック毎に制御することができる。

【0056】

また、制御部８は、当該ブロックを単位として、各ＳＰＡＤ素子６ａを行方向にスキャンし、さらに行毎に列方向にスキャンして、各ＳＰＡＤ素子６ａから信号を読み出すことができる。

【0057】

なお、各実施形態において、制御部８は、各ＳＰＡＤ素子６ａからそれぞれ単独に信号を読み出してもよい。画素アレイ部６のＳＰＡＤ素子６ａで発生する信号は、パルス出力部７に供給される。

【0058】

パルス出力部７は、ＳＰＡＤ素子６ａで発生する信号に応じて、所定のパルス信号をデジタル信号として制御部８に出力する。かかるパルス出力部７の詳細については後述する。

【0059】

制御部８は、たとえば予め組み込まれるプログラムに従い、測距センサ１の全体の動作を制御する。たとえば、制御部８は、光源駆動部５を制御することにより、光源４の発光タイミングを制御する。

【0060】

また、制御部８は、パルス出力部７から出力されるパルス信号に基づいて、図２に示したヒストグラムを生成する。また、制御部８は、生成されたヒストグラムのデータに基づいて所定の演算処理を行い、被測定物Ｘまでの距離Ｄを算出する。

【0061】

筐体９は、光源部２および受光部３を収容する。一方で、図３に示すように、射出光Ｌ１が筐体９で反射すると、迷光Ｌ３として受光部３の画素アレイ部６に入射する場合がある。そして、かかる迷光Ｌ３は、被測定物Ｘからの反射光Ｌ２よりも早く画素アレイ部６に入射する。

【0062】

図６は、本開示の各実施形態に係る受光部３に適用可能であるデバイスの構成の例を示す模式図である。図６において、受光部３は、それぞれ半導体チップからなる受光チップ３ａとロジックチップ３ｂとが積層されて構成される。なお、図６では、理解の容易のため、受光チップ３ａとロジックチップ３ｂとが分離された状態で示している。

【0063】

受光チップ３ａには、画素アレイ部６の領域にＳＰＡＤ素子６ａが２次元格子状に配列される。ロジックチップ３ｂには、パルス出力部７と、制御部８とが設けられる。なお、受光チップ３ａおよびロジックチップ３ｂの構成は、図６の例に限定されない。

【0064】

［パルス出力部の構成および動作（第１実施形態）］
つづいて、第１実施形態に係るパルス出力部７の構成および動作について、図７～図１０を参照しながら説明する。図７は、本開示の第１実施形態に係るパルス出力部７の構成例を示す回路図である。

【0065】

図７に示すように、パルス出力部７は、第１の定電流源１１と、第２の定電流源１２と、第１のスイッチ１３と、第２のスイッチ１４と、ゲーティングスイッチ１５と、インバータ１６とを有する。

【0066】

第１の定電流源１１は、所定の電源電圧Ｖｄｄと第１のスイッチ１３との間に接続され、所定の電流値Ｉ１を有する電流を第１のスイッチ１３に向けて流す。第２の定電流源１２は、電源電圧Ｖｄｄと第２のスイッチ１４との間に接続され、所定の電流値Ｉ２を有する電流を第２のスイッチ１４に向けて流す。

【0067】

第１のスイッチ１３は、第１の定電流源１１と信号線１７との間に接続され、第２のスイッチ１４は、第２の定電流源１２と信号線１７との間に接続される。かかる信号線１７は、画素アレイ部６の接続部６ｂを介して、ダイオードであるＳＰＡＤ素子６ａのカソードとインバータ１６の入力端子との間を接続する。

【0068】

すなわち、第１実施形態に係るパルス出力部７では、第１の定電流源１１および第２の定電流源１２が、それぞれ第１のスイッチ１３および第２のスイッチ１４を介して、ＳＰＡＤ素子６ａのカソードに並列に接続される。

【0069】

そして、第１の定電流源１１および第２の定電流源１２は、ＳＰＡＤ素子６ａのカソードにそれぞれ電流値Ｉ１および電流値Ｉ２の電流を流す。なお、ＳＰＡＤ素子６ａのアノードは所定の電圧Ｖａに接続され、インバータ１６の出力端子は制御部８（図５参照）に接続される。

【0070】

ここで、制御部８は、第１のスイッチ１３および第２のスイッチ１４を制御することにより、ＳＰＡＤ素子６ａのカソードに流れる電流量を制御する。第１のスイッチ１３および第２のスイッチ１４は、制御部８から出力されるイネーブル信号に基づいて、オン状態（導通状態）およびオフ状態（切断状態）が切り替えられる。

【0071】

具体的には、第１のスイッチ１３には、イネーブル信号が直接入力される。すなわち、イネーブル信号がオフからオンに切り替わった場合、直ちに第１のスイッチ１３はオフからオンに切り替わる。

【0072】

また、第２のスイッチ１４には、イネーブル信号が遅延回路１８およびパルス生成回路１９を介して入力される。すなわち、イネーブル信号がオフからオンに切り替わった場合、所定の時間経過した後に、所定の期間だけ第２のスイッチ１４はオフからオンに切り替わる。

【0073】

ゲーティングスイッチ１５は、信号線１７と接地電位との間に接続される。すなわち、ゲーティングスイッチ１５は、ＳＰＡＤ素子６ａおよび第１のスイッチ１３の間と、接地電位との間に接続される。

【0074】

ゲーティングスイッチ１５は、制御部８から出力されるイネーブル信号に基づいて、オン状態およびオフ状態が切り替えられる。具体的には、ゲーティングスイッチ１５には、イネーブル信号がインバータ２０を介して入力される。

【0075】

すなわち、イネーブル信号がオフからオンに切り替わった場合、直ちにゲーティングスイッチ１５はオンからオフに切り替わる。そして、制御部８は、ゲーティングスイッチ１５を制御することにより、ＳＰＡＤ素子６ａのゲーティング動作を実施することができる。

【0076】

たとえば、制御部８は、ゲーティングスイッチ１５をオン状態にすることにより、ＳＰＡＤ素子６ａのカソードを接地することができる。これにより、ＳＰＡＤ素子６ａには逆バイアス電圧が印加されなくなることから、制御部８はＳＰＡＤ素子６ａを無効状態にすることができる。

【0077】

一方で、制御部８は、ゲーティングスイッチ１５をオフ状態にすることにより、ＳＰＡＤ素子６ａのカソードをフローティング状態にすることができる。これにより、ＳＰＡＤ素子６ａに逆バイアス電圧を印加することが可能となることから、制御部８はＳＰＡＤ素子６ａを有効状態にすることができる。

【0078】

次に、図７に加えて図８も参照しながら、第１実施形態に係るパルス出力部７の動作について説明する。図８は、本開示の第１実施形態に係るパルス出力部７の動作例を示すタイミングチャートである。

【0079】

図８の例では、初期状態においてイネーブル信号がオフ状態で維持されることから、ゲーティングスイッチ１５はオン状態で維持され、ＳＰＡＤ素子６ａは無効状態となる。

【0080】

そして、制御部８は、光源駆動部５を制御することにより、時間Ｔ１で光源４をパルス状に発光させる。これにより、時間Ｔ２で迷光Ｌ３がＳＰＡＤ素子６ａに入射する。図８に示すように、迷光Ｌ３は、被測定物Ｘからの反射光Ｌ２よりも早くＳＰＡＤ素子６ａに入射する。

【0081】

そして、かかる迷光Ｌ３がＳＰＡＤ素子６ａに入射することにより、無効状態のＳＰＡＤ素子６ａには電子が蓄積される。

【0082】

次に、制御部８は、光源４が発光した時間Ｔ１から所定の時間経過した時間Ｔ３で、イネーブル信号をオフからオンに切り替える。これにより、ゲーティングスイッチ１５が時間Ｔ３でオンからオフに切り替わることから、ＳＰＡＤ素子６ａのカソードはフローティング状態となる。

【0083】

また、第１のスイッチ１３は、時間Ｔ３でオフからオンに切り替わる。これにより、ＳＰＡＤ素子６ａのカソードには電流値Ｉ１の電流が第１の定電流源１１から供給されることから、ＳＰＡＤ素子６ａのカソード電圧は、０（Ｖ）から徐々に上昇する。

【0084】

このように、第１実施形態では、ゲーティング動作を開始した後、ＳＰＡＤ素子６ａのカソードに並列に接続される複数の定電流源のうち、１つの定電流源（第１の定電流源１１）を用いてＳＰＡＤ素子６ａのカソードを昇圧する。

【0085】

これにより、ＳＰＡＤ素子６ａのカソードが昇圧される速度を制限することができる。したがって、第１実施形態によれば、ＳＰＡＤ素子６ａ内の蓄積電子を消滅させながらゲーティング動作を実施することができることから、蓄積電子に起因してＳＰＡＤ素子６ａが意図せず反応してしまうことを抑制することができる。

【0086】

そして、制御部８から送られたイネーブル信号は、上述のように、遅延回路１８およびパルス生成回路１９を介して第２のスイッチ１４に送られる。これにより、時間Ｔ３から所定の遅延時間だけ経過した時間Ｔ４で、第２のスイッチ１４がオフからオンに切り替わる。

【0087】

これにより、ＳＰＡＤ素子６ａのカソードには電流値Ｉ１＋Ｉ２の電流が第１の定電流源１１および第２の定電流源１２から供給されることから、ＳＰＡＤ素子６ａのカソード電圧は、時間Ｔ４時点の電圧Ｖ１から急激に上昇する。

【0088】

そして、時間Ｔ５で所定の電圧Ｖ２に到達し、かかる時間Ｔ５で第２のスイッチ１４はオンからオフに切り替わる。その後は、ＳＰＡＤ素子６ａのカソードに電流値Ｉ１の電流が第１の定電流源１１から供給されることにより、ＳＰＡＤ素子６ａのカソード電圧は電圧Ｖ２で維持される。

【0089】

ここまで説明したように、第１実施形態では、時間Ｔ４になるまでの間に、ＳＰＡＤ素子６ａ内の蓄積電子を十分に消滅させることができる。換言すると、第１実施形態では、ＳＰＡＤ素子６ａ内の蓄積電子を十分に消滅させることができる時間を、遅延回路１８で設定される遅延時間に設定する。

【0090】

これにより、時間Ｔ４からＳＰＡＤ素子６ａのカソード電圧を急激に上昇させたとしても、かかるＳＰＡＤ素子６ａが意図せず反応してしまうことを抑制することができる。

【0091】

さらに、第１実施形態では、時間Ｔ４から複数の定電流源をいずれも用いてＳＰＡＤ素子６ａのカソードを昇圧することにより、ＳＰＡＤ素子６ａのカソード電圧が電圧Ｖ２になるまでの時間を短縮することができる。すなわち、第１実施形態では、ゲーティング動作を短い時間で終了させることができる。

【0092】

したがって、第１実施形態によれば、ＳＰＡＤ素子６ａのカソードに複数の定電流源を並列に接続することにより、ＳＰＡＤ素子６ａのゲーティング動作を素早くかつ良好に実施することができる。

【0093】

また、第１実施形態では、第１の定電流源１１の電流値Ｉ１が、第２の定電流源１２の電流値Ｉ２よりも小さいとよい。これにより、第２のスイッチ１４がオン状態となる時間Ｔ４までは、ＳＰＡＤ素子６ａのカソードが昇圧する速度をより制限することができる。また、第２のスイッチ１４がオン状態となった時間Ｔ４からは、ＳＰＡＤ素子６ａのカソード電圧をより急激に上昇させることができる。

【0094】

したがって、第１実施形態によれば、ＳＰＡＤ素子６ａのゲーティング動作をさらに素早くかつ良好に実施することができる。

【0095】

また、第１実施形態では、制御部８が、第２のスイッチ１４をオフからオンに切り替えるまでの間（すなわち、時間Ｔ４までの間）、第１のスイッチ１３をオン状態で維持するとよい。

【0096】

これにより、時間Ｔ４までにＳＰＡＤ素子６ａのカソード電圧を継続的に昇圧することができることから、ＳＰＡＤ素子６ａのカソードを電圧Ｖ２に昇圧するまでの時間を短くすることができる。したがって、第１実施形態によれば、ＳＰＡＤ素子６ａのゲーティング動作をさらに素早く実施することができる。

【0097】

時間Ｔ５以降のタイミングチャートについての説明を続ける。時間Ｔ５において、ＳＰＡＤ素子６ａのカソードには、ガイガーモードと呼ばれるなだれ増幅が起きる寸前の状態になるまで、逆バイアスの電圧Ｖ２が印加されている。

【0098】

すなわち、時間Ｔ５において、ＳＰＡＤ素子６ａのカソードから出力される信号は、この電圧Ｖ２となる。そして、インバータ１６には所定のしきい電圧以上の電圧Ｖ２が信号として入力されることから、インバータ１６はローレベルの信号Ｓ１（図７参照）を出力する。

【0099】

そして、電圧Ｖ２が印加されたＳＰＡＤ素子６ａに、時間Ｔ６で反射光Ｌ２に起因する１光子が入射すると、ＳＰＡＤ素子６ａがブレイクダウンして第１の定電流源１１に電流が流れる。

【0100】

これにより、ＳＰＡＤ素子６ａのカソード電圧は電圧Ｖ２から急激に減少し、しきい電圧より小さくなると、インバータ１６はハイレベルの信号Ｓ１を出力する。

【0101】

そして、ＳＰＡＤ素子６ａのカソード電圧は、時間Ｔ７でＳＰＡＤ素子６ａ内のなだれ増幅が停止することから、０（Ｖ）で下げ止まる。さらに、ＳＰＡＤ素子６ａのカソード電圧は、第１の定電流源１１を介してＳＰＡＤ素子６ａが再充電されることにより上昇する（いわゆるクエンチング動作）。

【0102】

そして、ＳＰＡＤ素子６ａのカソード電圧がしきい電圧以上になると、インバータ１６はローレベルの信号Ｓ１を出力する。

【0103】

このように、インバータ１６は、ＳＰＡＤ素子６ａに反射光Ｌ２が入射すると、かかる反射光Ｌ２に起因するパルス状の信号Ｓ１を制御部８に出力する。最後に、ＳＰＡＤ素子６ａのカソード電圧は時間Ｔ８で所定の電圧Ｖ２に復帰し、ＳＰＡＤ素子６ａは初期状態に戻る。

【0104】

図９は、本開示の第１実施形態に係る遅延回路１８およびパルス生成回路１９の構成例を示す回路図である。図９に示すように、遅延回路１８は、インバータ１８ａ、１８ｂと、ＣＭＯＳ回路１８ｃと、定電流源１８ｄと、否定論理積回路１８ｅと、コンデンサ１８ｆとを有する。

【0105】

遅延回路１８の入力端子１８ｉは、インバータ１８ａの入力端子に接続される。インバータ１８ａの出力端子は、ＣＭＯＳ回路１８ｃの入力端子およびインバータ１８ｂの入力端子に接続される。

【0106】

ＣＭＯＳ回路１８ｃには、定電流源１８ｄによって所定の電流が供給される。ＣＭＯＳ回路１８ｃの出力端子は、否定論理積回路１８ｅにおける一方の入力端子に接続される。

【0107】

否定論理積回路１８ｅにおける他方の入力端子は、インバータ１８ｂの出力端子に接続される。否定論理積回路１８ｅの出力端子は、遅延回路１８の出力端子１８ｏに接続される。コンデンサ１８ｆは、ＣＭＯＳ回路１８ｃの出力端子と、接地電位との間に接続される。

【0108】

ここまで説明した回路構成において、定電流源１８ｄの電流値およびコンデンサ１８ｆの容量値を適宜調整することにより、遅延回路１８の遅延時間を制御することができる。

【0109】

パルス生成回路１９は、ＣＭＯＳ回路１９ａと、定電流源１９ｂと、排他的論理和回路１９ｃと、コンデンサ１９ｄとを有する。パルス生成回路１９の入力端子１９ｉは、ＣＭＯＳ回路１９ａの入力端子に接続されるとともに、排他的論理和回路１９ｃにおける一方の入力端子に接続される。

【0110】

ＣＭＯＳ回路１９ａには、定電流源１９ｂによって所定の電流が供給される。ＣＭＯＳ回路１９ａの出力端子は、排他的論理和回路１９ｃにおける他方の入力端子に接続される。

【0111】

排他的論理和回路１９ｃの出力端子は、パルス生成回路１９の出力端子１９ｏに接続される。コンデンサ１９ｄは、ＣＭＯＳ回路１９ａの出力端子と、接地電位との間に接続される。

【0112】

ここまで説明した回路構成において、定電流源１９ｂの電流値およびコンデンサ１９ｄの容量値を適宜調整することにより、パルス生成回路１９から出力されるパルスの長さを制御することができる。

【0113】

なお、遅延回路１８およびパルス生成回路１９の回路構成は、図９の例に限られない。図１０は、本開示の第１実施形態に係る遅延回路１８およびパルス生成回路１９の別の構成例を示す回路図である。

【0114】

図１０の例では、遅延回路１８が、インバータ１８ａ、１８ｂ、１８ｈと、否定論理積回路１８ｅと、インバータ群１８ｇとを有する。

【0115】

遅延回路１８の入力端子１８ｉは、インバータ１８ａの入力端子に接続される。インバータ１８ａの出力端子は、インバータ群１８ｇの入力端子およびインバータ１８ｂの入力端子に接続される。

【0116】

インバータ群１８ｇは、直列に接続された偶数個（図では４個）のインバータを有する。インバータ群１８ｇの出力端子は、インバータ１８ｈの入力端子に接続される。インバータ１８ｈの出力端子は、否定論理積回路１８ｅにおける一方の入力端子に接続される。

【0117】

否定論理積回路１８ｅにおける他方の入力端子は、インバータ１８ｂの出力端子に接続される。否定論理積回路１８ｅの出力端子は、遅延回路１８の出力端子１８ｏに接続される。

【0118】

ここまで説明した回路構成において、インバータ群１８ｇの個数を適宜調整することにより、遅延回路１８の遅延時間を制御することができる。

【0119】

パルス生成回路１９は、排他的論理和回路１９ｃと、インバータ群１９ｅと、インバータ１９ｆとを有する。パルス生成回路１９の入力端子１９ｉは、インバータ群１９ｅの入力端子に接続されるとともに、排他的論理和回路１９ｃにおける一方の入力端子に接続される。

【0120】

インバータ群１９ｅは、直列に接続された偶数個（図では４個）のインバータを有する。インバータ群１９ｅの出力端子は、インバータ１９ｆの入力端子に接続される。インバータ１９ｆの出力端子は、排他的論理和回路１９ｃにおける他方の入力端子に接続される。排他的論理和回路１９ｃの出力端子は、パルス生成回路１９の出力端子１９ｏに接続される。

【0121】

ここまで説明した回路構成において、インバータ群１９ｅの個数を適宜調整することにより、パルス生成回路１９から出力されるパルスの長さを制御することができる。

【0122】

［第２実施形態］
つづいて、第２実施形態に係るパルス出力部７の構成および動作について、図１１および図１２を参照しながら説明する。図１１は、本開示の第２実施形態に係るパルス出力部７の構成例を示す回路図である。

【0123】

図１１に示すように、パルス出力部７は、第１の定電流源１１と、第２の定電流源１２と、第１のスイッチ１３と、第２のスイッチ１４と、ゲーティングスイッチ１５と、インバータ１６とを有する。

【0124】

第１の定電流源１１は、第１のスイッチ１３と接地電位との間に接続され、所定の電流値Ｉ１を有する電流を接地電位に向けて流す。第２の定電流源１２は、第２のスイッチ１４と接地電位との間に接続され、所定の電流値Ｉ２を有する電流を接地電位に向けて流す。

【0125】

第１のスイッチ１３は、第１の定電流源１１と信号線１７との間に接続され、第２のスイッチ１４は、第２の定電流源１２と信号線１７との間に接続される。かかる信号線１７は、画素アレイ部６の接続部６ｂを介して、ＳＰＡＤ素子６ａのアノードとインバータ１６の入力端子との間を接続する。

【0126】

すなわち、第２実施形態に係るパルス出力部７では、第１の定電流源１１および第２の定電流源１２が、それぞれ第１のスイッチ１３および第２のスイッチ１４を介して、ＳＰＡＤ素子６ａのアノードに並列に接続される。

【0127】

そして、第１の定電流源１１および第２の定電流源１２は、ＳＰＡＤ素子６ａのアノードから接地電位にそれぞれ電流値Ｉ１および電流値Ｉ２の電流を流す。なお、ＳＰＡＤ素子６ａのカソードは所定の電圧Ｖｃに接続され、インバータ１６の出力端子は制御部８（図５参照）に接続される。

【0128】

ここで、制御部８は、第１のスイッチ１３および第２のスイッチ１４を制御することにより、ＳＰＡＤ素子６ａのアノードから流れる電流量を制御する。第１のスイッチ１３および第２のスイッチ１４は、制御部８から出力されるイネーブル信号に基づいて、オン状態およびオフ状態が切り替えられる。

【0129】

【0130】

また、第２のスイッチ１４には、イネーブル信号が遅延回路１８およびパルス生成回路１９を介して入力される。すなわち、イネーブル信号がオフからオンに切り替わった場合、所定の時間経過した後に、所定の期間だけ第２のスイッチ１４はオフからオンに切り替わる。なお、遅延回路１８およびパルス生成回路１９は、第１実施形態と同様の回路を用いることができる。

【0131】

ゲーティングスイッチ１５は、信号線１７と電源電圧Ｖｄｄとの間に接続される。すなわち、ゲーティングスイッチ１５は、ＳＰＡＤ素子６ａおよび第１のスイッチ１３の間と、電源電圧Ｖｄｄとの間に接続される。

【0132】

【0133】

【0134】

たとえば、制御部８は、ゲーティングスイッチ１５をオン状態にすることにより、ＳＰＡＤ素子６ａのアノードを電源電圧Ｖｄｄにすることができる。これにより、ＳＰＡＤ素子６ａには逆バイアス電圧が印加されなくなることから、制御部８はＳＰＡＤ素子６ａを無効状態にすることができる。

【0135】

一方で、制御部８は、ゲーティングスイッチ１５をオフ状態にすることにより、ＳＰＡＤ素子６ａのアノードをフローティング状態にすることができる。これにより、ＳＰＡＤ素子６ａに逆バイアス電圧を印加することが可能となることから、制御部８はＳＰＡＤ素子６ａを有効状態にすることができる。

【0136】

次に、図１１に加えて図１２も参照しながら、第２実施形態に係るパルス出力部７の動作について説明する。図１２は、本開示の第２実施形態に係るパルス出力部７の動作例を示すタイミングチャートである。

【0137】

図１２の例では、初期状態においてイネーブル信号がオフ状態で維持されることから、ゲーティングスイッチ１５はオン状態で維持され、ＳＰＡＤ素子６ａは無効状態となる。

【0138】

そして、制御部８は、光源駆動部５を制御することにより、時間Ｔ１で光源４をパルス状に発光させる。これにより、時間Ｔ２で迷光Ｌ３がＳＰＡＤ素子６ａに入射する。そして、かかる迷光Ｌ３がＳＰＡＤ素子６ａに入射することにより、無効状態のＳＰＡＤ素子６ａには電子が蓄積される。

【0139】

次に、制御部８は、光源４が発光した時間Ｔ１から所定の時間経過した時間Ｔ３で、イネーブル信号をオフからオンに切り替える。これにより、ゲーティングスイッチ１５が時間Ｔ３でオンからオフに切り替わることから、ＳＰＡＤ素子６ａのアノードはフローティング状態となる。

【0140】

また、第１のスイッチ１３は、時間Ｔ３でオフからオンに切り替わる。これにより、ＳＰＡＤ素子６ａのアノードから電流値Ｉ１の電流が第１の定電流源１１によって流されることから、ＳＰＡＤ素子６ａのアノード電圧は、電源電圧Ｖｄｄから徐々に低下する。

【0141】

このように、第２実施形態では、ゲーティング動作を開始した後、ＳＰＡＤ素子６ａのアノードに並列に接続される複数の定電流源のうち、１つの定電流源（第１の定電流源１１）を用いてＳＰＡＤ素子６ａのアノードを降圧する。

【0142】

これにより、ＳＰＡＤ素子６ａのアノードが降圧される速度を制限することができる。したがって、第２実施形態によれば、ＳＰＡＤ素子６ａ内の蓄積電子を消滅させながらゲーティング動作を実施することができることから、蓄積電子に起因してＳＰＡＤ素子６ａが意図せず反応してしまうことを抑制することができる。

【0143】

【0144】

これにより、ＳＰＡＤ素子６ａのアノードからは電流値Ｉ１＋Ｉ２の電流が第１の定電流源１１および第２の定電流源１２によって流されることから、ＳＰＡＤ素子６ａのアノード電圧は、時間Ｔ４時点の電圧Ｖ４から急激に低下する。

【0145】

そして、時間Ｔ５で所定の電圧Ｖ３に到達し、かかる時間Ｔ５で第２のスイッチ１４はオンからオフに切り替わる。その後は、ＳＰＡＤ素子６ａのアノードから電流値Ｉ１の電流が第１の定電流源１１によって流されることにより、ＳＰＡＤ素子６ａのアノード電圧は電圧Ｖ３で維持される。

【0146】

ここまで説明したように、第２実施形態では第１実施形態と同様、時間Ｔ４になるまでの間に、ＳＰＡＤ素子６ａ内の蓄積電子を十分に消滅させることができる。換言すると、第２実施形態では、ＳＰＡＤ素子６ａ内の蓄積電子を十分に消滅させることができる時間を、遅延回路１８で設定される遅延時間に設定する。

【0147】

これにより、時間Ｔ４からＳＰＡＤ素子６ａのアノード電圧を急激に低下させたとしても、かかるＳＰＡＤ素子６ａが意図せず反応してしまうことを抑制することができる。

【0148】

さらに、第２実施形態では、時間Ｔ４から複数の定電流源をいずれも用いてＳＰＡＤ素子６ａのアノードを降圧することにより、ＳＰＡＤ素子６ａのアノード電圧が電圧Ｖ３になるまでの時間を短縮することができる。すなわち、第２実施形態では、ゲーティング動作を短い時間で終了させることができる。

【0149】

したがって、第２実施形態によれば、ＳＰＡＤ素子６ａのアノードに複数の定電流源を並列に接続することにより、ＳＰＡＤ素子６ａのゲーティング動作を素早くかつ良好に実施することができる。

【0150】

また、第２実施形態では、第１の定電流源１１の電流値Ｉ１が、第２の定電流源１２の電流値Ｉ２よりも小さいとよい。これにより、第２のスイッチ１４がオン状態となる時間Ｔ４までは、ＳＰＡＤ素子６ａのアノードが降圧する速度をより制限することができる。また、第２のスイッチ１４がオン状態となった時間Ｔ４からは、ＳＰＡＤ素子６ａのアノード電圧をより急激に低下させることができる。

【0151】

したがって、第２実施形態によれば、ＳＰＡＤ素子６ａのゲーティング動作をさらに素早くかつ良好に実施することができる。

【0152】

また、第２実施形態では、制御部８が、第２のスイッチ１４をオフからオンに切り替えるまでの間（すなわち、時間Ｔ４までの間）、第１のスイッチ１３をオン状態で維持するとよい。

【0153】

これにより、時間Ｔ４までにＳＰＡＤ素子６ａのアノード電圧を継続的に降圧することができることから、ＳＰＡＤ素子６ａのアノードを電圧Ｖ３に降圧するまでの時間を短くすることができる。したがって、第２実施形態によれば、ＳＰＡＤ素子６ａのゲーティング動作をさらに素早く実施することができる。

【0154】

時間Ｔ５以降のタイミングチャートについての説明を続ける。時間Ｔ５において、ＳＰＡＤ素子６ａのアノードには、ガイガーモードと呼ばれるなだれ増幅が起きる寸前の状態になるまで、逆バイアスの電圧Ｖ３が印加されている。

【0155】

すなわち、時間Ｔ５において、ＳＰＡＤ素子６ａのアノードから出力される信号は、この電圧Ｖ３となる。そして、インバータ１６には所定のしきい電圧より小さい電圧Ｖ３が信号として入力されることから、インバータ１６はハイレベルの信号Ｓ１（図１１参照）を出力する。

【0156】

そして、電圧Ｖ３が印加されたＳＰＡＤ素子６ａに、時間Ｔ６で反射光Ｌ２に起因する１光子が入射すると、ＳＰＡＤ素子６ａがブレイクダウンして第１の定電流源１１に電流が流れる。

【0157】

これにより、ＳＰＡＤ素子６ａのアノード電圧は電圧Ｖ３から急激に上昇し、しきい電圧以上になると、インバータ１６はローレベルの信号Ｓ１を出力する。

【0158】

そして、ＳＰＡＤ素子６ａのアノード電圧は、時間Ｔ７でＳＰＡＤ素子６ａ内のなだれ増幅が停止することから、電源電圧Ｖｄｄで上げ止まる。さらに、ＳＰＡＤ素子６ａのアノード電圧は、第１の定電流源１１によって電流が流されることにより低下する（いわゆるクエンチング動作）。

【0159】

そして、ＳＰＡＤ素子６ａのアノード電圧がしきい電圧より小さくなると、インバータ１６はハイレベルの信号Ｓ１を出力する。

【0160】

このように、インバータ１６は、ＳＰＡＤ素子６ａに反射光Ｌ２が入射すると、かかる反射光Ｌ２に起因するパルス状の信号Ｓ１を制御部８に出力する。最後に、ＳＰＡＤ素子６ａのアノード電圧は時間Ｔ８で所定の電圧Ｖ３に復帰し、ＳＰＡＤ素子６ａは初期状態に戻る。

【0161】

［各種変形例］
つづいて、パルス出力部７の各種変形例について、図１３～図２０を参照しながら説明する。

【0162】

＜第１の実施形態の変形例＞
図１３は、本開示の第１実施形態の変形例に係るパルス出力部７の構成例を示す回路図である。図１３の例は、イネーブル信号を第１のスイッチ１３および第２のスイッチ１４に伝達する経路の構成が、図７に示した第１実施形態と異なる。

【0163】

具体的には、第１のスイッチ１３には、イネーブル信号がパルス生成回路１９を介して入力されるとともに、イネーブル信号が遅延回路１８Ａを介して入力される。

【0164】

すなわち、イネーブル信号がオフからオンに切り替わった場合、所定の期間だけ第１のスイッチ１３はオフからオンに切り替わり、さらに所定の時間経過した後に、第１のスイッチ１３はオフからオンに切り替わる。

【0165】

また、第２のスイッチ１４には、イネーブル信号がパルス生成回路１９および遅延回路１８Ｂを介して入力される。すなわち、イネーブル信号がオフからオンに切り替わった場合、所定の時間経過した後に、所定の期間だけ第２のスイッチ１４はオフからオンに切り替わる。

【0166】

次に、図１３に加えて図１４も参照しながら、第１実施形態の変形例に係るパルス出力部７の動作について説明する。図１４は、本開示の第１実施形態の変形例に係るパルス出力部７の動作例を示すタイミングチャートである。

【0167】

図１４の例では、初期状態においてイネーブル信号がオフ状態で維持されることから、ゲーティングスイッチ１５はオン状態で維持され、ＳＰＡＤ素子６ａは無効状態となる。

【0168】

そして、制御部８は、光源駆動部５を制御することにより、時間Ｔ１１で光源４をパルス状に発光させる。これにより、時間Ｔ１２で迷光Ｌ３がＳＰＡＤ素子６ａに入射する。そして、かかる迷光Ｌ３がＳＰＡＤ素子６ａに入射することにより、無効状態のＳＰＡＤ素子６ａには電子が蓄積される。

【0169】

次に、制御部８は、光源４が発光した時間Ｔ１１から所定の時間経過した時間Ｔ１３で、イネーブル信号をオフからオンに切り替える。これにより、ゲーティングスイッチ１５が時間Ｔ１３でオンからオフに切り替わることから、ＳＰＡＤ素子６ａのカソードはフローティング状態となる。

【0170】

また、第１のスイッチ１３は、時間Ｔ１３でオフからオンに切り替わる。これにより、ＳＰＡＤ素子６ａのカソードには電流値Ｉ１の電流が第１の定電流源１１から供給されることから、ＳＰＡＤ素子６ａのカソード電圧は、０（Ｖ）から徐々に上昇する。

【0171】

一方で、この変形例では、第１のスイッチ１３が時間Ｔ１４でオンからオフに切り替わることから、ＳＰＡＤ素子６ａのカソード電圧は時間Ｔ１４から所定の電圧Ｖ１ａで一定となる。

【0172】

そして、制御部８から送られたイネーブル信号は、上述のように、パルス生成回路１９および遅延回路１８Ｂを介して第２のスイッチ１４に送られる。これにより、時間Ｔ１４から所定の遅延時間だけ経過した時間Ｔ１５で、第２のスイッチ１４がオフからオンに切り替わる。

【0173】

これにより、ＳＰＡＤ素子６ａのカソードには電流値Ｉ２の電流が第２の定電流源１２から供給されることから、ＳＰＡＤ素子６ａのカソード電圧は、時間Ｔ１５時点の電圧Ｖ１ａから急激に上昇する。そして、時間Ｔ１６で所定の電圧Ｖ２に到達し、かかる時間Ｔ１６で第２のスイッチ１４はオンからオフに切り替わる。

【0174】

また、制御部８から送られたイネーブル信号が遅延回路１８Ａを介して第１のスイッチ１３に送られる。これにより、時間Ｔ１６で、第１のスイッチ１３がオフからオンに切り替わる。これにより、ＳＰＡＤ素子６ａのカソードに電流値Ｉ１の電流が第１の定電流源１１から供給されることから、ＳＰＡＤ素子６ａのカソード電圧は電圧Ｖ２で維持される。

【0175】

なお、図１４に記載した時間Ｔ１７～Ｔ１９における動作については、図８の例における時間Ｔ６～Ｔ８の動作と同様であることから、詳細な説明は省略する。

【0176】

ここまで説明したように、第１実施形態の変形例では、ゲーティング動作の際に、第１の定電流源１１によるＳＰＡＤ素子６ａへの電流供給を時間Ｔ１４で一旦停止することにより、ＳＰＡＤ素子６ａのカソード電圧を電圧Ｖ１ａで一定にする。

【0177】

このように、０（Ｖ）よりも高く、かつＳＰＡＤ素子６ａのブレイクダウン電圧（電圧Ｖ２）よりも低い電圧でカソード電圧を一定にすることにより、迷光Ｌ３に起因して蓄積される電子をＳＰＡＤ素子６ａから良好に排出することができる。

【0178】

なぜなら、０（Ｖ）に近い電圧でＳＰＡＤ素子６ａのカソード電圧を一定にすることにより、ＳＰＡＤ素子６ａをわざと小さくブレイクダウンさせることができるため、かかるブレイクダウンによってＳＰＡＤ素子６ａ内から蓄積電子を消滅させることができるからである。

【0179】

なお、ＳＰＡＤ素子６ａをわざと小さくブレイクダウンさせたとしても、かかる小さなブレイクダウンは短時間で終了し、ＳＰＡＤ素子６ａは直ぐに安定状態に戻ることから、全体のゲーティング動作における悪影響はほとんど無い。

【0180】

なお、ここまで説明した変形例を実施可能なイネーブル信号の伝達経路の構成は、図１３の例に限られない。図１５は、本開示の第１実施形態の変形例に係るパルス出力部７の別の構成例を示す回路図である。

【0181】

図１５の例では、第１のスイッチ１３には、イネーブル信号がパルス生成回路１９Ａを介して入力されるとともに、イネーブル信号が遅延回路１８Ａを介して入力される。

【0182】

これにより、図１５の例でも、イネーブル信号がオフからオンに切り替わった場合、所定の期間だけ第１のスイッチ１３をオフからオンに切り替えることができる。さらに、図１５の例でも、さらに所定の時間経過した後に、第１のスイッチ１３をオフからオンに切り替えることができる。

【0183】

また、第２のスイッチ１４には、イネーブル信号が遅延回路１８Ｂおよびパルス生成回路１９Ｂを介して入力される。これにより、図１５の例でも、イネーブル信号がオフからオンに切り替わった場合、所定の時間経過した後に、所定の期間だけ第２のスイッチ１４をオフからオンに切り替えることができる。

【0184】

かかる図１５の例では、それぞれ独立したパルス生成回路１９Ａ、１９Ｂでパルスを生成可能であることから、第１のスイッチ１３をオンで維持する時間と第２のスイッチ１４をオンで維持する時間とを個別に制御することができる。したがって、図１５の例によれば、ゲーティング動作をさらに円滑に実施することができる。

【0185】

また、図１３および図１５に示したパルス出力部７では、図１４の例とは別の動作も実施可能である。図１６は、本開示の第１実施形態の変形例に係るパルス出力部７の別の動作例を示すタイミングチャートである。

【0186】

図１６の例は、光源４を発光させる前にゲーティング動作を開始する例である。最初に、制御部８は、光源４を発光させる時間Ｔ２３より所定の時間だけ前の時間Ｔ２１で、イネーブル信号をオフからオンに切り替える。

【0187】

これにより、ゲーティングスイッチ１５が時間Ｔ２１でオンからオフに切り替わることから、ＳＰＡＤ素子６ａのカソードはフローティング状態となる。

【0188】

また、第１のスイッチ１３は、時間Ｔ２１でオフからオンに切り替わる。これにより、ＳＰＡＤ素子６ａのカソードには電流値Ｉ１の電流が第１の定電流源１１から供給されることから、ＳＰＡＤ素子６ａのカソード電圧は、０（Ｖ）から徐々に上昇する。そして、ＳＰＡＤ素子６ａのカソード電圧は、時間Ｔ２２から所定の電圧Ｖ１ａで一定となる。

【0189】

そして、制御部８は、光源駆動部５を制御することにより、時間Ｔ２３で光源４をパルス状に発光させる。これにより、時間Ｔ２４で迷光Ｌ３がＳＰＡＤ素子６ａに入射する。

【0190】

ここで、図１６の例では、迷光Ｌ３が入射した時間Ｔ２４ですでにＳＰＡＤ素子６ａのカソード電圧が電圧Ｖ１ａに昇圧されていることから、ＳＰＡＤ素子６ａは小さくブレイクダウンし、ＳＰＡＤ素子６ａのカソード電圧は０（Ｖ）に低下する。

【0191】

このように、図１６の例では、迷光Ｌ３でＳＰＡＤ素子６ａ内にブレイクダウンが発生することから、迷光Ｌ３が入射した場合でも、迷光Ｌ３に起因する電子はＳＰＡＤ素子６ａ内に蓄積されない。

【0192】

すなわち、図１６の例では、光源４を発光させる前に第１のスイッチ１３をオフからオンに切り替えて、迷光Ｌ３の入射でＳＰＡＤ素子６ａをわざと小さくブレイクダウンさせることにより、迷光Ｌ３に起因する電子の蓄積を抑制することができる。

【0193】

したがって、図１６の例によれば、ゲーティング動作の際にＳＰＡＤ素子６ａ内で迷光Ｌ３に起因する電子の蓄積を抑制することができる。

【0194】

なお、図１６に記載した時間Ｔ２５～Ｔ２９における動作については、図１４の例における時間Ｔ１６～Ｔ１９の動作と同様であることから、詳細な説明は省略する。

【0195】

＜第２の実施形態の変形例＞
図１７は、本開示の第２実施形態の変形例に係るパルス出力部７の構成例を示す回路図である。図１３の例は、イネーブル信号を第１のスイッチ１３および第２のスイッチ１４に伝達する経路の構成が、図１１に示した第２実施形態と異なる。

【0196】

【0197】

【0198】

【0199】

次に、図１７に加えて図１８も参照しながら、第２実施形態の変形例に係るパルス出力部７の動作について説明する。図１８は、本開示の第２実施形態の変形例に係るパルス出力部７の動作例を示すタイミングチャートである。

【0200】

【0201】

【0202】

次に、制御部８は、光源４が発光した時間Ｔ１１から所定の時間経過した時間Ｔ１３で、イネーブル信号をオフからオンに切り替える。これにより、ゲーティングスイッチ１５が時間Ｔ１３でオンからオフに切り替わることから、ＳＰＡＤ素子６ａのアノードはフローティング状態となる。

【0203】

また、第１のスイッチ１３は、時間Ｔ１３でオフからオンに切り替わる。これにより、ＳＰＡＤ素子６ａのアノードから電流値Ｉ１の電流が第１の定電流源１１に流されることから、ＳＰＡＤ素子６ａのアノード電圧は、電源電圧Ｖｄｄから徐々に低下する。

【0204】

一方で、この変形例では、第１のスイッチ１３が時間Ｔ１４でオンからオフに切り替わることから、ＳＰＡＤ素子６ａのアノード電圧は時間Ｔ１４から所定の電圧Ｖ４ａで一定となる。

【0205】

【0206】

これにより、ＳＰＡＤ素子６ａのアノードから電流値Ｉ２の電流が第２の定電流源１２に流されることから、ＳＰＡＤ素子６ａのアノード電圧は、時間Ｔ１５時点の電圧Ｖ４ａから急激に低下する。そして、時間Ｔ１６で所定の電圧Ｖ３に到達し、かかる時間Ｔ１６で第２のスイッチ１４はオンからオフに切り替わる。

【0207】

また、制御部８から送られたイネーブル信号が遅延回路１８Ａを介して第１のスイッチ１３に送られる。これにより、時間Ｔ１６で、第１のスイッチ１３がオフからオンに切り替わる。これにより、ＳＰＡＤ素子６ａのアノードから電流値Ｉ１の電流が第１の定電流源１１に流されることから、ＳＰＡＤ素子６ａのアノード電圧は電圧Ｖ３で維持される。

【0208】

なお、図１８に記載した時間Ｔ１７～Ｔ１９における動作については、図１２の例における時間Ｔ６～Ｔ８の動作と同様であることから、詳細な説明は省略する。

【0209】

ここまで説明したように、第２実施形態の変形例では、ゲーティング動作の際に、第１の定電流源１１によるＳＰＡＤ素子６ａからの電流放出を時間Ｔ１４で一旦停止することにより、ＳＰＡＤ素子６ａのアノード電圧を電圧Ｖ４ａで一定にする。

【0210】

このように、電源電圧Ｖｄｄよりも低く、かつＳＰＡＤ素子６ａのブレイクダウン電圧（電圧Ｖ３）よりも高い電圧でアノード電圧を一定にすることにより、迷光Ｌ３に起因して蓄積される電子をＳＰＡＤ素子６ａから良好に排出することができる。

【0211】

なぜなら、電源電圧Ｖｄｄに近い電圧でＳＰＡＤ素子６ａのアノード電圧を一定にすることにより、ＳＰＡＤ素子６ａをわざと小さくブレイクダウンさせることができるため、かかるブレイクダウンによってＳＰＡＤ素子６ａ内から蓄積電子を消滅させることができるからである。

【0212】

【0213】

なお、ここまで説明した変形例を実施可能なイネーブル信号の伝達経路の構成は、図１７の例に限られない。図１９は、本開示の第２実施形態の変形例に係るパルス出力部７の別の構成例を示す回路図である。

【0214】

図１９の例では、第１のスイッチ１３には、イネーブル信号がパルス生成回路１９Ａを介して入力されるとともに、イネーブル信号が遅延回路１８Ａを介して入力される。

【0215】

これにより、図１９の例でも、イネーブル信号がオフからオンに切り替わった場合、所定の期間だけ第１のスイッチ１３をオフからオンに切り替えることができる。さらに、図１９の例でも、さらに所定の時間経過した後に、第１のスイッチ１３をオフからオンに切り替えることができる。

【0216】

また、第２のスイッチ１４には、イネーブル信号が遅延回路１８Ｂおよびパルス生成回路１９Ｂを介して入力される。これにより、図１９の例でも、イネーブル信号がオフからオンに切り替わった場合、所定の時間経過した後に、所定の期間だけ第２のスイッチ１４をオフからオンに切り替えることができる。

【0217】

かかる図１９の例では、それぞれ独立したパルス生成回路１９Ａ、１９Ｂでパルスを生成可能であることから、第１のスイッチ１３をオンで維持する時間と第２のスイッチ１４をオンで維持する時間とを個別に制御することができる。したがって、図１９の例によれば、ゲーティング動作をさらに円滑に実施することができる。

【0218】

また、図１７および図１９に示したパルス出力部７では、図１８の例とは別の動作も実施可能である。図２０は、本開示の第２実施形態の変形例に係るパルス出力部７の別の動作例を示すタイミングチャートである。

【0219】

図２０の例は、光源４を発光させる前にゲーティング動作を開始する例である。最初に、制御部８は、光源４を発光させる時間Ｔ２３より所定の時間だけ前の時間Ｔ２１で、イネーブル信号をオフからオンに切り替える。

【0220】

これにより、ゲーティングスイッチ１５が時間Ｔ２１でオンからオフに切り替わることから、ＳＰＡＤ素子６ａのアノードはフローティング状態となる。

【0221】

また、第１のスイッチ１３は、時間Ｔ２１でオフからオンに切り替わる。これにより、ＳＰＡＤ素子６ａのアノードからは電流値Ｉ１の電流が第１の定電流源１１に流されることから、ＳＰＡＤ素子６ａのアノード電圧は、電源電圧Ｖｄｄから徐々に低下する。そして、ＳＰＡＤ素子６ａのアノード電圧は、時間Ｔ２２から所定の電圧Ｖ４ａで一定となる。

【0222】

【0223】

ここで、図２０の例では、迷光Ｌ３が入射した時間Ｔ２４ですでにＳＰＡＤ素子６ａのアノード電圧が電圧Ｖ４ａに降圧されていることから、ＳＰＡＤ素子６ａは小さくブレイクダウンし、ＳＰＡＤ素子６ａのアノード電圧は電源電圧Ｖｄｄに上昇する。

【0224】

このように、図２０の例では、迷光Ｌ３でＳＰＡＤ素子６ａ内にブレイクダウンが発生することから、迷光Ｌ３が入射した場合でも、迷光Ｌ３に起因する電子はＳＰＡＤ素子６ａ内に蓄積されない。

【0225】

すなわち、図２０の例では、光源４を発光させる前に第１のスイッチ１３をオフからオンに切り替えて、迷光Ｌ３の入射でＳＰＡＤ素子６ａをわざと小さくブレイクダウンさせることにより、迷光Ｌ３に起因する電子の蓄積を抑制することができる。

【0226】

したがって、図２０の例によれば、ゲーティング動作の際にＳＰＡＤ素子６ａ内で迷光Ｌ３に起因する電子の蓄積を抑制することができる。

【0227】

なお、図２０に記載した時間Ｔ２５～Ｔ２９における動作については、図１８の例における時間Ｔ１６～Ｔ１９の動作と同様であることから、詳細な説明は省略する。

【0228】

［効果］
第１実施形態に係る測距センサ１は、ＳＰＡＤ（Single Photon Avalanche Diode）素子６ａと、第１の定電流源１１および第２の定電流源１２と、第１のスイッチ１３と、第２のスイッチ１４と、ゲーティングスイッチ１５とを備える。ＳＰＡＤ素子６ａは、光源４からの射出光Ｌ１に起因して被測定物Ｘから反射される光（反射光Ｌ２）を受光した際に信号Ｓ１を出力する。第１の定電流源１１および第２の定電流源１２は、ＳＰＡＤ素子６ａのカソードに並列に接続される。第１のスイッチ１３は、ＳＰＡＤ素子６ａと第１の定電流源１１との間に接続される。第２のスイッチ１４は、ＳＰＡＤ素子６ａと第２の定電流源１２との間に接続される。ゲーティングスイッチ１５は、ＳＰＡＤ素子６ａおよび第１のスイッチ１３の間と、接地電位との間に接続される。

【0229】

これにより、ＳＰＡＤ素子６ａのゲーティング動作を素早くかつ良好に実施することができる。

【0230】

第２実施形態に係る測距センサ１は、ＳＰＡＤ（Single Photon Avalanche Diode）素子６ａと、第１の定電流源１１および第２の定電流源１２と、第１のスイッチ１３と、第２のスイッチ１４と、ゲーティングスイッチ１５とを備える。ＳＰＡＤ素子６ａは、光源４からの射出光Ｌ１に起因して被測定物Ｘから反射される光（反射光Ｌ２）を受光した際に信号Ｓ１を出力する。第１の定電流源１１および第２の定電流源１２は、ＳＰＡＤ素子６ａのアノードに並列に接続される。第１のスイッチ１３は、ＳＰＡＤ素子６ａと第１の定電流源１１との間に接続される。第２のスイッチ１４は、ＳＰＡＤ素子６ａと第２の定電流源１２との間に接続される。ゲーティングスイッチ１５は、ＳＰＡＤ素子６ａおよび第１のスイッチ１３の間と、電源電圧Ｖｄｄとの間に接続される。

【0231】

これにより、ＳＰＡＤ素子６ａのゲーティング動作を素早くかつ良好に実施することができる。

【0232】

また、各実施形態に係る測距センサ１は、光源４と、制御部８とをさらに備える。光源４は、被測定物Ｘに光（射出光Ｌ１）を照射する。制御部８は、光源４と、第１のスイッチ１３と、第２のスイッチ１４と、ゲーティングスイッチ１５とを制御する。そして、制御部８は、光源４の発光動作に同期させて、ゲーティングスイッチ１５をオンからオフに切り替える。

【0233】

これにより、迷光Ｌ３によってＳＰＡＤ素子６ａを反応させることなく、被測定物Ｘからの反射光Ｌ２によってＳＰＡＤ素子６ａを反応させることができることから、被測定物Ｘとの距離Ｄを精度よく測定することができる。

【0234】

また、各実施形態に係る測距センサ１において、制御部８は、ゲーティングスイッチ１５のオフ動作に同期させて、第１のスイッチ１３をオフからオンに切り替える。また、制御部８は、第１のスイッチ１３をオフからオンに切り替えた後に、第２のスイッチ１４をオフからオンに切り替える。

【0235】

これにより、ＳＰＡＤ素子６ａのゲーティング動作を素早くかつ良好に実施することができる。

【0236】

また、各実施形態に係る測距センサ１において、制御部８は、第２のスイッチ１４をオフからオンに切り替えるまでの間、第１のスイッチ１３をオン状態で維持する。

【0237】

これにより、ＳＰＡＤ素子６ａのゲーティング動作をさらに素早く実施することができる。

【0238】

また、各実施形態に係る測距センサ１において、制御部８は、第２のスイッチ１４をオフからオンに切り替えるまでの間に、第１のスイッチ１３をオンからオフに切り替える。

【0239】

これにより、迷光Ｌ３に起因して蓄積される電子をＳＰＡＤ素子６ａから良好に排出することができる。

【0240】

また、各実施形態に係る測距センサ１において、制御部８は、光源４を発光させるよりも前にゲーティングスイッチ１５をオンからオフに切り替える。

【0241】

これにより、ゲーティング動作の際にＳＰＡＤ素子６ａ内で迷光Ｌ３に起因する電子の蓄積を抑制することができる。

【0242】

また、各実施形態に係る測距センサ１において、第１の定電流源１１の電流値Ｉ１は、第２の定電流源の電流値Ｉ２よりも小さい。

【0243】

これにより、ＳＰＡＤ素子６ａのゲーティング動作をさらに素早くかつ良好に実施することができる。

【0244】

［移動体への応用例］
本開示に係る技術（本技術）は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット等のいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。

【0245】

図２１は、本開示に係る技術が適用され得る移動体制御システムの一例である車両制御システムの概略的な構成例を示すブロック図である。

【0246】

車両制御システム１２０００は、通信ネットワーク１２００１を介して接続された複数の電子制御ユニットを備える。図２１に示した例では、車両制御システム１２０００は、駆動系制御ユニット１２０１０、ボディ系制御ユニット１２０２０、車外情報検出ユニット１２０３０、車内情報検出ユニット１２０４０、及び統合制御ユニット１２０５０を備える。また、統合制御ユニット１２０５０の機能構成として、マイクロコンピュータ１２０５１、音声画像出力部１２０５２、及び車載ネットワークＩ／Ｆ（Interface）１２０５３が図示されている。

【0247】

駆動系制御ユニット１２０１０は、各種プログラムにしたがって車両の駆動系に関連する装置の動作を制御する。例えば、駆動系制御ユニット１２０１０は、内燃機関又は駆動用モータ等の車両の駆動力を発生させるための駆動力発生装置、駆動力を車輪に伝達するための駆動力伝達機構、車両の舵角を調節するステアリング機構、及び、車両の制動力を発生させる制動装置等の制御装置として機能する。

【0248】

ボディ系制御ユニット１２０２０は、各種プログラムにしたがって車体に装備された各種装置の動作を制御する。例えば、ボディ系制御ユニット１２０２０は、キーレスエントリシステム、スマートキーシステム、パワーウィンドウ装置、あるいは、ヘッドランプ、バックランプ、ブレーキランプ、ウィンカー又はフォグランプ等の各種ランプの制御装置として機能する。この場合、ボディ系制御ユニット１２０２０には、鍵を代替する携帯機から発信される電波又は各種スイッチの信号が入力され得る。ボディ系制御ユニット１２０２０は、これらの電波又は信号の入力を受け付け、車両のドアロック装置、パワーウィンドウ装置、ランプ等を制御する。

【0249】

車外情報検出ユニット１２０３０は、車両制御システム１２０００を搭載した車両の外部の情報を検出する。例えば、車外情報検出ユニット１２０３０には、撮像部１２０３１が接続される。車外情報検出ユニット１２０３０は、撮像部１２０３１に車外の画像を撮像させるとともに、撮像された画像を受信する。車外情報検出ユニット１２０３０は、受信した画像に基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等の物体検出処理又は距離検出処理を行ってもよい。

【0250】

撮像部１２０３１は、光を受光し、その光の受光量に応じた電気信号を出力する光センサである。撮像部１２０３１は、電気信号を画像として出力することもできるし、測距の情報として出力することもできる。また、撮像部１２０３１が受光する光は、可視光であっても良いし、赤外線等の非可視光であっても良い。

【0251】

車内情報検出ユニット１２０４０は、車内の情報を検出する。車内情報検出ユニット１２０４０には、例えば、運転者の状態を検出する運転者状態検出部１２０４１が接続される。運転者状態検出部１２０４１は、例えば運転者を撮像するカメラを含み、車内情報検出ユニット１２０４０は、運転者状態検出部１２０４１から入力される検出情報に基づいて、運転者の疲労度合い又は集中度合いを算出してもよいし、運転者が居眠りをしていないかを判別してもよい。

【0252】

マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で取得される車内外の情報に基づいて、駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置の制御目標値を演算し、駆動系制御ユニット１２０１０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車両の衝突回避あるいは衝撃緩和、車間距離に基づく追従走行、車速維持走行、車両の衝突警告、又は車両のレーン逸脱警告等を含むＡＤＡＳ（Advanced Driver Assistance System）の機能実現を目的とした協調制御を行うことができる。

【0253】

また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で取得される車両の周囲の情報に基づいて駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置等を制御することにより、運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。

【0254】

また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で取得される車外の情報に基づいて、ボディ系制御ユニット１２０２０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で検知した先行車又は対向車の位置に応じてヘッドランプを制御し、ハイビームをロービームに切り替える等の防眩を図ることを目的とした協調制御を行うことができる。

【0255】

音声画像出力部１２０５２は、車両の搭乗者又は車外に対して、視覚的又は聴覚的に情報を通知することが可能な出力装置へ音声及び画像のうちの少なくとも一方の出力信号を送信する。図２１の例では、出力装置として、オーディオスピーカ１２０６１、表示部１２０６２及びインストルメントパネル１２０６３が例示されている。表示部１２０６２は、例えば、オンボードディスプレイ及びヘッドアップディスプレイの少なくとも一つを含んでいてもよい。

【0256】

図２２は、撮像部１２０３１の設置位置の例を示す図である。

【0257】

図２２では、撮像部１２０３１として、撮像部１２１０１、１２１０２、１２１０３、１２１０４、１２１０５を有する。

【0258】

撮像部１２１０１、１２１０２、１２１０３、１２１０４、１２１０５は、例えば、車両１２１００のフロントノーズ、サイドミラー、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部等の位置に設けられる。フロントノーズに備えられる撮像部１２１０１及び車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部１２１０５は、主として車両１２１００の前方の画像を取得する。サイドミラーに備えられる撮像部１２１０２、１２１０３は、主として車両１２１００の側方の画像を取得する。リアバンパ又はバックドアに備えられる撮像部１２１０４は、主として車両１２１００の後方の画像を取得する。車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部１２１０５は、主として先行車両又は、歩行者、障害物、信号機、交通標識又は車線等の検出に用いられる。

【0259】

なお、図２２には、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮影範囲の一例が示されている。撮像範囲１２１１１は、フロントノーズに設けられた撮像部１２１０１の撮像範囲を示し、撮像範囲１２１１２，１２１１３は、それぞれサイドミラーに設けられた撮像部１２１０２，１２１０３の撮像範囲を示し、撮像範囲１２１１４は、リアバンパ又はバックドアに設けられた撮像部１２１０４の撮像範囲を示す。例えば、撮像部１２１０１ないし１２１０４で撮像された画像データが重ね合わせられることにより、車両１２１００を上方から見た俯瞰画像が得られる。

【0260】

撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、距離情報を取得する機能を有していてもよい。例えば、撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、複数の撮像素子からなるステレオカメラであってもよいし、位相差検出用の画素を有する撮像素子であってもよい。

【0261】

例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４から得られた距離情報を基に、撮像範囲１２１１１ないし１２１１４内における各立体物までの距離と、この距離の時間的変化（車両１２１００に対する相対速度）を求めることにより、特に車両１２１００の進行路上にある最も近い立体物で、車両１２１００と略同じ方向に所定の速度（例えば、０km/h以上）で走行する立体物を先行車として抽出することができる。さらに、マイクロコンピュータ１２０５１は、先行車の手前に予め確保すべき車間距離を設定し、自動ブレーキ制御（追従停止制御も含む）や自動加速制御（追従発進制御も含む）等を行うことができる。このように運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。

【0262】

例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４から得られた距離情報を元に、立体物に関する立体物データを、２輪車、普通車両、大型車両、歩行者、電柱等その他の立体物に分類して抽出し、障害物の自動回避に用いることができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車両１２１００の周辺の障害物を、車両１２１００のドライバが視認可能な障害物と視認困難な障害物とに識別する。そして、マイクロコンピュータ１２０５１は、各障害物との衝突の危険度を示す衝突リスクを判断し、衝突リスクが設定値以上で衝突可能性がある状況であるときには、オーディオスピーカ１２０６１や表示部１２０６２を介してドライバに警報を出力することや、駆動系制御ユニット１２０１０を介して強制減速や回避操舵を行うことで、衝突回避のための運転支援を行うことができる。

【0263】

撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、赤外線を検出する赤外線カメラであってもよい。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像中に歩行者が存在するか否かを判定することで歩行者を認識することができる。かかる歩行者の認識は、例えば赤外線カメラとしての撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像における特徴点を抽出する手順と、物体の輪郭を示す一連の特徴点にパターンマッチング処理を行って歩行者か否かを判別する手順によって行われる。マイクロコンピュータ１２０５１が、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像中に歩行者が存在すると判定し、歩行者を認識すると、音声画像出力部１２０５２は、当該認識された歩行者に強調のための方形輪郭線を重畳表示するように、表示部１２０６２を制御する。また、音声画像出力部１２０５２は、歩行者を示すアイコン等を所望の位置に表示するように表示部１２０６２を制御してもよい。

【0264】

以上、本開示に係る技術が適用され得る車両制御システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、撮像部１２０３１に適用され得る。具体的には、図５の測距センサ１は、撮像部１２０３１に適用することができる。撮像部１２０３１に本開示に係る技術を適用することにより、ＳＰＡＤ素子のゲーティング動作を素早くかつ良好に実施することができる。

【0265】

以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示の技術的範囲は、上述の実施形態そのままに限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。また、異なる実施形態及び変形例にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

【0266】

たとえば、上記の各実施形態では、ＳＰＡＤ素子６ａに２つの定電流源を並列に接続した例について示したが、ＳＰＡＤ素子６ａに並列に接続される定電流源の数は２つに限られず、３つ以上の定電流源が並列に接続されていてもよい。

【0267】

また、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものでは無く、また他の効果があってもよい。

【0268】

なお、本技術は以下のような構成も取ることができる。
（１）
光源からの射出光に起因して被測定物から反射される光を受光した際に信号を出力するＳＰＡＤ（Single Photon Avalanche Diode）素子と、
前記ＳＰＡＤ素子のカソードに並列に接続される第１の定電流源および第２の定電流源と、
前記ＳＰＡＤ素子と前記第１の定電流源との間に接続される第１のスイッチと、
前記ＳＰＡＤ素子と前記第２の定電流源との間に接続される第２のスイッチと、
前記ＳＰＡＤ素子および前記第１のスイッチの間と、接地電位との間に接続されるゲーティングスイッチと、
を備える測距センサ。
（２）
光源からの射出光に起因して被測定物から反射される光を受光した際に信号を出力するＳＰＡＤ（Single Photon Avalanche Diode）素子と、
前記ＳＰＡＤ素子のアノードに並列に接続される第１の定電流源および第２の定電流源と、
前記ＳＰＡＤ素子と前記第１の定電流源との間に接続される第１のスイッチと、
前記ＳＰＡＤ素子と前記第２の定電流源との間に接続される第２のスイッチと、
前記ＳＰＡＤ素子および前記第１のスイッチの間と、電源電圧との間に接続されるゲーティングスイッチと、
を備える測距センサ。
（３）
前記被測定物に光を照射する光源と、
前記光源と、前記第１のスイッチと、前記第２のスイッチと、前記ゲーティングスイッチとを制御する制御部とをさらに備え、
前記制御部は、
前記光源の発光動作に同期させて、前記ゲーティングスイッチをオンからオフに切り替える
前記（１）または（２）に記載の測距センサ。
（４）
前記制御部は、
前記ゲーティングスイッチのオフ動作に同期させて、前記第１のスイッチをオフからオンに切り替え、
前記第１のスイッチをオフからオンに切り替えた後に、前記第２のスイッチをオフからオンに切り替える
前記（３）に記載の測距センサ。
（５）
前記制御部は、
前記第２のスイッチをオフからオンに切り替えるまでの間、前記第１のスイッチをオン状態で維持する
前記（４）に記載の測距センサ。
（６）
前記制御部は、
前記第２のスイッチをオフからオンに切り替えるまでの間に、前記第１のスイッチをオンからオフに切り替える
前記（４）に記載の測距センサ。
（７）
前記制御部は、前記光源を発光させるよりも前に前記ゲーティングスイッチをオンからオフに切り替える
前記（４）～（６）のいずれか一つに記載の測距センサ。
（８）
前記第１の定電流源の電流値は、前記第２の定電流源の電流値よりも小さい
前記（１）～（７）のいずれか一つに記載の測距センサ。

【符号の説明】

【0269】

１測距センサ
４光源
６ａＳＰＡＤ素子
７パルス出力部
８制御部
１１第１の定電流源
１２第２の定電流源
１３第１のスイッチ
１４第２のスイッチ
１５ゲーティングスイッチ

【図1】