JP6641006B2 - 光センサ、および電子機器 - Google Patents
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Description
本発明の実施形態1について、図1〜図7を参照して説明する。
TOFセンサ100(光センサ)は、対象物に光を出射した時間と、当該出射された光が対象物により反射された反射光を受信した時間との時間差に基づいて距離を算出することで、TOFセンサ100と対象物50との距離を測定するものである。TOFセンサ100は、例えば、スマートフォン、またはカメラ等の電子機器に用いられる。
TOFセンサ100の距離測定精度を高精度に維持するためには、距離測定の演算に用いる有効データを一定数取得した後に、距離の演算を行う必要がある。
第1有効パルスを必要数取得する処理について、図1、および図3に基づき以下に説明する。
図3に基づき、TOFセンサ100の各構成を制御する制御部(図示せず)による発光期間T1および否発光期間T2の設定について説明する。図3の(a)〜図3の(c)は、TOFセンサ100のパルス取得期間における動作を説明するための図である。図3の(b)は、1周期分の第1受光部1からの出力パルスを示し、図3の(a)は図3の(b)の部分拡大図である。図3の(c)はパルス取得期間を示した図である。なお、第2受光部2においても、パルス取得期間において、第1受光部1と同様に動作する。
第1受光部1から出力される第1受光パルスには、上述したように反射光L2および内部反射光L3により発生する第1有効パルスだけでなく、外乱光L4により発生するノイズパルスも含まれる。
第1判定回路15(第3出力パルス数判定部)は、第1デジタル演算部14から出力された第1有効パルス数が第1基準値よりも大きいか否かを判定する。第1基準値は、対象物までの距離を求めるのに十分な測定精度を確保するために必要な第1有効データの数に規定することが望ましい。
第2有効パルスを必要数取得する処理について、図1、および図3に基づき以下に説明する。
第2受光部2からの第2受光パルスは、上述したように内部反射光L3により発生する第2有効パルスだけでなく、外乱光L4により発生するノイズパルスも含まれる。
第2判定回路25は、第2デジタル演算部24から出力された第2有効パルス数が第2基準値よりも大きいか否かを判定する。第2基準値は、第1基準値と同じであってもよい。
第1時間差抽出部31は、発光期間T1における第1受光パルスと基準パルスとの平均時間差である第1平均時間差を抽出する。
第1デジタル演算部14の具体的な回路構成例を図4〜図6に基づき、以下に説明する。図4は、TOFセンサ100の第1デジタル演算部14の構成例を示す回路図である。図5は、第1デジタル演算部14の動作を説明するための図である。図6の(a)〜図6の(c)は第1デジタル演算部14の各期間における動作を説明するための回路図であり、図6の(a)は発光期間T1の第1デジタル演算部14の動作を説明するための回路図である。図6の(b)はカウント反転期間T3の第1デジタル演算部14の動作を説明するための回路図である。図6の(c)は否発光期間T2の第1デジタル演算部14の動作を説明するための回路図である。なお、第2デジタル演算部24も以下に説明する第1デジタル演算部14の動作と同様に動作する。
第1デジタル演算部14の概略構成の変形例である第1デジタル演算部141を、図7に基づき以下に説明する。図7はTOFセンサ100の第1デジタル演算部14の構成の変形例を示すブロック図である。なお、第2デジタル演算部24の回路も第1デジタル演算部14と同様の変形例を構成することができる。
本発明の実施形態2について、図1および図8を参照して説明する。図8は、本発明の実施形態2に係るTOFセンサ100Aのパルス取得期間における動作を説明するための図である。TOFセンサ100Aは、TOFセンサ100に比べて、1周期内で発光期間T1および否発光期間T2を分割して実施する点が異なり、その他の構成は同様である。
本実施形態では、図8に示すように、1周期において発光期間T1および否発光期間T2が分割して交互に実施される。具体的には、発光期間T1は、1周期中に、発光期間T11、発光期間T12、および発光期間T13に分割され、否発光期間T2は、1周期中に、否発光期間T21、否発光期間T22、および否発光期間T23に分割され、発光期間と否発光期間とは交互に実施される。
実施形態1の場合と同様に、第1デジタル演算部14では、発光期間T1において取得した第1出力パルス数C1を加算し、否発光期間T2において取得した第2出力パルス数C2に1周期内での(発光期間の合計時間(t1)/否発光期間の合計時間(t2))の係数を掛けた値を減算する。1周期終了時のデジタル演算部より出力されるデジタル値は、C1−C2×(t1/t2)・・・(式5)で求められる。
本発明の実施形態3について、図1、および図9〜図11を参照して説明する。図9は本発明の実施形態3に係るTOFセンサ100Bのパルス取得期間における発光期間と否発光期間とのタイミングのパターンを説明するための図である。図10は発光期間および否発光期間のタイミングのパターンが1つの場合の外乱光の影響を説明する図である。図11は発光期間および否発光期間のタイミングのパターンが複数ある場合の外乱光の影響を説明する図である。TOFセンサ100Bは、TOFセンサ100比べて、1周期内での発光期間と否発光期間を実施するタイミングを変化させたm通り(m≧2)のパターンを持つ点が異なり、その他の構成は同様である。言い換えると、本実施形態では、実施形態2の1周期内で発光期間および否発光期間を分割して実施する場合において、上記分割方法は少なくとも2以上のパターンを持ち、各パターンを持つ所定期間は順に実施される。
図9には、1周期内で発光期間T1と否発光期間T2とを様々に分割させて交互に実行するように設定したパターンA〜パターンEが示されている。パターンA〜パターンEの各パターンはいずれも、発光期間の合計時間(t1)>否発光期間の合計時間(t2)であり、1周期中の発光期間の合計と否発光期間の合計との比(t1:t2)は一定の所定時間比で決定される。
TOFセンサ100の制御ブロックは、集積回路(ICチップ)等に形成された論理回路(ハードウェア)によって実現してもよいし、CPU(Central Processing Unit)を用いてソフトウェアによって実現してもよい。
本発明の態様1に係る光センサ(TOFセンサ100・100A・100B)は、基準パルスに応じて、発光素子(6)から光を出射する発光部(発光素子6)と、ガイガーモードのアバランシェフォトダイオードへの、前記発光部の出射光の対象物による反射光(L2)および外乱光(L4)を含む光の光入射によりパルスを出力する第1受光部(1)と、(イ)前記発光部のパルス取得期間において、前記発光素子がパルス発光を繰り返している状態である発光期間(T1)、(ロ)前記発光部のパルス取得期間において、前記発光素子が発光していない状態である否発光期間(T2)、(ハ)前記発光期間(T1)における、前記発光部の出射光の対象物による反射光および外乱光を含む光の入射による前記第1受光部の第1出力パルス数(C1)、(ニ)前記否発光期間(T2)における、前記外乱光の入射による前記第1受光部の第2出力パルス数(C2)を用い、C1−C2×(T1/T2)の演算を行い、前記外乱光によるパルス数を除き、前記反射光の入射による前記第1受光部の第3出力パルス数を算出する第1算出部と、前記第3出力パルス数が、測距測定の演算に必要な第1基準値よりも大きいと判断されるまでの前記発光期間(T1)における前記基準パルスと前記第1受光部の出力パルスとの比較結果に基づき、自装置から前記対象物までの距離を算出する距離算出部(距離演算部33)と、を備えている。
2 第2受光部
6 発光素子(発光部)
14 第1デジタル演算部(第1算出部)
15 第1判定回路(第3出力パルス数判定部)
24 第2デジタル演算部(第2算出部)
25 第2判定回路
31 第1時間差抽出部
32 第2時間差抽出部
33 距離演算部(距離算出部)
L2 反射光
L3 内部反射光
L4 外乱光
L10 第1入射光
T1 発光期間
T2 否発光期間
100・100A・100B 光センサ
Claims (10)
- 基準パルスに応じて、発光素子から光を出射する発光部と、
ガイガーモードのアバランシェフォトダイオードへの、前記発光部の出射光の対象物による反射光および外乱光を含む光の光入射によりパルスを出力する第1受光部と、
(イ)前記発光部のパルス取得期間において、前記発光素子がパルス発光を繰り返している状態である発光期間T1、
(ロ)前記発光部のパルス取得期間において、前記発光素子が発光していない状態である否発光期間T2、
(ハ)前記発光期間T1における、前記発光部の出射光の対象物による反射光および外乱光を含む光の入射による前記第1受光部の第1出力パルス数C1、
(ニ)前記否発光期間T2における、前記外乱光の入射による前記第1受光部の第2出力パルス数C2を用い、
C1−C2×(T1/T2)の演算を行い、
前記外乱光によるパルス数を除き、前記反射光の入射による前記第1受光部の第3出力パルス数を算出する第1算出部と、
前記第3出力パルス数が、測距測定の演算に必要な第1基準値よりも大きいと判断されるまでの前記発光期間T1における前記基準パルスと前記第1受光部の出力パルスとの比較結果に基づき、自装置から前記対象物までの距離を算出する距離算出部と、
を備えていることを特徴とする光センサ。 - ガイガーモードのアバランシェフォトダイオードへの、前記発光部の出射光の自装置内部にて反射された内部反射光および外乱光の光入射によりパルスを出力する第2受光部と、
(i)前記発光期間T1における、前記発光部の出射光の自装置内部にて反射された内部反射光および外乱光の入射による前記第2受光部の第1内部出力パルス数D1、
(ii)前記否発光期間T2における、前記外乱光の入射による前記第2受光部の第2内部出力パルス数D2を用い、
D1−D2×(T1/T2)の演算を行い、
前記外乱光によるパルス数を除き、前記内部反射光の入射による前記第2受光部の第3内部出力パルス数を算出する第2算出部と、を更に備え、
前記距離算出部は、
前記第3出力パルス数が、測距測定の演算に必要な第1基準値よりも大きいと判断されるまでの前記発光期間T1における前記基準パルスと前記第1受光部の出力パルスとの比較結果と、
前記第3内部出力パルス数が、測距測定の演算に必要な第2基準値よりも大きいと判断されるまでの前記発光期間T1における前記基準パルスと前記第2受光部の出力パルスとの比較結果と、
に基づき、自装置から前記対象物までの距離を算出することを特徴とする請求項1に記載の光センサ。 - 前記距離算出部は、前記発光期間T1における前記出力パルスと前記基準パルスとの平均時間差に基づき、前記対象物までの距離を演算する、
ことを特徴とする請求項1に記載の光センサ。 - 前記距離算出部は、前記発光期間T1における前記第1受光部の出力パルスと前記基準パルスとの平均時間差、および、前記発光期間T1における前記第2受光部の出力パルスと前記基準パルスとの平均時間差に基づき、前記対象物までの距離を演算する、
ことを特徴とする請求項2に記載の光センサ。 - 前記発光期間T1は、前記否発光期間T2よりも長いことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の光センサ。
- 前記発光期間T1および前記否発光期間T2は、所定比となるように、所定期間において分割して交互に実施されることを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の光センサ。
- 前記分割方法は少なくとも2以上のパターンを持ち、各パターンを持つ所定期間は順に実施されることを特徴とする請求項6に記載の光センサ。
- 前記発光期間T1が前記否発光期間T2の2のべき乗倍であることを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の光センサ。
- 前記第3出力パルス数が第1基準値よりも大きいか否かを判定する第3出力パルス数判定部を備え、
前記第3出力パルス数判定部の判定は、前記所定期間がn期間(n≧1)終了する毎に行われることを特徴とする請求項6に記載の光センサ。 - 請求項1から9のいずれか1項に記載の光センサを備えていることを特徴とする電子機器。
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