光检测装置、光检测方法和光学式测距传感器
阅读说明：本技术 光检测装置、光检测方法和光学式测距传感器 (Optical detection device, optical detection method, and optical distance measuring sensor ) 是由 堀野昌伸 松井优贵 中室健 仲田佐幸 于 2019-03-08 设计创作，主要内容包括：光检测装置(1)根据检测开始定时而检测入射的光。光检测装置具有多个受光元件(10a～10c)、信号合成电路(13)、检测电路(14)、时间计测电路(4)和定时提取电路(3)。多个受光元件接收光,分别生成表示受光结果的输出信号。信号合成电路对来自各受光元件的多个输出信号进行合计,从而生成合成信号。检测电路检测合成信号达到第1阈值(V1)以上的定时,从而生成检测信号。时间计测电路根据检测信号,计测检测开始定时与检测出的定时之间的测量期间。定时提取电路在以检测出的定时为基准的预定期间内,提取表示合成信号增加的定时的定时信息(D3)。(The light detection device (1) detects incident light according to a detection start timing. The light detection device has a plurality of light receiving elements (10 a-10 c), a signal combining circuit (13), a detection circuit (14), a time measurement circuit (4), and a timing extraction circuit (3). The plurality of light receiving elements receive light and generate output signals indicating the light receiving results. The signal synthesizing circuit generates a synthesized signal by summing a plurality of output signals from the respective light receiving elements. The detection circuit detects the timing at which the combined signal reaches the 1 st threshold (V1) or more, and generates a detection signal. The time measurement circuit measures a measurement period between the detection start timing and the detected timing based on the detection signal. The timing extraction circuit extracts timing information (D3) indicating the timing at which the synthesized signal increases, within a predetermined period of time with reference to the detected timing.)
技术领域
本公开涉及光检测装置、光检测方法、以及具有光检测装置的光学式测距传感器。
背景技术
已知有利用光的飞行时间(TOF)的光学式测距传感器。光学式测距传感器对物体照射光，通过检测被物体反射后的光，测量与在到物体之间往复的光的飞行时间对应的距离。关于光学式测距传感器，提出有将SPAD(单光子雪崩光电二极管)用于光检测的技术(例如，专利文献1、2)。
专利文献1公开了在光学测距装置中具有多个SPAD的光检测器。专利文献1的光检测器将从多个SPAD输出的矩形脉冲相加，对相加得到的输出值与预定的基准值进行比较，根据比较结果来输出了触发信号。
专利文献2公开了在受光部中具有多个SPAD的测距装置。在表示从多个SPAD输出的电脉冲的合计的合计信号超过预定的阈值并且合计信号的上升沿的斜率超过预定的倾斜阈值的情况下，专利文献2的测距装置判定为检测出测量脉冲。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特许第5644294号公报
专利文献2：美国专利第2015/0177369号说明书
发明内容
发明要解决的课题
在专利文献1等现有技术中，根据要知晓由多个SPAD同时检测出的光子的合计数量的目的，在基于多个SPAD的每一次光检测时，一个定时成为检测对象。SPAD对光子的反应是随机的，因此，例如为了使用统计处理高精度地进行光检测，优选在使多个SPAD同时接收光时得到多个定时。
本公开的目的在于提供一种能够容易高精度地进行光学式测距传感器中的光检测的光检测装置、光检测方法和光学式测距传感器。
用于解决课题的手段
本公开的光检测装置根据检测开始定时而检测入射的光。光检测装置具有多个受光元件、信号合成电路、检测电路、时间计测电路和定时提取电路。多个受光元件接收光，分别生成表示受光结果的输出信号。信号合成电路对来自各受光元件的多个输出信号进行合计，从而生成合成信号。检测电路检测合成信号达到第1阈值以上的定时，从而生成表示检测出的定时的检测信号。时间计测电路根据检测信号，计测检测开始定时与检测出的定时之间的测量期间。定时提取电路在以检测出的定时为基准的预定期间内，提取表示合成信号增加的定时的定时信息。
本公开的光检测方法提供光检测装置根据检测开始定时而检测入射的光的方法。
本公开的光学式测距传感器具有：投光部，其投射光；以及光检测装置。光检测装置的时间计测电路将所述投光部投射光的定时用作所述检测开始定时，对所述测量期间进行计测。
发明效果
根据本公开的光检测装置、光检测方法和光学式测距传感器，能够容易高精度地进行光学式测距传感器中的光检测。
附图说明
图1是用于说明本公开的光检测装置的应用例的图。
图2是示出实施方式1的光学式测距传感器的结构的框图。
图3是示出实施方式1的光检测装置的结构的框图。
图4是示出光检测装置中的保持电路的结构例的电路图。
图5是用于说明光检测装置中的合成信号的合成方法的时序图。
图6是例示实施方式1的光检测装置的动作的时序图。
图7是示出实施方式2的光检测装置的结构的框图。
图8是例示实施方式2的光检测装置的动作的时序图。
图9是示出实施方式3的光检测装置的结构的框图。
图10是示出光检测装置中的综合电路的结构例的电路图。
图11是例示实施方式3的光检测装置的动作的时序图。
图12是示出光检测装置中的检测阈值设定电路的变形例的电路图。
具体实施方式
以下，参照附图来说明本公开的光检测装置、光检测方法和光学式测距传感器的实施方式。另外，在以下的各实施方式中，对相同的结构要素标注相同的标号。
(应用例)
使用图1来说明可应用本公开的光检测装置的一例。图1是用于说明本公开的光检测装置1的应用例的图。
本公开的光检测装置1被应用于TOF型光学式测距传感器2。例如图1所示，光学式测距传感器2具有投光部20，该投光部20将脉冲光投射到外部。光检测装置1构成受光部，该受光部在光学式测距传感器2中从外部接收光。
本公开的光学式测距传感器2能够应用于例如工业自动化用途的光电传感器等。光学式测距传感器2通过使用光检测装置1来检测从投光部20投射出的脉冲光的反射光，根据光的飞行时间来测量到反射了光的物体之间的距离。根据光学式测距传感器2，能够进行物体是否位于特定的位置的检测等。
在本应用例中，基于光学式测距传感器2中的光检测的高灵敏度化等观点，在光检测装置1中使用SPAD作为受光元件。SPAD是能够对1个光子的入射也进行反应的程度的高灵敏度，但是，可能产生由于该反应是随机的而引起的检测偏差。在本应用例中，基于抑制SPAD的检测偏差的观点，在光检测装置1中由多个SPAD同时进行一次的光检测时取得多个定时，从而容易实现高精度的光检测。
(结构例)
以下，说明作为光检测装置1和光学式测距传感器2的结构例的实施方式。
(实施方式1)
在实施方式1中，对检测接收到光的SPAD的个数达到检测阈值以上的附近的局部定时的光检测装置1和光学式测距传感器2进行说明。
1.结构
以下说明实施方式1的光学式测距传感器2和光检测装置1的结构。
1-1.光学式测距传感器的结构
参照图2来说明本实施方式的光学式测距传感器2的结构。图2是示出光学式测距传感器2的结构的框图。
例如图2所示，光学式测距传感器2具有投光部20、控制部25和光检测装置1。投光部20例如具有光源21和光源驱动部22。
在投光部20中，光源21例如包含LD(半导体激光器)或LED。光源21例如发出红外光等光。光源驱动部22是驱动光源21的发光的电路。光源驱动部22在由控制部25控制的定时，使光源21照射脉冲状的光、即脉冲光。脉冲光例如具有几纳秒～几十纳秒等的脉冲宽度。
控制部25包含例如CPU、RAM和ROM等，进行各结构要素的控制。例如，控制部25生成各种控制信号，以对光学式测距传感器2的整体动作进行控制。
例如图2所示，光检测装置1具有SPAD阵列10、信号处理部11和测距部12。光检测装置1例如在SPAD阵列10或信号处理部11中，包含放大SPAD对入射的光进行反应而产生的电信号的放大器和SPAD的驱动电路等。
SPAD阵列10构成为呈阵列状地配置多个SPAD。SPAD阵列10的各SPAD通过使APD(雪崩光电二极管)在盖革模式下动作来实现。
信号处理部11根据从SPAD阵列10输出的输出信号，进行用于检测作为光检测装置1的检测对象的光到达的定时的信号处理。测距部12根据信号处理部11的信号处理结果，计算表示与光的飞行时间对应的距离的距离值。以下，说明光检测装置1的结构的详细内容。
1-2.光检测装置的结构
参照图3、4来说明实施方式1的光检测装置1的结构例。图3是示出本实施方式的光检测装置1的结构的框图。
如图3所示，本实施方式的光检测装置1具有构成SPAD阵列10的多个SPAD10a～10c、构成信号处理部11的信号合成电路13、检测电路14和定时提取电路3。此外，光检测装置1例如具有构成测距部12的TDC(时间/数字转换器)4和运算部5。
SPAD 10a～10c是对在光检测装置1中入射的光子随机地进行反应的受光元件的一例。以下，说明SPAD阵列10中的SPAD 10a～10c的个数为3个的例子。
各个SPAD 10a、10b、10c分别接收光，从而生成表示受光结果的输出信号Sa、Sb、Sc。例如，也可以在光检测装置1中适当地组装有对每个SPAD 10a～10c的输出信号Sa～Sc的信号波形整形成矩形脉冲状的波形整形电路。来自SPAD阵列10的各输出信号Sa～Sc输入到信号处理部11的信号合成电路13。
信号合成电路13对所输入的多个输出信号Sa～Sc进行合计，从而生成合成信号S1。信号合成电路13将所生成的合成信号S1输出至检测电路14和定时提取电路3。信号合成电路13能够应用公知的技术来构成(例如参照专利文献1)。
检测电路14根据来自信号合成电路13的合成信号S1来检测得到了作为光检测装置1的检测对象的光的定时，从而生成表示检测结果的检测信号S2。例如图3所示，检测电路14具有检测阈值设定电路15和判定电路16。
检测阈值设定电路15将预定的检测阈值V1设定在判定电路16中。检测阈值V1表示对多个SPAD 10a～10中的同时检测的定时进行判定的基准。检测阈值V1是本实施方式中的第1阈值的一例。
判定电路16例如包含比较器和逻辑电路等。判定电路16对合成信号S1与检测阈值V1进行比较判定，根据判定结果来生成检测信号S2。本实施方式的判定电路16生成表示合成信号S1是否达到了检测阈值V1以上的判定结果的检测信号S2。检测信号S2输入到TDC 4和定时提取电路3。
例如图3所示，本实施方式的定时提取电路3具有一个以上的二值化阈值设定电路31a、31b(统称作“二值化阈值设定电路31”)、一个以上的比较电路32a、32b(统称作“比较电路32”)和一个以上的保持电路33a、33b(统称作“保持电路33”)。以下，说明定时提取电路3具有两组的二值化阈值设定电路31、比较电路32和保持电路33的组的例子。
二值化阈值设定电路31的第1二值化阈值设定电路31a例如将比检测阈值V1小的第1二值化阈值V3a设定在第1比较电路32a中。此外，第2二值化阈值设定电路31b例如将比第1二值化阈值V3a大并且比检测阈值V1小的第2二值化阈值V3b设定在第2比较电路32b中。
各二值化阈值V3a、V3b例如表示对根据检测阈值V1来检测的定时附近且SPAD10a～10c的反应发生了变化的定时进行判定的基准。各个二值化阈值V3a、V3b(统称作“二值化阈值V3”)分别是本实施方式中的第2阈值的一例。
向定时提取电路3的比较电路32输入来自信号合成电路13的合成信号S1。第1比较电路32a对合成信号S1与第1二值化阈值V3a进行比较，例如生成表示合成信号S1是否为第1二值化阈值V3a以上的第1二值信号S3a。第1比较电路32a将所生成的第1二值信号S3a输出至第1保持电路33a。
与第1二值信号S3a同样，第2比较电路32b根据合成信号S1与第2二值化阈值V3b的比较结果来生成第2二值信号S3b，并输出至第2保持电路33b。以下，将第1二值信号S3a和第2二值信号S3b统称作“二值信号S3”。
向定时提取电路3的保持电路33输入检测电路14的检测信号S2。第1保持电路33a、第2保持电路33b分别保持表示以检测信号S2为基准的预定的保持期间的各二值信号S3a、S3b的信号状态的第1定时信息D3a和第2定时信息D3b(统称作“定时信息D3”)。保持期间例如为几纳秒～几十纳秒。图4示出保持电路33的结构例。
在图4的结构例中，保持电路33具有多个存储元件34、和彼此串联连接的多个延迟元件35。各存储元件34在输入端子处与一个延迟元件35连接，保持“0”或“1”的二值。各延迟元件35优选具有相同的延迟期间(例如几十皮秒～几百皮秒)。
在图4的例子的保持电路33中，来自比较电路32的二值信号S3输入到延迟元件35的串联电路。来自检测电路14的检测信号S2输入到各存储元件34的控制端子。各存储元件34根据检测信号S2表示的定时，取入并保持被输出至对应的延迟元件35的二值信号S3。由此，保持电路33能够在以检测信号S2表示的定时为末端的保持期间内，保持表示每个延迟期间的二值信号S3的信号状态的定时信息D3。
返回图3，从控制部25向TDC 4输入检测开始定时信号S0。检测开始定时信号S0是表示使TDC 4的动作开始的定时的控制信号的一例。
TDC 4是通过数字值生成(时间/数字转换)时间信息从而计测时间的时间计测电路的一例。TDC 4根据检测开始定时信号S0和检测信号S2，计测从检测开始定时信号S0表示的定时到检测信号S2表示的定时为止的测量期间，生成表示计测结果的测量期间的时间信息D1。
运算部5例如包含通过与软件的协作来执行各种运算处理的CPU、RAM和ROM等。运算部5与TDC 4一起作为测距部12动作。运算部5从TDC 4取得时间信息D1，并且从定时提取电路3的各保持电路33a、33b取得各个定时信息D3a、D3b。运算部5根据所取得的时间信息D1和定时信息D3a、D3b，执行用于计算与光的飞行时间对应的距离的运算处理。在该运算处理中还包含例如各种统计处理等。
另外，构成运算部5的CPU等硬件资源可以与光学式测距传感器2的控制部25是共用的，也可以是分开的。此外，运算部5和控制部25等也可以由ASIC、FPGA等各种硬件电路构成。
2.动作
以下，说明如以上那样构成的光学式测距传感器2和光检测装置1的动作。
在光学式测距传感器2中，控制部25(图2)对投光部20的光源驱动部22进行控制，例如按照每预定的时间间隔使光源21投射脉冲光。所投射的脉冲光在作为光学式测距传感器2的测距对象的物体中被反射时，能够作为反射光入射到光学式测距传感器2。
控制部25在控制投光部20时，生成检测开始定时信号S0以表示投射光的定时，并输出至测距部12的TDC 4(图3)。
光学式测距传感器2的光检测装置1与投光部20的投光同步地在从投光的定时起的预定的受光期间内，进行用于检测脉冲光的反射光的光检测。受光期间例如也可以设定为比脉冲光的时间间隔短的期间，着眼于与作为测距对象的距离的上限值对应的光的飞行时间来设定(例如，相对于距离的上限值30m为受光期间200ns等)。
在光检测装置1的光检测中，SPAD阵列10接收光，信号处理部11对受光结果的信号进行信号处理，生成表示反射光到达了的定时的检测信号S2。测距部12根据检测信号S2，在TDC 4中计测直到所投射的脉冲光被物体反射并被接收为止花费的飞行时间作为测量期间。测距部12例如能够对所计测的测量期间的一半乘以光速，来计算距离值。
在以上的光学式测距传感器2中，通过在光检测装置1中使用SPAD 10a～10c，能够使光检测高灵敏度化从而提高测距精度。但是，SPAD 10a～10c对光子的检测是随机的，因此，在针对一次投光使多个SPAD 10a～10c同时进行光子的检测时，产生随机的检测偏差。
因此，本实施方式的光检测装置1通过使用了检测电路14的检测阈值V1和定时提取电路3的各二值化阈值V3a、V3b的比较判定，针对一次的检测开始定时取得多个定时，由测距部12进行统计处理。以下，说明本实施方式的光检测装置1的动作的详细内容。
2-1.光检测装置的动作
使用图5、6，说明本实施方式的光检测装置1的动作的详细内容。
图5是用于说明光检测装置1中的合成信号S1的合成方法的时序图。图6示出例示光检测装置1的动作的时序图。
在本实施方式的光检测装置1(图3)中，各SPAD 10a～10c在各自的随机的动作中接收光，生成输出信号Sa、Sb、Sc。在图5的(a)、(b)、(c)中例示各输出信号Sa、Sb、Sc的信号波形。
在图5的(a)～(c)的例子中，各输出信号Sa～Sc是具有预定的脉冲宽度的矩形脉冲P1。通过各个SPAD 10a～10c对入射的光子随机地进行反应，在各输出信号Sa～Sc中产生矩形脉冲P1。
在图5的(a)～(c)的例子中，第一个SPAD 10a的输出信号Sa在时刻t1上升(图5的(a))，但是，第二个SPAD10b的输出信号Sb在比时刻t1靠后的时刻t3上升(图5的(b))。此外，第三个SPAD 10a的输出信号Sa在时刻t1与时刻t3之间的时刻t2上升(图5的(c))。
信号合成电路13对来自各SPAD 10a～10c的输出信号Sa～Sc进行合计，从而生成合成信号S1。图5的(d)例示基于图5的(a)～(c)的输出信号Sa～Sc的合成信号S1。
图5的(d)所例示的合成信号S1是对同时刻的3个输出信号Sa～Sc(图5的(a)～(c))进行合计所得的合成信号。例如，从时刻t1到时刻t2，合成信号S1的根据图5的(a)的输出信号Sa而合计为1。
此外，图5的(d)的例子的合成信号S1在时刻t2，通过2个矩形脉冲P1(图5的(a)、(c))的合计，从“1”增大至“2”。合成信号S1还在时刻t3，通过3个矩形脉冲P1(图5的(a)～(c))的合计增大至“3”。这样，合成信号S1的信号电平根据接收到光的SPAD 10a～10c的个数而发生变化。
图6的(a)例示如上述那样合成的合成信号S1与各种阈值V1、V3a、V3b的关系。以下，如图6的(a)～(d)所示，说明如下例子：投光部20在时刻t0投射光，光检测装置1在从时刻t0起的受光期间T1内进行光检测。在该情况下，从控制部25向TDC 4输入表示时刻t0的检测开始定时信号S0。
图6的(a)的例子的合成信号S1在时刻t0之后增大，在时刻t11达到第1二值化阈值V3a，在时刻t12达到第2二值化阈值V3b，在时刻t13达到检测阈值V1。在光检测装置1中，合成信号S1输入到检测电路14和定时提取电路3中。
检测电路14通过合成信号S1与检测阈值V1的比较，生成检测信号S2。同时，定时提取电路3的各比较电路32a、32b分别对合成信号S1与各二值化阈值V3a、V3b进行比较，生成各个二值信号S3a、S3b。在图6的(b)、(c)、(d)中分别例示基于图6的(a)的例子的合成信号S1的检测信号S2、第1二值信号S3a和第2二值信号S3b。
在时刻t11，合成信号S1到达第1二值化阈值V3a，因此，如图6的(c)所示，第1二值信号S3a从“0”切换至“1”。此外，在时刻t12，也同样地，如图6的(d)所示，第2二值信号S3b从“0”切换至“1”。各二值信号S3a、S3b依次输入到各个保持电路33a、33b中。
在时刻t12之后的时刻t13，合成信号S1到达检测阈值V1，因此，如图6的(b)所示，检测信号S2上升。然后，TDC 4将从检测开始定时信号S0表示的时刻t0到检测信号S2的上升的时刻t13为止的期间T2作为测量期间进行计测(时间/数字转换)。TDC 4保持表示所计测的测量期间T2的时间信息D1。
此外，在时刻t13，定时提取电路3的各保持电路33a、33b根据检测信号S2的上升，保持在比时刻t13早保持期间T3的时刻t10以后所输入的二值信号S3a、S3b的定时信息D3a、D3b。在图6的(e)、(f)中分别例示保持图6的(c)、(d)的二值信号S3a、S3b得到的定时信息D3a、D3b。
在图6的(e)、(f)中，与图4的存储元件34的排列顺序对应地示出了越靠图中的左侧越新的信号状态。在图6的(e)中，与图6的(c)的二值信号S3a在从时刻t11至末端的时刻t13的期间为“1”的情况相对应地在图中左侧记录有“1”。此外，在图6的(f)中，与图6的(d)的二值信号S3b从时刻t11之后的时刻t12起为“1”的情况相对应地，记录有“1”的区间比图6的(e)短。
根据图6的(e)、(f)的定时信息D3a、D3b，能够相对于末端的时刻t13，相对地确定达到了各二值化阈值V3a、V3b以上的定时t11、t12。各定时信息D3a、D3b输入到运算部5。
运算部5根据表示测量期间T2的时间信息D1和定时信息D3a、D3b，进行用于测距的运算。例如，首先，运算部5将基于定时信息D3a、D3b的相对时间信息转换为以检测开始定时的时刻t0为基准的绝对时间信息。具体来说，如图6的(c)、(d)所示，运算部5例如根据测量期间T2和各定时信息D3a、D3b中的“1”的区间的长度，计算从时刻t0到时刻t11、t12的期间T31、T32。
并且，运算部5根据TDC 4的测量期间T2和根据定时信息D3计算出的期间T31、T32，执行预定的统计处理。例如，运算部5对针对一次投光受光的多个期间T2、T31、T32的平均值进行运算，计算光的飞行时间或对应的距离值。
此外，运算部5可以将通过多次投光受光得到的时间信息D1和定时信息D3存储到RAM等中进行基于直方图等的统计处理，例如也可以根据直方图的峰值位置等来计算距离值。通过使用时间信息D1和定时信息D3，能够高效地增加直方图的样本数量。
根据以上的光检测装置1的动作，当根据对SPAD 10a～10c的输出信号Sa～Sc进行合成所得的合成信号S1来检测出多个SPAD 10a～10b同时受光的时刻t13时，能够进一步取得表示在时刻t13之前合成信号S1增大的时刻t11、t12的定时信息D31、D32。由此，能够得到在一次投光受光中多个SPAD 10a～10c进行了反应的多个定时t11～t13，能够容易高精度地进行光学式测距传感器2中的光检测。
3.总结
如上所述，本实施方式的光检测装置1根据预定的检测开始定时检测入射的光。光检测装置1具有多个SPAD 10a～10c、信号合成电路13、检测电路14、TDC 4和定时提取电路3。多个SPAD 10a～10c接收光，分别生成表示受光结果的输出信号Sa～Sc。信号合成电路13对来自各SPAD 10a～10c的多个输出信号Sa～Sc进行合计，从而生成合成信号S1。检测电路14检测合成信号S1达到作为第1阈值的一例的检测阈值V1以上的定时，从而生成表示检测出的定时的检测信号S2。TDC 4根据检测信号S2，计测检测开始定时与检测出的定时之间的测量期间T2。定时提取电路3在以检测出的定时为基准的预定的保持期间T3内，提取表示合成信号S1是否达到作为第2阈值的一例的二值化阈值V3a、V3b以上的定时信息D3a、D3b。
根据以上的光检测装置1，通过除了测量期间T2以外还取得定时信息D3a、D3b，能够容易高精度地进行光学式测距传感器2中的光检测。
在本实施方式中，光检测装置1的受光元件是对入射的光子随机地进行反应的SPAD 10a～10c。即使各SPAD 10a～10c随机地动作，也能够使用定时信息D3高精度地进行光检测。
此外，在本实施方式中，光检测装置1还具有运算部5。运算部5根据所提取的定时信息D3a、D3b和所计测的测量期间T2，来计算从检测开始定时到定时信息表示的定时为止的期间T31、T32。运算部5执行基于计算出的期间T31、T32和测量期间T2的统计处理。能够通过统计处理实现高精度的测距。
此外，在本实施方式中，定时提取电路3具有比较电路32和保持电路33。比较电路32按照每个二值化阈值V3设置，生成表示合成信号S2是否达到该二值化阈值V3以上的二值信号S3。保持电路33按照每个比较电路32设置，在直至检测信号S2表示的定时为止的保持期间T3内，保持基于来自该比较电路32的二值信号S3的定时信息D3。由此，能够取得基于各二值信号S3的定时信息D3。
此外，本实施方式的光学式测距传感器2具有：投光部20，其投射光；以及光检测装置1。光检测装置1的TDC 4将投光部20投射光的定时用作检测开始定时，对测量期间T2进行计测。根据本实施方式的光学式测距传感器2，能够由光检测装置1高精度地进行光检测，从而能够提高测距精度。
此外，本实施方式的光检测方法是具有多个SPAD 10a～10c的光检测装置1根据预定的检测开始定时检测入射的光的方法。本方法包含以下步骤：由多个SPAD 10a～10c接收光，分别生成表示受光结果的输出信号Sa～Sc；以及对多个输出信号Sa～Sc进行合计，从而生成合成信号S1。并且，本方法包含以下步骤：检测合成信号S1达到预定的第1阈值以上的定时，生成表示检测出的定时的检测信号S2；以及根据检测信号来计测检测开始定时与检测出的定时之间的测量期间T2。并且，本方法包含如下步骤：取得表示如下定时的定时信息D3，该定时表示在以检测出的定时为基准的保持期间T3内，合成信号S1是否达到至少一个第2阈值以上。根据本方法，能够容易高精度地进行光学式测距传感器2中的光检测。
在以上的说明中，说明了光检测装置1具有的SAPD 10a～10c的个数为3个的例子。光检测装置1具有的SAPD 10a～10c的个数可以为4个以上，也可以为2个。
此外，在以上的说明中，说明了光检测装置1的定时提取电路3具有两组的各电路31、32、33的例子。光检测装置1的定时提取电路3可以具有3组以上的各电路31～33，也可以具有1组的各电路31～33。此外，检测电路与定时提取电路的组可以为多个。
(实施方式2)
在实施方式1中，定时信息D3表示以检测信号S2表示的定时为末端的保持期间内的定时，但是，光检测装置取得的定时信息不限于此。在实施方式2中，参照图7、8来说明如上所述的光检测装置的结构例。
图7是示出实施方式2的光检测装置1A的结构的框图。在本实施方式的光检测装置1A中，除了与实施方式1的光检测装置1相同的结构(图3)以外，如图7所示，检测电路14A还具有延迟电路17。
在本实施方式的检测电路14A中，延迟电路17使从判定电路16输出的检测信号S2延迟预定的延迟期间(例如，几百皮秒～几纳秒)，生成延迟检测信号S2A。在本实施方式中，替代来自判定电路16的检测信号S2，来自延迟电路17的延迟检测信号S2A输出到TDC 4和定时提取电路3的各保持电路33a、33b。
图8示出用于例示实施方式2的光检测装置1A的动作的时序图。图8的(a)是合成信号S1的时序图的一例。图8的(b)示出基于图8的(a)的合成信号S1的检测信号S2。图8的(c)示出基于图8的(b)的检测信号S2的延迟检测信号S2A。图8的(d)、(e)分别示出基于图8的(a)的合成信号S1的第1二值化信号S3a、第二值化信号2S3b。
在本结构例中，如图8的(a)所示，第1二值化阈值V3a被设定为比检测阈值V1大的值。换言之，检测阈值V1被设定为比多个二值化阈值V3a、V3b之一小的值。例如，基于在光检测装置1A中即使受光时的光子数量较少时也能够检测的观点，较小地设定检测阈值V1可能变得有用。
图8的(a)的例子的合成信号S1在时刻t0之后增大，在时刻t21达到检测阈值V1，在之后的时刻t22达到第1二值化阈值V3a。因此，图8的(b)的检测信号S2在图8的(d)的二值信号S3a上升的时刻t22之前的时刻t21上升。另一方面，如图8的(c)所示，延迟检测信号S2A从时刻t21起延迟了延迟电路17的延迟期间T4，在时刻t22之后的时刻t23上升。
根据本实施方式的光检测装置1A，定时提取电路3的各保持电路33a、33b保持以延迟检测信号S2A表示的时刻t23为末端的保持期间T3的定时信息D3a、D3b。由此，能够在合成信号S1达到检测阈值V1以上的时刻t21之后，进一步取得表示达到二值化阈值V3a以上的定时的定时信息D3a。
如上所述，在本实施方式的光检测装置1A中，检测电路14A使检测信号S2延迟预定的延迟期间量，而作为延迟检测信号S2A输出到保持电路33。二值化阈值V3之一比检测阈值V1大。由此，能够取得表示在检测信号S2表示的定时之后增大的定时的定时信息D3。比检测阈值V1大的二值化阈值V3的个数不限于一个，也可以为多个。此外，二值化阈值V3也可以都比V1大即可。
(实施方式3)
在实施方式1中，说明了按照每个二值化阈值V3设置保持电路33a、33b并保持多个定时信息D3a、D3b的光检测装置1的结构例。在本实施方式中，参照图9～11来说明综合保持多个二值化阈值V3a、V3b的定时信息的光检测装置。
图9是示出实施方式3的光检测装置1B的结构的框图。本实施方式的光检测装置1B在与实施方式1的光检测装置1相同的结构(图3)中，如图9所示那样变更定时提取电路3A的结构。本实施方式的定时提取电路3A在与实施方式1相同的结构中，替代多个保持电路33a、33b，具有综合电路37和一个保持电路33，该综合电路37用于综合多个二值信号S3a、S3b。
综合电路37根据来自各比较电路32a、32b的多个二值信号S3a、S3b，生成综合性地表示各个比较结果的定时的综合信号S30。图10示出综合电路37的结构例。
在图10的结构例中，综合电路37具有按照每个比较电路32而设置的多个逻辑门71a、71b和多个延迟元件72a、72b以及一个或门70。各延迟元件72a、72b优选具有相同的延迟期间。
第1逻辑门71a对第1二值信号S3a与基于延迟元件72a的该二值信号S3a的延迟结果的反相信号的逻辑与进行运算，生成第1逻辑信号S31a。同样，第2逻辑门71b根据第2二值信号S3b生成第2逻辑信号S31b。各逻辑信号S31a、S31b输入到或门70。或门70对多个逻辑信号S31a、S31b的逻辑或进行运算，生成表示运算结果的综合信号S30。
图11示出用于例示实施方式3的光检测装置1B的动作的时序图。图11的(a)是合成信号S1的时序图的一例。图11的(b)示出基于图11的(a)的合成信号S1的检测信号S2。图11的(c)、(d)分别表示基于图11的(a)的合成信号S1的第1逻辑信号S31a和第2逻辑信号S31b。图11的(e)示出基于图11的(c)、(d)的逻辑信号S31a、S31b的综合信号S30。图11的(f)示出基于图11的(e)的综合信号S30的定时信息D3。
根据上述的综合电路37，如图11的(c)、(d)所示，各逻辑信号S31a、S31b根据合成信号S1成为二值化阈值V3a、V3b以上而各二值信号S3a、S3b上升的定时t11、t12来形成矩形脉冲。各逻辑信号S31a、S31b的矩形脉冲具有延迟元件72a、72b的延迟期间的脉冲宽度。
综合电路37根据各二值信号S3a、S3b，取例如图11的(c)、(d)的逻辑信号S31a、S31b的逻辑或，从而生成综合信号S30。根据综合信号S30，如图11的(e)所示，包含图11的(c)、(d)的逻辑信号S31a、S31b的各矩形脉冲。
通过保持上述的综合信号S30作为定时信息D3，如图11的(f)所示，与各逻辑信号S31a、S31b上升的定时t11、t12相对应地记录有“1”。由此，能够通过一个定时信息D3取得与实施方式1的多个定时信息D3a、D3b同等的信息量。此外，能够削减保持电路33的量的电路面积。
如上所述，在本实施方式的光检测装置1B中，定时提取电路3A具有多个比较电路32、综合电路37和保持电路33。比较电路32按照每个第2阈值设置，生成表示合成信号S1是否达到该第2阈值以上的二值信号S3。综合电路37根据来自各比较电路32的多个二值信号S3，生成综合性地表示各个比较结果的定时的综合信号S30。保持电路33根据综合信号S30，保持直至检测信号S2表示的定时为止的保持期间T3内的定时信息D3。由此，能够取得综合多个比较结果所得的定时信息D3。
(其他实施方式)
在上述的各实施方式中，说明了检测阈值V1为固定值的例子。在本实施方式的光检测装置中，检测阈值V1可以根据合成信号S1的最大值来设定。使用图12来说明根据合成信号S1的最大值来设定检测阈值V1的情况下的检测阈值设定电路15的变形例。
例如图12所示，本变形例的检测阈值设定电路15具有比较器61、2个多路复用器60、62。检测阈值设定电路15保持所输入的合成信号S1中的最大值作为检测阈值V1，并输出所保持的检测阈值V1。
来自信号合成电路13的合成信号S1输入到检测阈值设定电路15中的比较器61和多路复用器62。多路复用器60将表示初始值的初始值信号Si或检测阈值V1输出至比较器61和多路复用器62。
比较器61对合成信号S1与从多路复用器60输出的信号进行比较。比较器61向多路复用器62的控制端子输出表示比较结果的信号。
多路复用器62根据比较器61的比较结果，在合成信号S1与从多路复用器60输出的初始值信号Si或检测阈值V1之间，对向多路复用器60的输入端子输出的信号进行切换。
根据以上的结构例的检测阈值设定电路15，每次在合成信号S1中更新了最大值时，能够生成所更新的检测阈值V1。本变形例的光检测装置1中的检测电路14例如通过判定电路16对从图12的检测阈值设定电路15输出的检测阈值V1与适当延迟后的合成信号S1进行比较判定，生成检测信号S2。控制部25例如也可以在投光之前等输出复位信号Sr，将检测阈值V1设定为初始值。
在上述的各实施方式中，说明了光检测装置1～1B的受光元件为SPAD 10a～10c的结构例。在本实施方式中，光检测装置的受光元件不一定限于SPAD。
此外，在上述的各实施方式中，说明通过使用了二值化阈值V2的二值化来提取定时信息D3的光检测装置1～1B的结构例。本实施方式的光检测装置也可以不使用二值化阈值V2而取得关于保持期间等内的合成信号S1的增加的定时信息。
此外，在以上的说明中，例示了向工业自动化应用光学式测距传感器2的用途的应用例，但是，本公开的光学式测距传感器2和光检测装置1～1B的用途不限于此，例如也可以为车载用途。光学式测距传感器2可以构成例如LiDAR或距离图像传感器等。
(附注)
如上所述，对本公开的各种实施方式进行了说明，但是，本公开不限于上述的内容，也能够在技术构思实质上相同的范围内进行各种变更。以下，附注本公开的各种方式。
本公开的第1方式是光检测装置(1)，该光检测装置(1)根据检测开始定时检测入射的光。所述光检测装置1具有多个受光元件(10a～10c)、信号合成电路(13)、检测电路(14)、时间计测电路(4)和定时提取电路(3)。所述多个受光元件接收光，分别生成表示受光结果的输出信号(Sa～Sc)。所述信号合成电路对来自各受光元件多个输出信号进行合计，从而生成合成信号(S1)。所述检测电路检测所述合成信号达到第1阈值(V1)以上的定时，从而生成表示检测出的定时的检测信号(S2)。所述时间计测电路根据所述检测信号，计测所述检测开始定时与所述检测出的定时之间的测量期间。所述定时提取电路在以所述检测出的定时为基准的预定期间(T3)内，提取表示所述合成信号增加的定时的定时信息(D3)。
在第2方式中，在第1方式的光检测装置中，所述受光元件是使雪崩光电二极管在盖革模式下动作的单光子雪崩光电二极管(SPAD)。
在第3方式中，第1方式或第2方式的光检测装置还具有运算部(5)。所述运算部根据所提取的定时信息和所计测的测量期间，计算从所述检测开始定时到所述定时信息表示的定时为止的期间。
在第4方式中，在第3方式的光检测装置中，所述运算部执行基于计算出的期间和所述测量期间的统计处理。
在第5方式中，在第1方式～第4方式中的任意一个方式的光检测装置中，所述定时提取电路具有至少一个比较电路(32)和保持电路(33)。所述比较电路按照每个第2阈值设置，生成表示所述合成信号是否为该第2阈值以上的二值信号(S3)。所述保持电路按照每个所述比较电路设置，在直至所述检测信号表示的定时为止的预定期间内，保持基于来自该比较电路的二值信号的定时信息。
在第6方式中，在第1方式～第4方式中的任意一个方式的光检测装置中，所述定时提取电路(3A)具有多个比较电路(32)、综合电路(37)和保持电路(33)。所述比较电路按照每个第2阈值设置，生成表示所述合成信号是否为该第2阈值以上的二值信号(S3)。所述综合电路根据来自各比较电路的多个二值信号，生成综合性地表示各个比较结果的定时的综合信号(S30)。所述保持电路根据所述综合信号，保持直至所述检测信号表示的定时为止的预定期间内的所述定时信息(D3)。
在第7方式中，在第5方式或第6方式的光检测装置中，所述检测电路具有延迟电路(17)，该延迟电路(17)使所述检测信号延迟预定的延迟期间量，而输出至所述保持电路。所述第2阈值中的至少一个比所述第1阈值大。
在第8方式中，在第1方式～第7方式中的任意一个方式的光检测装置中，所述第1阈值根据所述合成信号的最大值来设定。
第9方式具有：投光部(20)，其投射光；以及第1方式～第8方式中的任意一个方式的光检测装置。所述光检测装置的时间计测电路将所述投光部投射光的定时用作所述检测开始定时，对所述测量期间进行计测。
第10方式是具有多个受光元件(10a～10c)的光检测装置(1)根据检测开始定时而检测入射的光的光检测方法。本方法包含以下步骤：在所述多个受光元件中接收光，分别生成表示受光结果的输出信号(Sa～Sc)；以及对来自各受光元件的多个输出信号进行合计，从而生成合成信号(S1)。本方法包含以下步骤：检测所述合成信号达到第1阈值(V1)以上的定时，生成表示检测出的定时的检测信号(S2)；以及根据所述检测信号来计测所述检测开始定时与所述检测出的定时之间的测量期间(T2)。本方法包含如下步骤：在以所述检测出的定时为基准的预定期间内，取得表示所述合成信号增加的定时的定时信息。
标号说明
1、1A、1B：光检测装置；10a～10c：SPAD；13：信号合成电路；14、14A：检测电路；2：光学式测距传感器；20：投光部；3、3A：定时提取电路；32：比较电路；33：保持电路；37：综合电路；4：TDC；5：运算部。