CN110622038B - 光传感器、电子设备、运算装置及对光传感器与检测对象物之间的距离进行测量的方法 - Google Patents

光传感器、电子设备、运算装置及对光传感器与检测对象物之间的距离进行测量的方法 Download PDF

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Abstract

实现一种改善了测量速度的光传感器等。光传感器(100)具备运算部(30)，其基于在第一直方图中表示第一受光部(10)的受光概率分布的中心位置的反射光中心位置、和第二直方图中表示第二受光部(20)的受光概率分布的中心位置的参照光中心位置之间的差，对光传感器(100)与检测对象物(S)之间的距离进行运算。

Description

光传感器、电子设备、运算装置及对光传感器与检测对象物之间的距离进行测量的方法
技术领域
本发明涉及一种光传感器、电子设备、运算装置及对光传感器与检测对象物之间的距离进行测量的方法。
背景技术
当前，在光通信或者飞行时间(TOF：Time of Flight)等的测量中，作为对微弱的光高速地进行检测的受光元件，使用雪崩光电二极管，该雪崩光电二极管利用了光电二极管的雪崩放大(雪崩)效果(例如参照专利文献1)。雪崩光电二极管如果施加低于降伏电压(击穿电压)的逆失调电压，则作为直线模式进行动作，以相对于受光量具有正相关的方式而输出电流产生变动。另一方面，雪崩光电二极管如果施加降伏电压以上的逆失调电压，则作为盖革模式进行动作。盖革模式的雪崩光电二极管，由于即使单一光子的入射也会引起雪崩现象，因此获得大的输出电流。因此，盖革模式的雪崩光电二极管被称为单光子雪崩二极管(SPAD：Single Photon Avalanche Diode)。
通过对盖革模式的雪崩光电二极管而串联地增加猝灭电阻，从而可以获得2值的脉冲输出。这种电路例如由光电二极管、主动猝灭电阻(MOS晶体管的电阻成分)及缓存器构成。
上述光电二极管是盖革模式的雪崩光电二极管，在施加降伏电压以上的失调电压时，相对于单一光子的入射而引起雪崩现象，且电流流过。通过在与该光电二极管串联连接的上述主动猝灭电阻中流过电流，从而该主动猝灭电阻的端子间电压增加，与其相伴而该光电二极管的失调电压下降，雪崩现象停止。如果由雪崩现象引起的电流消失，则该主动猝灭电阻的端子间电压降低，在该光电二极管中，返回至再次施加降伏电压以上的失调电压的状态。利用上述缓存器，该光电二极管与该主动猝灭电阻之间的电压变化，作为2值的脉冲输出而被取出。
在专利文献2中公开了使用上述SPAD，将由发光元件的反射光和来自于该发光元件的直接光分别向不同的Delay Locked Loop电路(DLL)输入，通过将2个DLL输出间的延迟量向数字值变换的方法进行距离测量的方法。
在非专利文献1及专利文献3中，公开了通过求出使用上述SPAD及TDC(timetodigital convertor)制作的直方图的极大值从而进行距离测量的方法。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2012-060012号公报(2012年3月22日公开)
专利文献2:美国专利公开2014/0231631号公报(2014年8月21日公开)
专利文献3:专利第6020547号(2016年10月14日登记)
非专利文献
非专利文献1:C.Niclass,A.Rochas,P.-A.Besse and E.Charbon:“Design andcharacterization of a CMOS3-D image sensor based on single photon Avalanchediodes,”IEEE J.Solid-State Circ.,40(2005)1847―1854.
发明内容
本发明所要解决的技术问题
近年来，在照相机的AF(AutoFocus)用途等中，需要mm级的分辨率。例如为了获得1mm的分辨率，需要约7ps的分辨率的TDC、和与该分辨率接近宽度的发光脉冲。如果分辨率变高，则直方图的bin数也变多。由此，存在处理工序和/或电路规模变得高价的问题。
由DLL进行的延迟量的推定方法在分辨率方面有利。但是，在信号成分中包含串扰成分的情况下，串扰成分的影响变强。检测对象物与光传感器之间的距离越远，该影响越被显著地识别出。因此，例如在由罩玻璃的反射引起的串扰成分包含于信号成分中的情况下，必须针对测量结果通过运算进行校正。但是，在检测对象物与光传感器之间的距离为远距离的情况下，存在测量结果的精度极其地降低的问题。
另外，由DLL进行的延迟量的推定方法，在具有与检测对象物的空间光路上的距离相当的延迟量而产生的脉冲输出位置使DLL电路的相位收敛。因此，为了获得高精度的测量结果，需要从单光子雪崩二极管获得一定数量的脉冲输出。但是，在检测对象物远的情况下，或者反射率低的情况下，单光子雪崩二极管的脉冲产生率变低。因此，由DLL进行的延迟量的推定方法，存在为了获得多数的脉冲而需要长的测量时间的问题。
本发明是鉴于上述问题点而完成的，其目的在于，实现一种改善了测量速度的光传感器、电子设备、运算装置及对光传感器与检测对象物之间的距离进行测量的方法。
解决问题的方案
为了解决上述课题，本发明涉及的光传感器，其对与检测对象物之间的距离进行测量，其结构为，具备：发光元件，其相对于上述检测对象物而照射脉冲光；1个以上的光子计数型的第一受光部，其输出与由所述检测对象物的反射光、第一干扰光及所述光传感器内部的反射光中的至少1个引起的光子入射同步的第一脉冲；1个以上的第一直方图生成部，其生成表示上述第一脉冲的输出时刻与脉冲频率之间的关系的第一直方图；光子计数型的第二受光部，其输出与由第二干扰光及来自于所述发光元件的参照光中的至少任一个引起的光子入射同步的第二脉冲；第二直方图生成部，其生成表示上述第二脉冲的输出时刻与脉冲频率之间的关系的第二直方图；以及运算部，其在上述第一直方图中，将与上述检测对象物的反射光对应的成分设为对象物反射光成分，将与上述第一干扰光对应的成分设为第一干扰光成分，将与上述光传感器内部的反射光对应的成分设为串扰成分，在上述第二直方图中，将与来自于上述发光元件的参照光对应的成分设为参照光受光成分，将与上述第二干扰光对应的成分设为第二干扰光成分时，基于在上述第一直方图中表示上述第一受光部的受光概率分布的中心位置的反射光中心位置、和在上述第二直方图中表示上述第二受光部的受光概率分布的中心位置的参照光中心位置之间的差，对上述光传感器与上述检测对象物之间的距离进行运算。
根据上述结构，在本发明的一个方式涉及的光传感器中，上述光传感器与上述检测对象物之间的距离经由运算处理而测量。由此，本发明的一个方式涉及的光传感器，可以改善对上述光传感器与上述检测对象物之间的距离进行测量所需要的时间。
另外，本发明的一个方式涉及的光传感器，考虑上述串扰成分、上述第一干扰光成分及上述第二干扰光成分，对上述光传感器与上述检测对象物之间的距离进行运算。由此，本发明的一个方式涉及的光传感器，可以高分辨率地对上述光传感器与上述检测对象物之间的距离进行测量。
进一步地，本发明的一个方式涉及的光传感器，与由DLL进行的延迟量的推定方法不同，不需要Delay Locked Loop电路(DLL)。因此，本发明的一个方式涉及的光传感器，可以利用与当前相比廉价的结构对上述光传感器与上述检测对象物之间的距离进行测量。
为了解决上述课题，本发明涉及的运算装置，其适用于对检测对象物之间的距离进行测量的光传感器，其结构为，上述光传感器具备：发光元件，其相对于上述检测对象物而照射脉冲光；1个以上的光子计数型的第一受光部，其输出与由所述检测对象物的反射光、第一干扰光及所述光传感器内部的反射光中的至少1个引起的光子入射同步的第一脉冲；光子计数型的第二受光部，其输出与由第二干扰光及来自于所述发光元件的参照光中的至少任一个引起的光子入射同步的第二脉冲，上述运算装置具备：1个以上的第一直方图生成部，其生成表示上述第一脉冲的输出时刻与脉冲频率之间的关系的第一直方图；第二直方图生成部，其生成表示上述第二脉冲的输出时刻与脉冲频率之间的关系的第二直方图；以及运算部，其在上述第一直方图中，将与上述检测对象物的反射光对应的成分设为对象物反射光成分，将与上述第一干扰光对应的成分设为第一干扰光成分，将与上述光传感器内部的反射光对应的成分设为串扰成分，在上述第二直方图中，将与来自于上述发光元件的参照光对应的成分设为参照光受光成分，将与上述第二干扰光对应的成分设为第二干扰光成分时，基于在上述第一直方图中表示上述第一受光部的受光概率分布的中心位置的反射光中心位置、和在上述第二直方图中表示上述第二受光部的受光概率分布的中心位置的参照光中心位置之间的差，对上述光传感器与上述检测对象物之间的距离进行运算。
根据上述结构，起到与上述光传感器同样的效果。
为了解决上述课题，本发明涉及的方法，其是对光传感器与检测对象物之间的距离进行测量的方法，其包含下述步骤：第一输出步骤，在该步骤中，从在上述光传感器中包含的发光元件照射脉冲光，输出与由所述检测对象物的反射光、第一干扰光及所述光传感器内部的反射光中的至少1个引起的光子入射同步的第一脉冲；第一直方图生成步骤，在该步骤中，生成表示上述第一脉冲的输出时刻与脉冲频率之间的关系的第一直方图；第二输出步骤，在该步骤中，输出与由第二干扰光及来自于所述发光元件的参照光中的至少任一个引起的光子入射同步的第二脉冲，及；第二直方图生成步骤，在该步骤中，生成表示上述第二脉冲的输出时刻与脉冲频率之间的关系的第二直方图；以及运算步骤，在该步骤中，在上述第一直方图中，将与上述检测对象物的反射光对应的成分设为对象物反射光成分，将与上述第一干扰光对应的成分设为第一干扰光成分，将与上述光传感器内部的反射光对应的成分设为串扰成分，在上述第二直方图中，将与来自于上述发光元件的参照光对应的成分设为参照光受光成分，将与上述第二干扰光对应的成分设为第二干扰光成分时，基于在上述第一直方图中表示上述第一受光部的受光概率分布的中心位置的反射光中心位置、和在上述第二直方图中表示上述第二受光部的受光概率分布的中心位置的参照光中心位置之间的差，对上述光传感器与上述检测对象物之间的距离进行运算。
根据上述结构，起到与上述光传感器同样的效果。
发明效果
本发明的一个方式涉及的光传感器、电子设备、运算装置及对光传感器与检测对象物之间的距离进行测量的方法，可以改善测量光传感器与检测对象物之间的距离测量所需要的时间。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施方式涉及的光传感器的概略结构的模块图。
图2是表示基准脉冲生成电路涉及的时序图的图。
图3是表示第一受光部及第二受光部的概略结构的电路图。
图4是表示由第一直方图生成电路及第二直方图生成电路生成的直方图的一个例子。
图5是表示运算部对检测对象物S与光传感器之间的距离进行运算的流程的流程图。
图6是表示最大bin检索时的直方图的图。
图7是表示对黑色噪声及干扰光成分进行减法运算后的直方图的图。
图8是表示运算时的直方图的图。
图9是用于对黑色噪声及干扰光成分进行减法运算的方法进行说明的图。
图10是由第一直方图生成电路及第二直方图生成电路生成的直方图的一个例子。
图11是表示运算部对检测对象物S与本发明的其它实施方式涉及的光传感器之间的距离进行运算的流程的流程图。
图12是表示具有多个发光元件、第一受光部及第一TDC的本发明的另一个其它实施方式涉及的光传感器的概略结构的模块图。
具体实施方式
对于用于实施本发明的方式，以下进行说明。
〔第一实施方式〕
以下，针对第一实施方式涉及的光传感器100进行说明。
图1是表示第一实施方式涉及的光传感器100的概略结构的模块图。
光传感器100具备基准脉冲生成电路1、驱动器2、发光元件3、第一受光部10、第一TDC11(TDC：timeto digital convertor)、第一直方图生成电路12、第二受光部20、第二TDC21、第二直方图生成电路22及运算部30。以下利用图2等对各结构具体地进行说明。
图2是表示基准脉冲生成电路1涉及的时序图的图。基准脉冲生成电路1向驱动器2施加波形的基准脉冲(图1及图2中的“TX”)。另外，基准脉冲生成电路1向第一TDC11及第二TDC21施加基准时钟信号(图1及图2中的“CLK”)。从第一TDC11向第一直方图生成电路12输出的时间戳的周期，是与上述基准脉冲同样的周期。同样地，从第二TDC21向第二直方图生成电路22输出的时间戳的周期，是与上述基准脉冲同样的周期。
驱动器2基于上述基准脉冲使发光元件3照射脉冲光。从发光元件3照射的脉冲光，由检测对象物S及传感器内部分别反射而向第一受光部10入射(以下，对传感器内部的脉冲光的反射是罩玻璃G的脉冲光的反射的情况进行说明)。另外，从发光元件3照射的脉冲光向第二受光部20直接入射。以下，将向第二受光部20直接入射的光称为“参照光”。
第一受光部10是光子计数型的受光部，其向第一TDC11输出与由检测对象物S的反射光、干扰光(第一干扰光)及罩玻璃G的反射光中的至少1个引起的光子入射同步的脉冲(第一脉冲)(第一输出步骤)。“干扰光”也可以以包含黑色噪声在内的概念使用，该黑色噪声表示由热性地产生的暗电流的载流子引起的噪声。但是，在以下的说明中，将干扰光及黑色噪声作为不同的概念而进行说明。
图3是表示第一受光部10及第二受光部20的概略结构的电路图。由于第一受光部10及第二受光部20的结构相同，因此以第一受光部10为例进行说明。
第一受光部10具有多个由光电二极管PD1、主动猝灭电阻R1(MOS晶体管的电阻成分)及缓存器BUF1构成的CELL。光电二极管PD1是盖革模式的雪崩光电二极管，利用主动猝灭电阻R1及缓存器BUF1，将入射光量作为2值的脉冲输出而取出。各CELL的输出由OR电路进行OR运算，向第一TDC11输出。
第一TDC11将表示第一受光部10所输出的脉冲的脉冲输出时刻的时间戳向第一直方图生成电路12输出。
第一直方图生成电路12生成表示第一受光部10所输出的脉冲的输出时刻与脉冲频率之间的关系的直方图(第一直方图)(第一直方图生成步骤)。更具体地说，第一直方图生成电路12从第一TDC11收取时间戳，使与该时间戳对应的bin的计数值增加。并且，第一直方图生成电路12对时间戳以一定周期进行计数，基于该计数生成直方图。
第二受光部20是向第二TDC21输出与由上述参照光及干扰光(第二干扰光)中的至少1个引起的光子入射同步的脉冲(第二脉冲)的光子计数型的受光部(第二输出步骤)。第二受光部20具有与利用图3说明的第一受光部10同样的结构。
第二TDC21将表示第二受光部20所输出的脉冲的脉冲输出时刻的时间戳，向第二直方图生成电路22输出。
第二直方图生成电路22生成表示第二受光部20所输出的脉冲的输出时刻与脉冲频率之间的关系的直方图(第二直方图)(第二直方图生成步骤)。更具体地说，第二直方图生成电路22从第二TDC21收取时间戳，使与该时间戳对应的bin的计数值增加。并且，第二直方图生成电路22对时间戳以一定周期进行计数，基于该计数生成直方图。
图4是由第一直方图生成电路12及第二直方图生成电路22生成的直方图的一个例子。在图4的例子中，示出从0～12为止的bin的直方图。
图4从上方按顺序示出“TX”、“第二受光部20的输出的概率分布”、“第一受光部10的输出的概率分布”、“与第二受光部20的输出对应的直方图”、“与第一受光部10的输出对应的直方图”。直方图以包含与黑色噪声、干扰光成分、和/或串扰成分对应的计数值在内的状态向运算部30输出。以下，针对图4进行说明。
发光元件3基于由TX示出的基准脉冲照射脉冲光。发光元件3也可以向检测对象物S照射第一TDC11及第二TDC21的时间分辨率的至少2倍以上的脉冲宽度的脉冲光。来自于发光元件3的参照光向第二受光部20入射。在图4的“第二受光部20的输出的概率分布”中，示出参照光受光成分、黑色噪声及干扰光成分在直方图上出现的概率分布。参照光受光成分在经过了“由直至发光元件3为止的信号传输延迟等引起的延迟时间”后在直方图上出现。黑色噪声及干扰光成分总是在直方图上出现。
在图4的“第一受光部10的输出的概率分布”中，示出串扰成分、对象物反射光成分、黑色噪声及干扰光成分在直方图上出现的概率分布。串扰成分在经过了“罩玻璃G与光传感器100之间的光往返时间”之后在直方图上出现。对象物反射光成分在经过了“检测对象物S与光传感器100之间的光往返时间”之后在直方图上出现。黑色噪声及干扰光成分总是在直方图上出现。
运算部30使用从第一直方图生成电路12及第二直方图生成电路22分别输入的直方图，对检测对象物S与光传感器100之间的距离进行运算。
此外，第一TDC11、第一直方图生成电路12、第二受光部20、第二TDC21、第二直方图生成电路22、和/或运算部30，可以设置在光传感器100的内部及外部中的任一个中。例如，考虑光传感器100具备第一受光部10及第二受光部20，位于光传感器100的外部的运算装置具备第一直方图生成电路12、第二受光部20、第二TDC21、第二直方图生成电路22及运算部30的结构。在该情况下，第一受光部10与第一TDC11之间及第二受光部20与第二TDC21之间分别可通信地连接即可，可以利用后述的方法，对检测对象物S与光传感器100之间的距离进行运算。
以下，使用图5等对利用运算部30执行的运算进行说明。
〔利用运算部30执行的运算〕
图5是表示运算部30对检测对象物S与光传感器100之间的距离进行运算的流程的流程图。
首先，运算部30从第二受光部20的直方图对第二受光部20的直方图中的最大bin(计数值为最大的bin)进行检索(S10)。利用图6对该情况进行说明。图6是表示最大bin检索时的直方图的图。
如图6所示，第二受光部20的直方图中的最大bin是3。因此，运算部30从第二受光部20的直方图，将第二受光部20的直方图中的最大bin检索为3。
然后，运算部30制作从图6的直方图减去黑色噪声及干扰光成分后的直方图(S20)。图7是表示减去黑色噪声及干扰光成分后的直方图的图。如果对图6和图7进行比较可知，在图7中，从直方图减去黑色噪声及干扰光成分的计数值(减法值)。
黑色噪声及干扰光成分的减法值，通过获取除了生成直方图的期间以外的计数值、或者在生成直方图的期间的中途发光元件3不发光的期间的计数值而获得。例如，应从直方图的一个bin减去的黑色噪声及干扰光成分的计数值，可以由以下的式(1)进行运算。
(Camb×Tsig)/(B×Tamb)…(1)
Camb：发光元件3的非发光时间的计数值
Tsig：直方图生成时间
B：直方图的bin的个数
Tamb：发光元件3的非发光时间
然后，运算部30在图7的“与第二受光部20的输出对应的直方图”中，在将设为运算对象的bin范围(运算范围)确定为0～6的基础上，针对最大bin的频率将第二受光部20的直方图的频率合计值进行标准化(S30)。具体地说，运算部30对由以下的式(2)表示的值进行运算。
F2/Fmax2…(2)
F2：在直方图上的与参照光受光成分对应的bin范围中，从直方图减去干扰光成分后的计数值的合计值
Fmax2：从直方图减去参照光受光成分后的最大bin的计数值在发光元件3的发光波形的峰值同样地具有bin宽度的2倍以上的宽度的情况下，无论发光元件3的发光波形的峰值位于哪个位置，峰值的计数值均不变化。因此，如果以发光元件3的发光波形是矩形为前提，则式(2)的值相当于在将bin的宽度设为1时的受光脉冲宽度。在图7中，将对式(2)的值进行运算称为“进行标准化”。
然后，运算部30获取第二受光部20的受光概率分布的平均值(S40)。利用图8对第二受光部20的受光概率分布的平均值的获取方法进行说明。图8是表示运算时的直方图的图。图8的“与第二受光部20的输出对应的直方图”，是运算范围(bin范围0～6)将最大值的bin设为m而替换为m-3～m+3的区域的图。
首先，运算部30将最大值的bin中心位置设定为m+0.5。另外，将大于m的bin的计数值的合计值设为Fp2，将小于m的bin的计数值的合计值设为Fm2，将m-3～m+3的区域中的bin的计数值的合计设为F2。此时，运算部30利用以下的式(3)对参照光的中心位置进行运算。
在这里，参照光的中心位置也可以称为“第二受光部20的受光概率分布的平均值(平均位置)”。或者，参照光的中心位置也可以包含比第二受光部20的受光概率分布的平均值(平均位置)更广的概念。具体地说，在式(3)中，将最大bin的中心位置规定为“m+0.5”。这是为了更准确地导出第二受光部20的受光概率分布的平均值。但是，例如也可以将最大bin的中心位置规定为“m”，在该情况下，运算部30也可以使用将“m+0.5”置换为“m”后的式(3)，对“参照光的中心位置”进行运算。
[数1]
Figure GDA0004071007630000131
m+0.5：最大bin的中心位置
F2：m-3～m+3的计数值的合计值(在直方图上的与参照光受光成分对应的bin范围中，从直方图减去干扰光成分后的计数值的合计值)
Fmax2：binm的计数值(从直方图减去参照光受光成分后的、最大binm的计数值)
Fp2：大于m的bin的计数值的合计值(大于m的bin中的、从直方图减去干扰光成分后的计数值的合计值)
Fm2：小于m的bin的计数值的合计值(小于m的bin中的、从直方图减去干扰光成分后的计数值的合计值)
在图8中，由于脉冲光存在的范围作为3bin强的范围而被识别，因此运算部30包含最大bin在内无论在哪个状态下，均将包含脉冲光的bin7个量确定为运算范围。运算部30为了高分辨率地对光传感器100与检测对象物S之间的距离进行测量，优选在与直方图上的对象物反射光成分对应的bin范围内包含所有参照光受光成分。但是，运算部30并不限定于此，也可以适当设定运算范围。
下面，参照图6而对S50进行说明。运算部30确定第一受光部10的直方图中的串扰区域。在图6的例子中，串扰区域是bin2～5的范围。运算部30将bin2～5中的串扰成分从第一受光部10的直方图减去(S50)。减去串扰成分后的直方图示为图6的“与第一受光部10的输出对应的直方图”。
此外，运算部30也可以在S50中，将比实际的串扰成分大的值从第一受光部10的直方图减去。在该情况下，运算部30可以在S60中对进一步抑制了串扰成分的影响的最大bin进行检索。具体地说，在检测对象物S相对于光传感器100位于近距离的情况下，反射光成分变大。因此，在串扰成分的减法值适当的情况下，即使对象物反射光成分与串扰成分重叠，也可以无问题地对最大bin进行检测。
然后，运算部30从第一受光部10的直方图对抑制了串扰成分的影响的最大bin进行检索(S60)。在图6中，第一受光部10的直方图中的最大值的bin是9。因此，运算部30从第一受光部10的直方图将第一受光部10的直方图中的最大bin检索为9。
然后，运算部30制作从图6的直方图减去黑色噪声及干扰光成分后的直方图(S70)。从图6的“与第一受光部10的输出对应的直方图”减去黑色噪声及干扰光成分后的直方图记载于图7。
然后，运算部30基于图7的“与第一受光部10的输出对应的直方图”，获取第一受光部10的受光概率分布的平均值(S80)。利用图8对第一受光部10的受光概率分布的平均值的获取方法进行说明。图8的“与第一受光部10的输出对应的直方图”，是运算范围(bin范围6～12)将最大值的bin作为n而替换为n-3～n+3的区域的图。
首先，运算部30将最大值的bin中心位置设定为n+0.5。另外，将大于n的bin的计数值的合计值设为Fp1，将小于n的bin的计数值的合计值设为Fm1，将n-3～n+3的区域的合计设为F1。此时，利用以下的式(4)，运算部30对反射光的中心位置进行运算。但是，在检测对象物S与光传感器100之间的距离变长的情况下等，Fmax1下的标准值有时会变小。在这种情况下，误差变大。因此，优选使用式(2)的值进行标准化。
在这里，反射光的中心位置也可以称为“第一受光部10的受光概率分布的平均值(平均位置)”。或者，反射光的中心位置也可以包含比第一受光部10的受光概率分布的平均值(平均位置)更广的概念。具体地说，在式(4)中，将最大bin的中心位置规定为“n+0.5”。这是为了更准确地导出第一受光部10的受光概率分布的平均值。但是，例如，在式(3)中将与第二受光部20的输出对应的直方图中的最大bin的中心位置规定为“m”的情况下，在式(4)中，将与第一受光部10的输出对应的直方图中的最大bin的中心位置规定为“n”即可。在该情况下，运算部30也设定为“n+0.5”。
[数2]
Figure GDA0004071007630000151
n+0.5：最大值的bin中心位置
F1：n-3～n+3的计数值的合计值(在直方图上的与对象物反射光成分对应的bin范围中，从直方图减去串扰成分及干扰光成分后的计数值的合计值)
Fmax2：binm的计数值(从直方图减去参照光受光成分后的、最大binm的计数值)
Fp1：大于n的bin的计数值的合计值(大于n的bin中的、从直方图减去串扰成分及干扰光成分后的计数值的合计值)
Fm1：小于n的bin的计数值的合计值(小于n的bin中的、从直方图减去串扰成分及干扰光成分后的计数值的合计值)
在图8中，由于脉冲光的存在的范围作为3bin强的范围而被识别，因此运算部30包含最大值的bin在内无论处于哪个状态下，均将包含脉冲光在内的bin7个量确定为运算范围。运算部30为了高分辨率地对光传感器100与检测对象物S之间的距离进行测量，优选在直方图上的与对象物反射光成分对应的bin范围内包含所有对象物反射光成分。但是，运算部30并不限定于此，也可以适当设定运算范围。
在S50中，在将比实际的串扰成分更大的值从第一受光部10的直方图减去的情况下，在返回被余量减去的值的基础上对式(4)进行运算。
然后，运算部30如下述式(5)所示，对由S80获取的第一受光部10的受光概率分布的平均值、和由S40获取的第二受光部20的受光概率分布的平均值之间的差进行运算。
[数3]
Figure GDA0004071007630000161
运算部30根据式(5)的结果，对参照光与检测对象物S的反射光之间的延迟差进行运算，通过对运算而得到的值进行比例计算，从而对光传感器100与检测对象物S之间的距离进行运算(S90：运算步骤)。比例计算以下述方式进行。例如，将参照光与检测对象物S的反射光之间的延迟差、和光传感器100与检测对象物S之间的距离之间的关系预先存储于存储部(未图示)。如果运算部30对参照光与检测对象物S的反射光之间的延迟差进行运算，则将与通过该运算而获得的延迟差对应的光传感器100与检测对象物S之间的距离从上述存储部读出。由此，光传感器100可以对光传感器100与检测对象物S之间的距离进行测量。
此外，在图5中，说明了在S10～S40之后实施S50～S80。但是，S10～S40也可以在S50～S80之后实施，也可以与S50～S80同时实施。
光传感器100通过具备上述结构，从而可以起到以下的效果。
具体地说，在光传感器100中，从第二受光部20的直方图减去黑色噪声及干扰光成分，从第一受光部10的直方图减去串扰成分、黑色噪声及干扰光成分。即，光传感器100可以抑制串扰成分、黑色噪声及干扰光成分的影响，并且对光传感器100与检测对象物S之间的距离进行测量。
并且，由于光传感器100通过运算获取光传感器100与检测对象物S之间的距离，因此即使在第一TDC11及第二TDC21的分辨率低的情况下，也可以以高分辨率对光传感器100与检测对象物S之间的距离进行测量。
在此基础上，在光传感器100中，在对光传感器100与检测对象物S之间的距离进行测量时，进行基于直方图的运算。因此，光传感器100不需要如由DLL进行的延迟量的推定方法这样需要收敛时间。由此，光传感器100与由DLL进行的延迟量的推定方法相比，可以高速地对光传感器100与检测对象物S之间的距离进行测量。
由此，光传感器100通过具备上述结构，从而串扰成分的影响低，可以高分辨率且高速地进行距离测量。并且，在光传感器100中，由于是经由由运算部30的运算处理对光传感器100与检测对象物S之间的距离进行测量的结构，因此可以廉价地实现上述各种效果。
〔第二实施方式〕
如果针对本发明的第二实施方式涉及的光传感器120进行说明，则如以下所述。此外，为了说明的方便，针对与在上述实施方式中说明的部件具有相同功能的部件，标注相同的附图标记，省略其说明。
光传感器120与光传感器100同样地，具备基准脉冲生成电路1、驱动器2、发光元件3、第一受光部10、第一TDC11、第一直方图生成电路12、第二受光部20、第二TDC21、第二直方图生成电路22及运算部30。
但是，在光传感器120中，运算部30在图5的S10及S60之前实施滤波处理这一点，与光传感器100不同。以下，具体地进行说明。
在光传感器120中，运算部30从第二直方图生成电路22获取直方图。并且，运算部30对成为运算范围的bin区域的移动平均进行运算。在图6的“与第二受光部20的输出对应的直方图”的例子中，脉冲光的宽度是大致bin3个量。因此，运算部30在bin0～7的范围内对3个区域的移动平均进行运算，基于该移动平均制作新的直方图。以下的S10～S40的工序也可以与光传感器100相同。
在这里，在上述说明中，由于脉冲光的宽度是大致bin3个量，因此运算部30在bin0～7的范围对3个区域的移动平均进行运算。但是，运算部30也可以在bin0～7的范围对4个区域的移动平均进行运算。由此，如果运算部30从第一直方图生成电路12获取直方图，则以与参照光对应的直方图上的bin的数量大致一致的区域数量对移动平均进行运算即可。
另外，在上述说明中，由于脉冲光的宽度是大致bin3个量，因此运算部30在bin0～7的范围内对3个区域的移动平均进行运算。但是，虽然运算负荷会增加，但运算部30也可以在bin0～12的范围内对移动平均进行运算。
在光传感器120中，运算部30将运算范围(在图6的例中为bin2～5)中的串扰成分从第一受光部10的直方图减去(S50)。然后，转换至S60。运算部30对直方图整体(bin0～12)的移动平均进行运算。在图6的“与第一受光部10的输出对应的直方图”的例子中，脉冲光的宽度为大致bin3个量。因此，运算部30在bin0～12的范围内对3个区域的移动平均进行运算，基于该移动平均制作新的直方图。以下的S60～S90的工序也可以与光传感器100相同。
在这里，在上述说明中，由于脉冲光的宽度为大致bin3个量，因此运算部30在bin0～12的范围内对3个区域的移动平均进行运算。但是，运算部30也可以在bin0～12的范围内对4个区域的移动平均进行运算。如果运算部30从第二直方图生成电路22获取直方图，则以与检测对象物S的反射光(脉冲光)对应的直方图上的bin的数量大致一致的区域数量对移动平均进行运算即可。
由此，光传感器120在S10及S60中的最大bin的检索前，对直方图进行滤波处理。并且，运算部30基于移动平均后的第二受光部20的受光概率分布的平均值及移动平均后的第一受光部10的受光概率分布的平均值，对光传感器120与检测对象物S之间的距离进行运算(S90)。
根据上述结构，在光传感器120中，利用滤波处理强调bin的最大值，容易对最大值的bin准确地进行检索。另外，光传感器120经由由移动平均进行的平滑化处理，抑制由噪声产生的影响，并且可以更准确地测量光传感器120与检测对象物S之间的距离。
〔第三实施方式〕
如果针对本发明的第三实施方式涉及的光传感器130说明，则如以下所述。此外，为了说明的方便，针对与在上述实施方式中说明的部件具有相同功能的部件，标注相同的附图标记，省略其说明。
光传感器130与光传感器100同样地，具备基准脉冲生成电路1、驱动器2、发光元件3、第一受光部10、第一TDC11、第一直方图生成电路12、第二受光部20、第二TDC21、第二直方图生成电路22及运算部30。
但是，在光传感器130中，运算部30以与光传感器100不同的方法实施图5的S20及S70。以下，使用图9具体地进行说明。
图9是用于对减去黑色噪声及干扰光成分的方法进行说明的图。图9从上方按顺序示出“TX”、“第二受光部20的输出的概率分布”、“第一受光部10的输出的概率分布”、“与第二受光部20的输出对应的直方图”、“与第一受光部10的输出对应的直方图”。
在光传感器130中，运算部30针对第二受光部20，使用运算范围外(bin7～16)的直方图的计数值的平均值，对黑色噪声及干扰光成分的减法值进行计算(与S20对应)。另外，在光传感器130中，运算部30针对第一受光部10，使用除了运算范围(bin7～12)及串扰产生区域(bin0～6)以外的bin(bin13～16)的直方图的计数值的平均值，对黑色噪声及干扰光成分的减法值进行运算(与S70对应)。
根据上述结构，光传感器130不需要另外设置发光元件3的非发光时间。由此，光传感器130可以比光传感器100对光传感器100与检测对象物S之间的距离进行测量更快地，对光传感器130与检测对象物S之间的距离进行测量。
〔第四实施方式〕
如果针对本发明的第四实施方式涉及的光传感器140进行说明，则如以下所述。此外，为了说明的方便，针对与在上述实施方式中说明的部件具有相同功能的部件，标注相同的附图标记，省略其说明。
光传感器140在图1的结构中第一受光部10及第二受光部20与罩玻璃G之间的距离充分地接近的情况下使用。以下，具体地进行说明。
如上所述，在光传感器100中，运算部30将运算范围(在图6的例子中为bin2～5)中的串扰成分从第一受光部10的直方图减去(S50)。与之相对，在光传感器140中，将应从第一受光部10的直方图减去的各bin的串扰成分，设为第二受光部20的直方图的运算范围(在图6的例子中为bin2～5)中的各bin的固定值倍的值。具体地说，在光传感器140中，将应从第一受光部10的直方图减去的bin2中的串扰成分，设为第二受光部20的直方图的bin2的固定值倍的值。另外，在光传感器140中，将应从第一受光部10的直方图减去的bin3中的串扰成分，设为第二受光部20的直方图的bin3的固定值倍的值。由此，作为应从第一受光部10的直方图减去的各bin的串扰成分，针对每个第二受光部20的直方图的bin而施加不同的减法值。“固定值”例如适当地设为1.5倍或者2倍等。通过不是使用变动值，而是使用固定值，从而光传感器140可以使运算结果的可靠性提高。
根据上述结构，光传感器140，即使在第一受光部10及第二受光部20的光子检测概率同时地变化的环境下(存在温度变化的情况下等)，也可以使应从第一受光部10的直方图减去的串扰成分的减法值自动追随正常的值。由此，光传感器140可以对光传感器140与检测对象物S之间的距离适当地进行测量。
〔第五实施方式〕
如果针对本发明的第五实施方式涉及的光传感器150进行说明，则如以下所述。此外，为了说明的方便，针对与在上述实施方式中说明的部件具有相同功能的部件，标注相同的附图标记，省略其说明。
光传感器150与光传感器100同样地，具备基准脉冲生成电路1、驱动器2、发光元件3、第一受光部10、第一TDC11、第一直方图生成电路12、第二受光部20、第二TDC21、第二直方图生成电路22及运算部30。
但是，在光传感器150中，在运算部30对串扰成分的减法值进行自动更新这一点上，与光传感器100不同。以下，使用图10及图11具体地进行说明。
图10是由第一直方图生成电路12及第二直方图生成电路22生成的直方图的一个例子。在图10的例子中，示出从0～16为止的bin的直方图。
参照图10的“与第一受光部10的输出对应的直方图”，运算部30将bin0～6确定为串扰产生区域，将bin8～14确定为运算范围。即，在图10中，串扰产生区域及运算范围彼此未重叠。在这种情况下，运算部30从串扰产生区域的直方图将干扰光成分去除，并从去除了干扰光成分后的直方图提取串扰成分。并且，运算部30将提取出的串扰成分，设定作为在图5的S50中应从第一受光部10的直方图减去的串扰成分(串扰减法值)。
具体地，使用图11进行说明。图11是表示运算部30对检测对象物S与光传感器150之间的距离进行运算的流程的流程图。此外，由于S10～S60、S70～S90为止是与图5相同的流程，因此它们的说明省略。
运算部30根据第一受光部10的直方图，对抑制串扰成分的影响的最大bin进行检索(S60)。并且，运算部30确认在与第一受光部10的输出对应的直方图中，串扰产生区域及运算范围是否彼此重叠(S62)。
如果在S62中为“是”，则运算部30制作从图6的直方图减去黑色噪声及干扰光成分后的直方图(S70)。另一方面，如果在S62中为“否”，则运算部30从串扰产生区域将干扰光成分去除，并从去除了干扰光成分后的直方图提取串扰减法值。并且，运算部30将提取出的串扰减法值，作为在图5的S50中应从第一受光部10的直方图减去的串扰减法值而进行设定(更新)(S64)。然后，运算部30转换至S70的处理。在光传感器150中，在S64中运算部30将串扰减法值更新的情况下，在下次的S50中的处理中，使用更新后的串扰减法值。
根据上述结构，由于光传感器150不需要每次实施由运算部30进行的串扰减法值的运算，因此可以高速地对光传感器150与检测对象物S之间的距离进行运算。
在这里，在干扰光成分大并且对象物反射光成分小的情况下，有时运算范围变得不准确。因此，运算部30特别地，在第一受光部10的最大bin的干扰光成分的减法运算后的值大于或等于规定的阈值的情况下，对此时的串扰成分进行提取。并且，运算部30将该提取出的串扰成分作为串扰减法值进行更新(S64)。由此，光传感器150即使在干扰光成大，并且对象物反射光成分小的情况下，也可以对光传感器150与检测对象物S之间的距离准确地进行运算。
此外，针对每个bin而更新的串扰减法值，也可以是测量值(提取出的串扰成分的计数值)本身，或者，也可以如第四实施方式所示，是将上述串扰减法值以固定值加倍后的值。不管哪一个，运算部30都基于与串扰成分对应的bin范围中的各bin的计数值，分别规定该bin范围中的各bin的串扰减法值。
根据上述结构，光传感器150在例如罩玻璃G上附着有污物等而串扰成分的测量变得不稳定的情况下，也可以对检测对象物S与光传感器150之间的距离准确地进行运算。
此外，运算部30也可以以下述方式对串扰成分的减法值进行自动更新。
具体地说，运算部30预先记录与串扰成分对应的1个或者多个bin的计数值的平均值。并且，运算部30将该平均值以上的值作为串扰成分而从对象物反射光成分中减去，然后，对最大bin进行检索(S60)。
由此，运算部30可以利用各种方法对串扰成分的减法值进行自动更新。
〔第六实施方式〕
如果对本发明的第六实施方式涉及的光传感器160进行说明，如以下所述。此外，为了说明的方便，针对与在上述实施方式中说明的部件具有相同功能的部件，标注相同的附图标记，省略其说明。
图12是表示具有多个发光元件3、第一受光部10及第一TDC11的光传感器160的概略结构的模块图。
光传感器160与光传感器100同样地，具备基准脉冲生成电路1、驱动器2、发光元件3、第一受光部10、第一TDC11、第一直方图生成电路12、第二受光部20、第二TDC21、第二直方图生成电路22及运算部30。但是，光传感器160具有多组的第一受光部10、第一TDC11及第一直方图生成电路12。运算部30以上述的方法对从多个第一直方图生成电路12输出的所有直方图进行运算处理，并对检测对象物S与光传感器160之间的距离进行运算。
根据上述结构，光传感器160具有多个像素。由此，光传感器160可以适当地适用于3D(3-Dimension)-TOF(TOF：Time Of Flight)方式的AF用测距传感器等中。
〔由软件的实现例〕
运算部30可以由在集成电路(IC芯片)等中形成的逻辑电路(硬件)实现，也可以使用CPU(Central Processing Unit)而由软件实现。
在后者的情况下，运算部30具备执行作为实现各功能的软件的程序的命令的CPU、可由计算机(或者CPU)读取地记录上述程序及各种数据的ROM(Read Only Memory)或者存储装置(将它们称为“记录介质”)、对上述程序进行展开的RAM(Random Access Memory)等。并且，通过计算机(或者CPU)从上述记录介质读取上述程序并执行，从而实现作为本发明的目的。上述记录介质可以使用“非易失性的有形的介质”，例如存储带、存储盘、存储卡、半导体存储器，可编程的逻辑电路等。另外，上述程序也可以经由可传送该程序的任意的传送介质(通信网络或广播等)向上述计算机供给。此外，本发明的一个方式，也可以通过使上述程序由电子传送而体现的、在输送波中埋入的数据信号的方式实现。
〔总结〕
本发明的方式1涉及的光传感器，其对与检测对象物之间的距离进行测量，其结构为，具备：发光元件，其相对于上述检测对象物而照射脉冲光；1个以上的光子计数型的第一受光部，其输出与由所述检测对象物的反射光、第一干扰光及所述光传感器内部的反射光中的至少1个引起的光子入射同步的第一脉冲；1个以上的第一直方图生成部，其生成表示上述第一脉冲的输出时刻与脉冲频率之间的关系的第一直方图；光子计数型的第二受光部，其输出与由第二干扰光及来自于所述发光元件的参照光中的至少任一个引起的光子入射同步的第二脉冲；第二直方图生成部，其生成表示上述第二脉冲的输出时刻与脉冲频率之间的关系的第二直方图；以及运算部，其在上述第一直方图中，将与上述检测对象物的反射光对应的成分设为对象物反射光成分，将与上述第一干扰光对应的成分设为第一干扰光成分，将与上述光传感器内部的反射光对应的成分设为串扰成分，在上述第二直方图中，将与来自于上述发光元件的参照光对应的成分设为参照光受光成分，将与上述第二干扰光对应的成分设为第二干扰光成分时，基于在上述第一直方图中表示上述第一受光部的受光概率分布的中心位置的反射光中心位置、和在上述第二直方图中表示上述第二受光部的受光概率分布的中心位置的参照光中心位置之间的差，对上述光传感器与上述检测对象物之间的距离进行运算
根据上述结构，在本发明的一个方式涉及的光传感器中，上述光传感器与上述检测对象物之间的距离经由运算处理而测量。由此，本发明的一个方式涉及的光传感器，可以改善对上述光传感器与上述检测对象物之间的距离进行测量所需要的时间。
另外，本发明的一个方式涉及的光传感器，考虑上述串扰成分、上述第一干扰光成分及上述第二干扰光成分，对上述光传感器与上述检测对象物之间的距离进行运算。由此，本发明的一个方式涉及的光传感器，可以对上述光传感器与上述检测对象物之间的距离高分辨率地进行测量。
进一步地，本发明的一个方式涉及的光传感器，与由DLL进行的延迟量的推定方法不同，不需要Delay Locked Loop电路(DLL)。因此，本发明的一个方式涉及的光传感器，可以利用与当前相比更廉价的结构，对上述光传感器与上述检测对象物之间的距离进行测量。
本发明的方式2涉及的光传感器，也可以在上述的方式1中，上述运算部，利用以下的式子，对上述反射光中心位置与上述参照光中心位置之间的差进行运算。
[数4]
Figure GDA0004071007630000261
n：从上述第一直方图除以上述串扰成分后的计数值最大的bin(最大bin)
F1：在上述第一直方图上的与上述对象物反射光成分对应的bin范围中，从上述第一直方图减去上述串扰成分及上述第一干扰光成分后的计数值的合计值
Fp1：大于n的bin中的、从上述第一直方图减去上述串扰成分及上述第一干扰光成分后的计数值的合计值
Fm1：小于n的bin中的、从上述第一直方图减去上述串扰成分及上述第一干扰光成分后的计数值的合计值
m：在上述第二直方图中计数值最大的bin(最大bin)
F2：在上述第二直方图上的与上述参照光受光成分对应的bin范围中，从上述第二直方图减去上述第二干扰光成分后的计数值的合计值
Fmax2：从上述第二直方图减去上述参照光受光成分后的、最大binm的计数值
Fp2：大于m的bin中的、从上述第二直方图减去上述第二干扰光成分后的计数值的合计值
Fm2：小于m的bin中的、从上述第二直方图减去上述第二干扰光成分后的计数值的合计值根据上述结构，本发明的一个方式涉及的光传感器，为了对上述光传感器与上述检测对象物之间的距离进行运算(测量)而不需要复杂的运算式。
由此，本发明的一个方式涉及的光传感器，能够降低上述运算部的运算负荷，并且在短时间内对上述光传感器与上述检测对象物之间的距离进行测量。
本发明的方式3涉及的光传感器，也可以在上述的方式2中，在上述第一直方图上的与上述对象物反射光成分对应的bin范围中，包含所有上述对象物反射光成分，在上述第二直方图上的与上述参照光受光成分对应的bin范围中，包含所有上述参照光受光成分。
根据上述结构，本发明的一个方式涉及的光传感器，可以更高分辨率地对上述光传感器与上述检测对象物之间的距离进行测量。
本发明的方式4涉及的光传感器，也可以在上述的方式2或者3中，上述运算部从上述第一直方图减去上述串扰成分，然后，以与上述第一直方图上的与上述对象物反射光成分对应的bin数量大致相同数量对该第一直方图的bin的计数值的移动平均进行运算，然后，对最大bin(n)进行检索，以与上述第二直方图上的与上述参照光受光成分对应的bin数量大致相同数量，对该第二直方图的bin的计数值的移动平均进行运算，然后，对最大bin(m)进行检索。
另外，本发明的方式4涉及的光传感器，也可以在上述的方式2或者3中，上述运算部，在利用与上述脉冲光的宽度对应的bin数对上述第一直方图进行滤波后，对上述最大bin(n)进行检索，并且，在利用与上述脉冲光的宽度对应的bin数对上述第二直方图进行滤波后，对上述最大bin(m)进行检索。
根据上述结构，本发明的一个方式涉及的光传感器，可以利用滤波(移动平均处理)强调最大bin，准确地对最大bin进行检索。另外，本发明的一个方式涉及的光传感器，经由滤波而抑制噪声的影响，可以更准确地对上述光传感器与上述检测对象物之间的距离进行测量。
本发明的方式5涉及的光传感器，也可以在上述的方式2或者3中，上述运算部，预先记录与上述串扰成分对应的1个或者多个bin的计数值的平均值，将上述平均值以上的值作为上述串扰成分而从上述对象物反射光成分减去，然后，对最大bin(n)进行检索。
根据上述结构，本发明的一个方式涉及的光传感器，即使在周围环境(温度等)变化的情况下，也可以考虑上述串扰成分，对上述光传感器与上述检测对象物之间的距离进行运算。
本发明的方式6涉及的光传感器，也可以在上述的方式2至5的任意一项中，上述运算部，在上述第一直方图中，将除了与上述串扰成分及上述对象物反射光成分对应的bin范围以外的bin范围中的1个或者多个bin的计数值的平均值，规定为上述第一干扰光成分，并且，在上述第二直方图中，将除了与上述参照光受光成分对应的bin范围以外的bin范围中的1个或者多个bin的计数值的平均值，规定为上述第二干扰光成分，对上述反射光中心位置与上述参照光中心位置之间的差进行运算。
根据上述结构，本发明的一个方式涉及的光传感器，不需要另外设置上述发光元件的非发光期间。因此，本发明的一个方式涉及的光传感器，可以进一步高速地对上述光传感器与上述检测对象物之间的距离进行运算。
本发明的方式7涉及的光传感器，也可以在上述的方式2至6中的任意一项中，上述运算部对上述反射光中心位置进行运算时，将相对于与上述参照光受光成分对应的上述第二直方图上的1个或者多个bin之中的任意1个bin的计数值为固定倍的值规定为上述串扰成分，将该串扰值从上述对象物反射光成分减去。
或者，本发明的方式7涉及的光传感器，也可以在上述的方式2至6中的任意一项中，上述运算部，将上述第二直方图中的与上述参照光受光成分对应的bin范围，确定为与上述串扰成分对应的bin范围，并且，将相对于在上述bin范围中包含的bin的计数值以固定值加倍后的值，规定为与该bin相关的上述串扰成分，将所规定的该串扰成分，从与在上述第二直方图中的与上述参照光受光成分对应的bin范围中包含的bin对应的上述第一直方图的bin的计数值分别减去。
根据上述结构，本发明的一个方式涉及的光传感器，即使在上述第一受光部及上述第二受光部的光子检测概率同时地变化的环境下(存在温度变化的情况下等)，也可以使应从第一直方图减去的串扰成分的减法值自动追随正常的值。由此，本发明的一个方式涉及的光传感器，可以对上述光传感器与上述检测对象物之间的距离适当地进行测量。
本发明的方式8涉及的光传感器，也可以在上述的方式2至6的任意一项中，上述运算部，在上述第一直方图中，与上述串扰成分对应的bin范围和与上述对象物反射光成分对应的bin范围彼此不重合，并且，从与上述对象物反射光成分对应的1个或者多个bin之中的最大bin减去上述第一干扰光成分后的值为规定值以上的情况下，分别基于与上述串扰成分对应的bin范围中的各bin的计数值，规定该bin范围中的各bin的上述串扰成分。
根据上述结构，本发明的一个方式涉及的光传感器，即使在例如上述光传感器内部(罩玻璃等)附着污物等而上述串扰成分的测量变得不稳定的情况下，也可以对上述光传感器与上述检测对象物之间的距离适当地进行测量。
本发明的方式9涉及的光传感器，也可以在上述的方式1至8的任意一项中，具备多个上述第一受光部，上述第一直方图生成部具备与上述多个第一受光部相同数量的多个第一直方图生成部，上述多个第一受光部分别与上述多个第一直方图生成部分别一对一地对应，上述运算部，在上述多个第一直方图生成部所生成的多个上述第一直方图各自与上述第二直方图之间，对上述光传感器与上述检测对象物之间的距离进行运算。
根据上述结构，本发明的一个方式涉及的光传感器可以具备多个像素。由此，本发明的一个方式涉及的光传感器，可以适当地适用于3D(3-Dimension)-TOF(TOF：Time OfFlight)方式的AF用测距传感器等。
本发明的方式10涉及的光传感器，也可以在上述的方式1至9的任意一项中，预先规定上述反射光中心位置与上述参照光中心位置之间的差、和上述光传感器与上述检测对象物与的距离之间的对应关系，上述运算部，基于上述对应关系，根据对上述反射光中心位置与上述参照光中心位置之间的差，对上述光传感器与上述检测对象物之间的距离进行运算。
根据上述结构，本发明的一个方式涉及的光传感器，如果对上述反射光中心位置与上述参照光中心位置之间的差进行运算，则可以极其高速地对上述光传感器与上述检测对象物之间的距离进行运算。
具备本发明的方式11涉及的光传感器的电子设备，也可以在上述的方式1至10的任意一项中，具备权利要求1至10中的任意一项所述的光传感器。
本发明的一个方式涉及的电子设备，通过具备上述光传感器，从而可以具有能够高速且高分辨率地对该电子设备与检测对象物之间的距离进行测量的功能。
本发明的方式12涉及的运算装置，其适用于对检测对象物之间的距离进行测量的光传感器，其结构为，上述光传感器具备：发光元件，其相对于上述检测对象物而照射脉冲光；1个以上的光子计数型的第一受光部，其输出与由所述检测对象物的反射光、第一干扰光及所述光传感器内部的反射光中的至少1个引起的光子入射同步的第一脉冲；光子计数型的第二受光部，其输出与由第二干扰光及来自于所述发光元件的参照光中的至少任一个引起的光子入射同步的第二脉冲，上述运算装置具备：1个以上的第一直方图生成部，其生成表示上述第一脉冲的输出时刻与脉冲频率之间的关系的第一直方图；第二直方图生成部，其生成表示上述第二脉冲的输出时刻与脉冲频率之间的关系的第二直方图；以运算部，其在上述第一直方图中，将与上述检测对象物的反射光对应的成分设为对象物反射光成分，将与上述第一干扰光对应的成分设为第一干扰光成分，将与上述光传感器内部的反射光对应的成分设为串扰成分，在上述第二直方图中，将与来自于上述发光元件的参照光对应的成分设为参照光受光成分，将与上述第二干扰光对应的成分设为第二干扰光成分时，基于在上述第一直方图中表示上述第一受光部的受光概率分布的中心位置的反射光中心位置、和在上述第二直方图中表示上述第二受光部的受光概率分布的中心位置的参照光中心位置之间的差，对上述光传感器与上述检测对象物之间的距离进行运算。
根据上述结构，起到与上述光传感器同样的效果。
本发明的方式13涉及的方法，其是对光传感器与检测对象物之间的距离进行测量的方法，其包含下述步骤：第一输出步骤，在该步骤中，从在上述光传感器中包含的发光元件照射脉冲光，输出与由所述检测对象物的反射光、第一干扰光及所述光传感器内部的反射光中的至少1个引起的朝向第一受光部的光子入射同步的第一脉冲；第一直方图生成步骤，在该步骤中，生成表示上述第一脉冲的输出时刻与脉冲频率之间的关系的第一直方图；第二输出步骤，在该步骤中，输出与由第二干扰光及来自于所述发光元件的参照光中的至少任一个引起的朝向第二受光部的光子入射同步的第二脉冲；第二直方图生成步骤，在该步骤中，生成表示上述第二脉冲的输出时刻与脉冲频率之间的关系的第二直方图；以及运算步骤，在该步骤中，在上述第一直方图中，将与上述检测对象物的反射光对应的成分设为对象物反射光成分，将与上述第一干扰光对应的成分设为第一干扰光成分，将与上述光传感器内部的反射光对应的成分设为串扰成分，在上述第二直方图中，将与来自于上述发光元件的参照光对应的成分设为参照光受光成分，将与上述第二干扰光对应的成分设为第二干扰光成分时，基于在上述第一直方图中表示上述第一受光部的受光概率分布的中心位置的反射光中心位置、和在上述第二直方图中表示上述第二受光部的受光概率分布的中心位置的参照光中心位置之间的差，对上述光传感器与上述检测对象物之间的距离进行运算。
根据上述结构，起到与上述光传感器同样的效果。
本发明并不限定于上述的各实施方式，在权利要求所示的范围可以进行各种变更，对于将在不同的实施方式中分别公开的技术方法适当组合而获得的实施方式，也包含在本发明的技术范围内。并且，通过将在各实施方式中分别公开的技术方法组合从而可以形成新的技术特征。
附图标记说明
1 基准脉冲生成电路
2 驱动器
3 发光元件
10 第一受光部
11 第一TDC
12 第一直方图生成电路(第一直方图生成部)
20 第二受光部
21 第二TDC
22 第二直方图生成电路(第二直方图生成部)
30 运算部
100、110、120、130、140、150、160 光传感器

Claims (13)

1.一种光传感器，其对与检测对象物之间的距离进行测量，其特征在于，包括：
发光元件，其对所述检测对象物照射脉冲光；
1个以上的光子计数型的第一受光部，其输出与由所述检测对象物的反射光、第一干扰光及所述光传感器内部的反射光中的至少1个引起的光子入射同步的第一脉冲；
1个以上的第一直方图生成部，其生成表示所述第一脉冲的输出时刻与脉冲频率之间的关系的第一直方图；
光子计数型的第二受光部，其输出与由第二干扰光及来自于所述发光元件的参照光中的至少任一个引起的光子入射同步的第二脉冲；
第二直方图生成部，其生成表示所述第二脉冲的输出时刻与脉冲频率之间的关系的第二直方图；以及
运算部，其在所述第一直方图中，将与所述检测对象物的反射光对应的成分设为对象物反射光成分，将与所述第一干扰光对应的成分设为第一干扰光成分，将与所述光传感器内部的反射光对应的成分设为串扰成分，在所述第二直方图中，将与来自于所述发光元件的参照光对应的成分设为参照光受光成分，将与所述第二干扰光对应的成分设为第二干扰光成分时，
基于在所述第一直方图中表示所述第一受光部的受光概率分布的中心位置的反射光中心位置、和在所述第二直方图中表示所述第二受光部的受光概率分布的中心位置的参照光中心位置之间的差，对所述光传感器与所述检测对象物之间的距离进行运算的运算部，利用以下的式子，对所述反射光中心位置与所述参照光中心位置之间的差进行运算，
[数4]
Figure FDA0004071007620000021
n：从所述第一直方图除以所述串扰成分后的计数值最大的bin(最大bin)
F1：在所述第一直方图上的与所述对象物反射光成分对应的bin范围中，从所述第一直方图减去所述串扰成分及所述第一干扰光成分后的计数值的合计值
Fp1：大于n的bin中的、从所述第一直方图减去所述串扰成分及所述第一干扰光成分后的计数值的合计值
Fm1：小于n的bin中的、从所述第一直方图减去所述串扰成分及所述第一干扰光成分后的计数值的合计值
m：在所述第二直方图中计数值最大的bin(最大bin)
F2：在所述第二直方图上的与所述参照光受光成分对应的bin范围中，从所述第二直方图减去所述第二干扰光成分后的计数值的合计值
Fmax2：从所述第二直方图减去所述参照光受光成分后的、最大binm的计数值
Fp2：大于m的bin中的、从所述第二直方图减去所述第二干扰光成分后的计数值的合计值
Fm2：小于m的bin中的、从所述第二直方图减去所述第二干扰光成分后的计数值的合计值。
2.根据权利要求1所述的光传感器，其特征在于，
在所述第一直方图上的与所述对象物反射光成分对应的bin范围中，包含所有所述对象物反射光成分，
在所述第二直方图上的与所述参照光受光成分对应的bin范围中，包含所有所述参照光受光成分。
3.根据权利要求1所述的光传感器，其特征在于，
所述运算部在利用与所述脉冲光的宽度对应的bin数对所述第一直方图进行滤波后，对所述最大bin(n)进行检索，并且，在利用与所述脉冲光的宽度对应的bin数对所述第二直方图进行滤波后，对所述最大bin(m)进行检索。
4.根据权利要求1所述的光传感器，其特征在于，
所述运算部预先记录与所述串扰成分对应的1个或者多个bin的计数值的平均值，将所述平均值以上的值作为所述串扰成分并从所述对象物反射光成分减去，然后，对最大bin(n)进行检索。
5.根据权利要求1所述的光传感器，其特征在于，
所述运算部在所述第一直方图中，将除了与所述串扰成分及所述对象物反射光成分对应的bin范围以外的bin范围中的1个或者多个bin的计数值的平均值规定为所述第一干扰光成分，并且，在所述第二直方图中，将除了与所述参照光受光成分对应的bin范围以外的bin范围中的1个或者多个bin的计数值的平均值规定为所述第二干扰光成分，对所述反射光中心位置与所述参照光中心位置之间的差进行运算。
6.根据权利要求1所述的光传感器，其特征在于，
所述运算部将所述第二直方图中的与所述参照光受光成分对应的bin范围确定为与所述串扰成分对应的bin范围，并且，将对在所述bin范围中包含的bin的计数值以固定值加倍后的值规定为与所述bin相关的所述串扰成分，并从与在所述第二直方图中的与所述参照光受光成分对应的bin范围中包含的bin对应的所述第一直方图的bin的计数值分别减去所规定的所述串扰成分。
7.根据权利要求1所述的光传感器，其特征在于，
所述运算部在所述第一直方图中，与所述串扰成分对应的bin范围和与所述对象物反射光成分对应的bin范围彼此不重合，并且，从与所述对象物反射光成分对应的1个或者多个bin之中的最大bin减去所述第一干扰光成分后的值为规定值以上的情况下，分别基于与所述串扰成分对应的bin范围中的各bin的计数值，规定所述bin范围中的各bin的所述串扰成分。
8.根据权利要求1所述的光传感器，其特征在于，
具备多个所述第一受光部，
所述第一直方图生成部具备与多个所述第一受光部相同数量的多个第一直方图生成部，
多个所述第一受光部分别与所述多个第一直方图生成部一对一地对应，
所述运算部在所述多个第一直方图生成部所生成的多个所述第一直方图的每一个与所述第二直方图之间，对所述光传感器与所述检测对象物之间的距离进行运算。
9.根据权利要求1所述的光传感器，其特征在于，
预先规定所述反射光中心位置与所述参照光中心位置之间的差、和所述光传感器与所述检测对象物与的距离之间的对应关系，
所述运算部基于所述对应关系，根据对所述反射光中心位置与所述参照光中心位置之间的差，对所述光传感器与所述检测对象物之间的距离进行运算。
10.一种光传感器，其对与检测对象物之间的距离进行测量，其特征在于，包括：
发光元件，其对所述检测对象物照射脉冲光；
1个以上的光子计数型的第一受光部，其输出与由所述检测对象物的反射光、第一干扰光及所述光传感器内部的反射光中的至少1个引起的光子入射同步的第一脉冲；
1个以上的第一直方图生成部，其生成表示所述第一脉冲的输出时刻与脉冲频率之间的关系的第一直方图；
光子计数型的第二受光部，其输出与由第二干扰光及来自于所述发光元件的参照光中的至少任一个引起的光子入射同步的第二脉冲；
第二直方图生成部，其生成表示所述第二脉冲的输出时刻与脉冲频率之间的关系的第二直方图；以及
运算部，其在所述第一直方图中，将与所述检测对象物的反射光对应的成分设为对象物反射光成分，将与所述第一干扰光对应的成分设为第一干扰光成分，将与所述光传感器内部的反射光对应的成分设为串扰成分，在所述第二直方图中，将与来自于所述发光元件的参照光对应的成分设为参照光受光成分，将与所述第二干扰光对应的成分设为第二干扰光成分时，
使用针对所述第二直方图的最大bin的频率将所述第二受光部的频率合计值进行标准化的、相当于所述第二受光部的受光脉冲宽度的值，分别对在所述第一直方图中表示所述第一受光部的受光概率分布的中心位置的反射光中心位置和在所述第二直方图中表示所述第二受光部的受光概率分布的中心位置的参照光中心位置进行运算，并且基于所述反射光中心位置与所述参照光中心位置之间的差，对所述光传感器与所述检测对象物之间的距离进行运算。
11.一种电子设备，其特征在于，
具备权利要求1至10中任意一项所述的光传感器。
12.一种运算装置，其适用于对检测对象物之间的距离进行测量的光传感器，其特征在于，
所述光传感器具备：
发光元件，其相对于所述检测对象物而照射脉冲光；
1个以上的光子计数型的第一受光部，其输出与由所述检测对象物的反射光、第一干扰光及所述光传感器内部的反射光中的至少1个引起的光子入射同步的第一脉冲；
光子计数型的第二受光部，其输出与由第二干扰光及来自于所述发光元件的参照光中的至少任一个引起的光子入射同步的第二脉冲，
所述运算装置具备：
1个以上的第一直方图生成部，其生成表示所述第一脉冲的输出时刻与脉冲频率之间的关系的第一直方图；
第二直方图生成部，其生成表示所述第二脉冲的输出时刻与脉冲频率之间的关系的第二直方图；以及
运算部，其在所述第一直方图中，将与所述检测对象物的反射光对应的成分设为对象物反射光成分，将与所述第一干扰光对应的成分设为第一干扰光成分，将与所述光传感器内部的反射光对应的成分设为串扰成分，在所述第二直方图中，将与来自于所述发光元件的参照光对应的成分设为参照光受光成分，将与所述第二干扰光对应的成分设为第二干扰光成分时，
使用针对所述第二直方图的最大bin的频率将所述第二受光部的频率合计值进行标准化的、相当于所述第二受光部的受光脉冲宽度的值，分别对在所述第一直方图中表示所述第一受光部的受光概率分布的中心位置的反射光中心位置和在所述第二直方图中表示所述第二受光部的受光概率分布的中心位置的参照光中心位置进行运算，并且基于所述反射光中心位置与所述参照光中心位置之间的差，对所述光传感器与所述检测对象物之间的距离进行运算。
13.一种方法，其是对光传感器与检测对象物之间的距离进行测量的方法，其特征在于，包含下述步骤：
第一输出步骤，在该步骤中，从在所述光传感器中包含的发光元件照射脉冲光，输出与由所述检测对象物的反射光、第一干扰光及所述光传感器内部的反射光中的至少1个引起的朝向第一受光部的光子入射同步的第一脉冲；
第一直方图生成步骤，在该步骤中，生成表示所述第一脉冲的输出时刻与脉冲频率之间的关系的第一直方图；
第二输出步骤，在该步骤中，输出与由第二干扰光及来自于所述发光元件的参照光中的至少任一个引起的朝向第二受光部的光子入射同步的第二脉冲；
第二直方图生成步骤，在该步骤中，生成表示所述第二脉冲的输出时刻与脉冲频率之间的关系的第二直方图；以及
运算步骤，在该步骤中，在所述第一直方图中，将与所述检测对象物的反射光对应的成分设为对象物反射光成分，将与所述第一干扰光对应的成分设为第一干扰光成分，将与所述光传感器内部的反射光对应的成分设为串扰成分，在所述第二直方图中，将与来自于所述发光元件的参照光对应的成分设为参照光受光成分，将与所述第二干扰光对应的成分设为第二干扰光成分时，
使用针对所述第二直方图的最大bin的频率将所述第二受光部的频率合计值进行标准化的、相当于所述第二受光部的受光脉冲宽度的值，分别对在所述第一直方图中表示所述第一受光部的受光概率分布的中心位置的反射光中心位置和在所述第二直方图中表示所述第二受光部的受光概率分布的中心位置的参照光中心位置进行运算，并且基于所述反射光中心位置与所述参照光中心位置之间的差，对所述光传感器与所述检测对象物之间的距离进行运算。
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