(57)【要約】カバープレート（ＣＰ）の後ろに配置された飛行時間センサを有する飛行時間システムを較正する方法が提供される。前記方法は、制御信号（ＣＳ１）の各トリガパルスに応じて複数の光の送信パルス（ＥＰ）を放射するステップと、複数の光の受信パルス（ＲＰ，ＲＰ’）を検出するステップとを含む。複数の送信パルス（ＥＰ）の１つと複数の受信パルス（ＲＰ，ＲＰ’）の１つとの間の期間を示す各差分値が決定される。前記差分値は、少なくとも１つのヒストグラムの幾つかのビン（１，．．．，Ｎ）に蓄積される。前記方法は、少なくとも１つのクロストーク応答（ＣＴＰ）を所定範囲のビン（１，．．．，Ｍ）内のヒストグラムに記録するステップと、記録されたクロストーク応答（ＣＴＰ）を用いてヒストグラムを較正するステップとをさらに含む。最後に、較正されたヒストグラムの評価に基づいて飛行時間を示す出力信号（ＯＳ）が生成される。
2021501874.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カバープレート（ＣＰ）の後ろに配置された飛行時間センサを有する飛行時間システムを較正する方法であって、
当該方法は、
制御信号（ＣＳ１）の各トリガパルスに応じて複数の光の送信パルス（ＥＰ）を放射するステップと、
複数の光の受信パルス（ＲＰ，ＲＰ’）を検出するステップと、
前記複数の送信パルス（ＥＰ）の１つと前記複数の受信パルス（ＲＰ，ＲＰ’）の１つとの間の期間を示す各差分値を決定するステップと、
前記複数の差分値を少なくとも１つのヒストグラムの幾つかのビン（１，．．．，Ｎ）に蓄積するステップと、
少なくとも１つのクロストーク応答（ＣＴＰ）を、所定範囲のビン（１，．．．，Ｍ）内の前記ヒストグラムに記録するステップと、
前記記録されたクロストーク応答（ＣＴＰ）を用いて前記ヒストグラムを較正するステップと、
前記較正されたヒストグラムの評価に基づいて飛行時間を示す出力信号（ＯＳ）を生成するステップと、
を含む方法。
【請求項２】
前記ヒストグラムは、前記クロストーク応答（ＣＴＰ）を無視することよって較正され、
前記出力信号（ＯＳ）は、前記所定範囲のビン（１，．．．，Ｍ）以外のビン又は範囲のビンにある前記ヒストグラム内のピーク（ＰＫ１）の飛行時間を示す、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ヒストグラムは、前記所定範囲のビン（１，．．．，Ｍ）より高いビンの前記ヒストグラムだけを評価することによって較正される、
請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記ヒストグラムは、前記クロストーク応答（ＣＴＰ）に倍率を掛けたものを前記ヒストグラムから減算することによって較正される、
請求項１に記載の方法。
【請求項５】
複数の送信パルス（ＥＰ）を放射するステップと、複数の受信パルス（ＲＰ）を検出するステップと、各差分値を決定するステップは、繰り返されることで、一連のヒストグラムが差分値と共に蓄積され、且つ／又は各クロストーク応答が平均化されてクロストーク応答として記録される、
請求項１から４のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記一連のヒストグラム内の１以上の更なるピーク（ＰＫ１）を決定するステップと、
前記一連のヒストグラム全体にわたる少なくとも前記更なるピーク（ＰＫ１）を監視するステップと、
を更に含み、
前記監視されたピーク（ＰＫ１）の１以上が前記所定範囲のビン（１，．．．，Ｍ）に移動する場合に、前記一連のヒストグラムのうちの前記ヒストグラムの１つ以上が較正される、
請求項５に記載の方法。
【請求項７】
事前較正モードにおいて、規定の較正条件、特に前記カバープレート（ＣＰ）以外の対象物がない条件で前記飛行時間システムの始動時に較正値が決定され、且つ／又は、
前記較正値は、前記クロストーク応答（ＣＴＰ）及び／又は前記更なるピーク（ＰＫ１）を監視することによって動的に調整される、
請求項１から６のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記較正値は、前記所定範囲のビン内に移動した前記監視ピーク（ＰＫ１）から決定され、
前記較正値は、前記クロストーク応答（ＣＴＰ）と、前記所定範囲のビンに移動した前記監視されたピーク（ＰＫ１）との比較から決定され、かつ／又は、
前記較正値は、前記クロストーク応答（ＣＴＰ）と、前記所定範囲のビン内に移動した前記監視されたピーク（ＰＫ１）との両方を含んだ組み合わせクロストーク応答から決定される、
請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記組み合わせクロストーク応答の信号振幅が増大するときの緩速時間平均である緩速アタック及び／又は前記組み合わせクロストーク応答の前記信号振幅が減少するときの高速平均である高速減衰を有する時間平均フィルタを用いて、前記組み合わせクロストーク応答から前記較正値が決定される、
請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記制御信号（ＣＳ１）が、一連のトリガパルスによって生成され、
後続トリガパルス間の期間が、前記飛行時間センサの所望の最大検出範囲によって決定される、
請求項１から９のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記送信パルス（ＥＰ）のパルス幅は、前記飛行時間センサの最小検出範囲を示す差分値以下である、
請求項１から１０のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記ヒストグラムの範囲は、前記所望の最大検出範囲によって決定され、
ビンサイズは、前記送信パルス（ＥＰ）の前記パルス幅以下になるように構成される、
請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記送信パルス（ＥＰ）の前記パルス幅、後続トリガパルス間の時間間隔、及び／又は送信パルス（ＥＰ）の数が調整可能である、
請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
カバープレート（ＣＰ）の後ろに配置された飛行時間センサを含む飛行時間システムであって、
前記飛行時間センサは、
制御信号（ＣＳ１）の各トリガパルスに応じて複数の光の送信パルス（ＥＰ）を放射するように構成された光源（ＯＥ）と、
複数の光の受信パルス（ＲＰ）を検出するように構成された検出器（ＭＤ）と、
前記複数の送信パルス（ＥＰ）の１つと前記複数の受信パルス（ＲＰ）の１つとの間の期間を示す各差分値を決定するように構成された測定ブロック（ＭＢ）と、
前記複数の差分値をヒストグラムの幾つかのビン（１，．．．，Ｎ）内に蓄積するように構成されたヒストグラムブロック（ＨＩＳＴ）と、
前記ヒストグラムの評価に基づいて飛行時間を示す出力信号（ＯＳ）を生成し、
少なくとも１つのクロストーク応答を所定範囲のビン（１，．．．，Ｍ）内の前記ヒストグラムに記録し、
前記記録されたクロストーク応答を用いて前記ヒストグラムを較正し、
前記較正されたヒストグラムの評価に基づいて飛行時間を示す出力信号（ＯＳ）を生成する、
ように構成された処理回路（ＰＲＣ）と、
一連のトリガパルスにより前記制御信号（ＣＳ１）を生成するように構成された制御ユニット（ＣＴＲＬ）と、
を備えた飛行時間システム。
【請求項１５】
前記飛行時間システムは、モバイル装置及び／又はデジタルカメラのオートフォーカスシステムに埋め込まれ、
前記飛行時間センサは、近接センサ及び／又は測距装置である、
請求項１４に記載の飛行時間システム。
【請求項１６】
前記飛行時間センサは、前記一連のトリガパルスに応じて前記光源（ＥＭ）を駆動するドライバ（ＤＲＶ）を備え、
前記ドライバ（ＤＲＶ）は、前記送信パルスのパルス幅が狭くなるように前記光源を駆動するように配置され、
前記送信パルスの狭いパルス幅は、前記複数の送信パルス（ＥＰ）の１つと前記カバープレート（ＣＰ）で反射された前記複数の受信パルス（ＲＰ，ＲＰ’）の１つの間の期間を示す差分値以下である、
請求項１５に記載の飛行時間システム。
【請求項１７】
カバープレート（ＣＰ）の後ろに配置された飛行時間センサを有する飛行時間システムを較正する方法であって、
前記方法は、
制御信号（ＣＳ１）の各トリガパルスに応じて複数の光の送信パルス（ＥＰ）を放射するステップと、
複数の光の受信パルス（ＲＰ，ＲＰ’）を検出するステップと、
前記複数の送信パルス（ＥＰ）の１つと前記複数の受信パルス（ＲＰ，ＲＰ’）の１つとの間の期間を示す各差分値を決定するステップと、
前記複数の差分値を少なくとも１つのヒストグラムの幾つかのビン（１，．．．，Ｎ）に蓄積するステップと、
少なくとも１つのクロストーク応答（ＣＴＰ）を、所定範囲のビン（１，．．．，Ｍ）内の前記ヒストグラムに記録するステップと、
前記記録されたクロストーク応答（ＣＴＰ）を用いて前記ヒストグラムを較正するステップと、
前記較正されたヒストグラムの評価に基づいて飛行時間を示す出力信号（ＯＳ）を生成するステップと、
を含み、
複数の送信パルス（ＥＰ）を放射するステップと、複数の受信パルス（ＲＰ）を検出するステップと、各差分値を決定するステップは、繰り返されることで、一連のヒストグラムが差分値と共に蓄積され、且つ／又は各クロストーク応答が平均化されクロストーク応答として記録され、
前記方法は、
前記一連のヒストグラム内の１以上の更なるピーク（ＰＫ１）を決定するステップと、
前記一連のヒストグラム全体にわたる少なくとも前記更なるピーク（ＰＫ１）を監視するステップと、
をさらに含み、
前記監視されたピーク（ＰＫ１）の１以上が前記所定範囲のビン（１，．．．，Ｍ）に移動する場合に、前記一連のヒストグラムのうちの前記ヒストグラムの１つ以上が較正される、方法。
【請求項１８】
前記較正値は、前記所定範囲のビン内に移動した前記監視ピーク（ＰＫ１）から決定され、
前記較正値は、前記クロストーク応答（ＣＴＰ）と、前記所定範囲のビンに移動した前記監視ピーク（ＰＫ１）との比較から決定され、且つ／又は、
前記較正値は、前記クロストーク応答（ＣＴＰ）と、前記所定範囲のビン内に移動した前記監視ピーク（ＰＫ１）との両方を含んだ組み合わせクロストーク応答から決定される、
請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、飛行時間システムの較正の分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
飛行時間センサは、例えば、近接検出、デジタルカメラのオートフォーカス方式の支援、マルチゾーンオートフォーカス、ジェスチャ検出又は３Ｄカメラ用途を含む距離測定に関連した多くの用途を有する。飛行時間（ＴｏＦ）は、電磁放射のパルスを放射し対象物からの反射を検出することより決定されうる。この技術は、複数期間にわたる複数のパルスを利用してより多くのデータを収集して信号対雑音比を改善できる。反射は、センサと対象物との距離を示す時間遅延と共に検出される。時間遅延（又は、以下では飛行時間ｔＤ）は、次のように計算されうる。
【０００３】
ｔD=２Ｄ／ｃ,
【０００４】
ここで、Ｄはセンサと対象物間の距離、ｃは空気中の光の速度を示す。
【０００５】
この技術の難しい態様の１つは、光学的クロストークに関連する。カバーの後ろにある飛行時間センサの実装は、モバイル装置又はカメラのガラス上の汚れなどのカバー上の汚染物によって性能が損なわれることが多い。これは、多くの場合、歪みや精度低下の原因となる。
【０００６】
典型的な実施態様では、電磁放射のパルスを放射するための放射源として、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）などのレーザダイオード又は面放射源が使用される。パルス幅は広く、反射パルスは大きい距離を有効範囲とする。前述したように、対象物までの距離は、リターンパルスの遅延から決定される。しかしながら、放射パルスと反射パルスは両方とも、カバーを通り、カバー表面の汚染物による影響を受けうる。例えば、カバー上に汚れがあるとき、この汚れは、より多くの光をより早期に反射しうる。幾つかのＴｏＦ方法は、距離を平均し、平均距離測定値を提供する。次に、汚染物は、センサのきわめて近くの対象物として現われ、測定値が短い距離に偏ることになりうる。したがって、測定値は、実際の距離より短い距離を示す。
【０００７】
そのようなシステムでは、カバーによるクロストークをなくすために複雑な較正が必要になりうる。更に、付加的なシステムクロストークは、補償できるようにきわめて低くなければならない。この較正は、複雑さを高めるシステム製造プロセス全体における追加ステップである。しかしながら、初期較正の後、付加的クロストークが導入されたことを知るのは難しいか不可能でさえある。したがって、システムを動的に較正してこの付加的クロストークを調整する方法はない。過度のクロストークが存在するかどうかを決定する方法が紹介されてきたが、動作中の付加的クロストークの影響を除去する概念はない。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
したがって、本目的は、飛行時間システムのための改善された概念を提供し、あまり複雑でなくかつ改善された精度を可能にする飛行時間システムを較正する方法を提供することである。
【０００９】
この目的は、独立クレームの内容によって解決される。従属クレームの内容は、更なる実施態様と実施形態である。
【００１０】
いずれかの実施形態に関連して後述される特徴は、単独で使用されてもよく、後述される他の特徴との組み合わせで使用されてもよく、また、代替として明示されない限り、実施形態のいずれか他の実施形態の１つ以上の特徴との組み合わせ、又は、実施形態のいずれか他の実施形態との任意の組み合わせで使用されうることを理解されたい。更に、後述されない等価物及び修正は、また、添付の特許請求の範囲で定義されたような飛行時間システム及び飛行時間システムの較正方法の範囲から逸脱することなく使用されうる。
【００１１】
改善された概念は、例えばモバイル装置又はデジタルカメラに埋め込まれたカバープレートの後ろに配置された飛行時間（ＴｏＦ）システムに関する。前記ＴｏＦシステムは、飛行時間センサに基づく。そのようなＴｏＦセンサは、送信パルスが外部標的から反射され、前記ＴｏＦセンサに再び達するのにかかる時間を測定するように構成される。前記センサは、信号対雑音比を改善するために、複数の時間期間にわたる複数の送信パルスを利用してより多くのデータを収集できる。前記データは、送信パルスの放射と反射パルスの検出の間の時間期間を表す差分値を含む。これらの値は、１つ以上のヒストグラムに収集され、次に処理されて飛行時間値が決定され、距離が導出される。
【００１２】
前記改善された概念の一態様は、前記ＴｏＦセンサの上に前記カバープレートを含むヒストグラム内の対象の複数の対象物の検出を可能にする送信パルスの狭いパルス幅を使用することである。前記狭いパルスは、対象の外部対象物からの反射を検出できる前にカバープレートからの反射が終わりうることを意味する。例えば、５００ピコ秒の送信パルスの場合、前記パルス幅は、約７５ｍｍの距離にあり、対象の最も近い対象物が、多くのカメラシステムに典型的な２００ｍｍを超える位置にある場合、前記カバープレートからの反射は、前記対象物からの反射と干渉しない可能性がある。
【００１３】
近接検出などの他の場合には、例えば、較正値又はクロストーク応答を前記ＴｏＦセンサの出力信号から減算することによって、前記カバープレートからのクロストークを較正できる。しかしながら、これは、例えば対象物が近いか距離ゼロにあるときに、接近イベントを決定する能力に影響を及ぼしうる。更に、前記改善された概念は、前記ＴｏＦセンサの前記出力信号を動的に調整する手段を提供する。動的調整が利点を有する１つの例は、前記カバープレートが前記環境にさらされる状況を含む。例えば、携帯電話又はカメラにおいて、前記カバープレートが、ユーザの手又は顔と接する可能性があり、それにより、前記センサの上の前記プレート上に汚れ、指紋、化粧などが蓄積しうる。これは、クロストークを増大させうる半透明被覆として前記センサに現われうる。以前のシステムでは、半透明被覆は、距離測定の精度を低下させる。しかしながら、前記改善された概念は、半透明被覆の影響をなくし、高精度を維持しながらクロストークを減少させる手段を提供する。
【００１４】
少なくとも１つの実施形態では、前記飛行時間システムは、カバープレートの後ろに配置された飛行時間センサを有する。前記カバープレートは、ガラス又はプラスチックなどの他の透明材料でよい。
【００１５】
前記飛行時間システムを較正する方法は、制御信号のそれぞれのトリガパルスに応じて光の複数の送信パルスを放射することを伴う。次に、例えば、外部対象物における反射や前記カバープレートの反射によって、光の受信パルスが検出される。前記送信パルスの１つと前記受信パルスの１つの間の時間期間を表すそれぞれの差分値が決定される。前記差分値は、少なくとも１つのヒストグラムの幾つかのビンに蓄積される。
【００１６】
前記ヒストグラムに、少なくとも１つのクロストーク応答が記録される。前記クロストーク応答は、所定範囲のビン内に存在する。次に、前記ヒストグラムが、前記記録されたクロストーク応答を用いて較正される。最後に、前記飛行時間を示す出力信号が生成され、前記較正されたヒストグラムの評価に基づく飛行時間を示す。
【００１７】
前記ヒストグラム内の記録されたクロストーク応答によって、例えばクロストークピークを識別することによって、前記システムは、前記カバープレートと、更には前記カバープレート上の汚れなどの半透明被覆からのクロストークの影響を減少させるか更にはなくし、前記ＴｏＦシステムが、外部対象物までの距離を、半透明被覆が存在するときでも、汚染物による影響をほとんど受けない精度で測定することを可能にする。前記システムは、汚染物が存在する環境でも頑強である。前記システムは、前記距離の正確な測定値である前記ＴＯＦセンサからの結果に依存できる。更に、例えば初期製造工程で前記ＴｏＦシステムを較正する方が単純である。
【００１８】
前記クロストークは、距離ゼロ（又は、極めて小さい距離）にありうる前記飛行時間センサの上の前記カバープレートから生じると想定される。したがって、送信パルスは、すぐに前記飛行時間センサに反射されうる。ヒストグラムビンサイズが、前記送信パルスのパルス幅と同じで、前記パルスが方形パルスである場合、前記カバープレートでの反射による前記受信パルスは、主に、前記所定範囲のビン、例えば前記ヒストグラムの最初又は１組の最初のビンに入りうる。ほとんどの用途で、前記クロストーク応答は、前記最初の少数のビンに入りうる。前記パルス幅が狭く前記ヒストグラムの幅が広いほど、前記カバープレートでの反射による受信パルスは、前記ヒストグラムの後のビンに影響を与える可能性が低くなる。
【００１９】
少なくとも１つの実施形態で、前記ヒストグラムは、前記クロストーク応答を無視することによって較正される。前記出力信号は、前記所定範囲のビン以外のビン又は一連のビンにある前記ヒストグラム内のピークの飛行時間を示す。例えば、前記飛行時間システムは、デジタルカメラのオートフォーカスシステムに使用されうる。カメラレンズは、前記レンズの光学設計で既知の最短焦点長を有する。所定の焦点長が、前記ヒストグラム内のビン位置を決定する。前記クロストーク応答が、評価中に無視できるよりも小さいビン位置に記録された場合、前記オートフォーカスを支援する飛行時間の決定に影響を及ぼさないことがある。
【００２０】
少なくとも１つの実施形態において、前記ヒストグラムは、前記所定範囲のビンより高いビン又はそれ以外のビン番号だけのヒストグラムを評価することによって較正される。例えば、前記カバープレートでの反射から生じる前記クロストークビンは、前記飛行時間システムが決定できる最も近い距離を決定できる。したがって、対象となる任意の対象物は、典型的に、より大きい距離にあり、その差分値は、前記決定されたクロストーク応答と比較したときにより高いビンだけに蓄積されうる。
【００２１】
少なくとも１つの実施形態において、前記ヒストグラムは、前記ヒストグラムから前記クロストーク応答を減算することによって較正される。前記クロストーク応答に倍率を掛けることができる。前記倍率は、任意の数（例えば、１を含む）でよい。例えば、近接検出などの用途で、対象となる距離は、前記カバープレートまで距離ゼロを含みうる。次に、クロストークの量（例えば、前記所定範囲のビン内の前記クロストーク応答によって表された）を記録して、後でヒストグラムから減算して前記対象の出力信号だけを明らかにできる。単一ヒストグラム内のそれぞれのクロストーク応答は、平均化され、共通クロストーク応答として記録されうる。
【００２２】
少なくとも１つの実施形態において、複数の送信パルスの前記放射、受信パルスの前記検出及びそれぞれの差分値の前記決定が繰り返されて、一連のヒストグラムが差分値と共に蓄積される。例えば、前記複数の送信パルスの前記放射は、数個のパルスから千個又は更には何百万個の送信パルスまで繰り返されうる。受信パルスを検出し差分値を決定する後続ステップが、類似又は同じ方法で繰り返されうる。更に、所定のヒストグラムの蓄積は、前述のステップを、数個のパルスから何千個又は更に何百万個の送信パルスまで繰り返すことを必要としうる。各ヒストグラム又は一連のヒストグラムの繰り返しの実際の数は、用途、例えば所望の信号対雑音比によって決定される。
【００２３】
少なくとも１つの実施形態において、前記一連のヒストグラム、即ち前記ヒストグラムのそれぞれ又は幾つかで、１つ以上の更なるピークが決定される。前記決定された更なるピークは、前記一連のヒストグラム内で監視される。最終的に、前記監視されたピークの１つ以上が前記所定範囲のビンに入る場合に、前記一連のヒストグラムのうちのヒストグラムの１つ以上が較正される。
【００２４】
前記更なるピークを監視する１つの方法は、それぞれの差分値を決定しメモリに記録することである。このように、前記クロストーク応答から更なるピークが識別されうる。例えば、更なるピークは、近接センサ用途で外部対象物の距離を示しうる。そのような用途では、距離ゼロ、即ち外部対象物がカバープレートに接していることを検出できることが望ましいことがある。この場合、前記対象物が前記カバープレートに近づくとき、前記クロストーク応答と距離ゼロを示す前記更なるピークが区別できないか重なることがある。次に、前記監視は、この状態を決定する方法を提供する。
【００２５】
少なくとも１つの実施形態において、前記一連のヒストグラムが、繰り返されて、前記ヒストグラム蓄積が繰り返され、中間結果が、外部対象物の動きを記録するのに十分に早い速度で記憶される。
【００２６】
少なくとも１つの実施形態では、事前較正モードで、前記飛行時間システムの始動時に較正値が決定される。前記事前較正モードは、定義された較正条件を含む。１つのそのような条件は、前記カバープレート（ＣＰ）以外の対象物がない状態で定義されうる。このように、前記ヒストグラム内の任意の応答は、例えばカバープレートでの反射だけによる。別の条件は、クロストークと対象物寄与の識別を可能にする前記センサまでの定義距離に配置された外部対象物を含みうる。追加又は代替として、前記始動は、前記飛行時間システムが埋め込まれた装置の製造の初期始動又は始動でよい。前記較正値が、前記クロストーク応答及び／又は前記更なるピークを監視することによって動的に調整される。
【００２７】
例えば接近用途のために前記事前較正モードを実現する１つの方法は、前記クロストークヒストグラムが収集され平均化される初期ベースライン較正を有することになる。このベースラインは、ショットノイズを考慮するために倍率によって調整され、前記カバープレートでの反射による前記クロストークを減少又は除去するために、通常動作モード中に記録された将来のヒストグラムから減算されうる。前記ＴｏＦセンサに対する接近又は近い距離は、典型的には、前記ヒストグラム内でピークとして明らかである。そのようなピークは、前記クロストーク応答及びクロストーク影響を前記ヒストグラムから少なくとも減少又は除去できるようにより高くなければならない。
【００２８】
少なくとも１つの実施形態において、前記較正値が、前記所定範囲のビン内に入った前記監視ピークから決定される。この場合、前記監視されたピークは、前記較正ピークを定義する。追加又は代替として、前記較正値が、前記クロストーク応答と、前記所定範囲のビンに入った前記監視ピークとの比較から決定される。追加又は代替として、前記較正値が、前記クロストーク応答と、前記所定範囲のビン内に入った前記監視ピークとの両方を含む組み合わせクロストーク応答から決定される。
【００２９】
例えば、前記カバープレート上に付着した汚れやほこりなどの汚染物は、近づき遠ざかる対象物に関連した更なるピークを監視することによって考慮されうる。前記対象物が前記標的から離れるときに前記クロストーク応答が増大又は減少した場合、汚染物（例えば、汚れ又はほこり）によって生じた付加的クロストークの追加又は減算を考慮するために前記較正値を動的に変更するフィルタが適用されうる。
【００３０】
少なくとも１つの実施形態において、前記較正値が、時間平均フィルタを使用して前記組み合わせクロストーク応答から決定される。前記時間平均フィルタは、緩速アタック（slowattack）、即ち前記組み合わせクロストーク応答の信号振幅が増大するときの遅い時間平均を有する。前記時間平均フィルタは、前記組み合わせクロストーク応答の前記信号振幅が減少するときの高速平均である高速減衰（fastdecay）を有する。
【００３１】
少なくとも１つの実施形態において、前記制御信号が、一連のトリガパルスによって生成される。後続トリガパルス間の時間期間は、前記飛行時間センサの所望の最大検出範囲によって決定される。例えば、前記時間期間は、サンプルレートに対応する。前記飛行時間システムは、前記トリガパルスによって決定された期間内の反射パルスだけを識別しうる。より大きい距離からの反射は、前記ヒストグラム又は前記出力信号内の追加のクロストーク又はエイリアシングをもたらしうる。
【００３２】
少なくとも１つの実施形態において、前記送信パルスのパルス幅は、前記飛行時間センサの最小検出範囲を表す差分値以下である。例えば、前記送信パルスの前記パルス幅は、前記時間期間の１／１０又は１／１２０など、後続トリガパルス間の時間期間の１／３以下でよい。前記パルス幅は、１０ナノ秒、１ナノ秒、５００ピコ秒、２５０ピコ秒又は１００ピコ秒以下でよい。
【００３３】
「狭いパルス」は、前述の時間期間又はサンプル期間よりはるかに小さいパルス幅を有するパルスと見なされうる。これにより、前記クロストークが前記所定範囲のビン、例えば前記ヒストグラムの最初の少数のビンに入ることが可能になる。これは、例えば、前記サンプル期間の４分の１からはるかに小さいビンサイズまでのどこでもよい。前記４分の１の例では、前記クロストークが全て第１のビンに入った場合、第２、第３及び第４のビンのヒストグラムの評価は、前記ガラス上の追加の汚れによる影響を受けない。もっと小さいパルス幅でも同様である。前記対象の距離が、前記所定範囲のビン（例えば、前記ヒストグラムの最初の少数のビン）外にある場は、それらのビンが、飛行時間を決定する際に無視され、より高いビンだけが距離を決定するために使用される。
【００３４】
少なくとも１つの実施形態において、一連のヒストグラムが、前記所望の最大検出範囲によって決定される。前記ヒストグラムのビンサイズは、前記送信パルスの前記パルス幅以下になるように構成される。例えば、５００ピコ秒のパルス幅の場合、前記ビンサイズは、１ナノ秒、５ナノ秒又は１ナノ秒幅でよい。
【００３５】
前記ヒストグラムは、幾つかのビンからなる。各ビンのサイズは、十分な解像度を提供する、例えば検出される実際の対象物に関連したピークなどの他の寄与から前記クロストーク応答を識別するために、前記パルス幅以下でなければならない。先行技術のパルス式間接飛行時間システムにおいて、前記ＶＣＳＥＬパルスがサンプル期間の半分を占め、前記受け取った光は２つの時間期間に収集される。これは、ヒストグラム内に２つのビンしかない直接飛行時間システムと同じである。ヒストグラムベースシステムの１つの利点は、前記パルス幅の複数期間の情報が収集される限り、送信パルスの前記パルス幅が前記サンプル期間の半分未満でありうることである。時間デジタル変換器（ＴＤＣ）を使用して、前記差分値が少なくともパルス幅と同じくらい高速でなければならないことを決定できる。
【００３６】
少なくとも１つの実施形態において、前記送信パルスのパルス幅、後続トリガパルス間の時間期間、及び／又は送信パルスの数が、調整可能又はプログラム可能となる。
【００３７】
少なくとも１つの実施形態において、飛行時間システムが、前記カバープレートの後ろに配置された飛行時間センサを有する。前記飛行時間センサは、制御信号のそれぞれのトリガパルスに応じて光の複数の送信パルスを放射するように構成された光源を含む。前記検出器は、光の受信パルスを検出するように構成される。前記送信パルスの１つと前記受信パルスの１つの間の時間期間を表すそれぞれの差分値を決定するように測定ブロックが構成される。
【００３８】
前記差分値をヒストグラムの幾つかのビン内に蓄積するようにヒストグラムブロックが構成される。更に、前記処理回路は、所定範囲のビン内のヒストグラムに少なくとも１つのクロストーク応答を記録するように構成される。更に、前記処理回路は、前記記録されたクロストーク応答を使用して前記ヒストグラムを較正し、前記較正されたヒストグラムの評価に基づく飛行時間を示す出力信号を生成するように構成される。最後に、一連のトリガパルスによって前記制御信号を生成するために制御ユニットが構成される。
【００３９】
少なくとも１つの実施形態において、前記飛行時間システムが、モバイル装置及び／又はデジタルカメラのオートフォーカスシステムに埋め込まれる。前記飛行時間センサは、近接センサ及び／又は測距装置である。
【００４０】
少なくとも１つの実施形態において、前記飛行時間センサが、前記一連のトリガパルスに依存して前記光源を駆動するように構成されたドライバを含む。前記ドライバは、前記光源を駆動して、前記送信パルスのパルス幅の時間が狭くなるように構成される。前記送信パルスの狭パルス幅は、前記送信パルスの１つと前記カバープレートで反射された前記受信パルスの１つの間の時間期間を表す差分値以下である。例えば、前記送信パルスのパルス幅は、前記時間期間の１／１０又は１／１２０など、後続トリガパルス間の時間期間の１／３以下でよい。前記パルス幅は、１０ナノ秒、１ナノ秒、５００ピコ秒、２５０ピコ秒又は１００ピコ秒以下でよい。
【００４１】
前記飛行時間システムの更なる実施態様は、前記方法の様々な実施態様及び実施形態から容易に得られ、その逆も可能である。
【００４２】
前記改善された概念の更なる態様は、以下の態様に関連する。
【００４３】
少なくとも１つの実施形態において、前記光源は、ＶＣＳＥＬなどのレーザダイオード又は面発光レーザダイオードを含む。
【００４４】
少なくとも１つの実施形態において、前記ドライバは、ＶＣＳＥＬなどのレーザダイオード又は面発光レーザダイオードのためのドライバ回路を含む。前記ドライバは、前記レーザダイオード又は面発光レーザダイオードを駆動してピコ秒範囲の送信パルスを放射するように構成される。
【００４５】
少なくとも１つの実施形態において、前記検出器が、単一光子アバランシェダイオード、ＳＰＡＤ又はＳＰＡＤアレイなどの光子センサを含む。
【００４６】
少なくとも１つの実施形態において、前記測定ブロックは、デジタル変換器（ＴＤＣ）を含み、例えば更に１つ以上のリング発振器を含む。前記時間デジタル変換器又は幾つかの時間デジタル変換器は、１つ以上のヒストグラム内の前記差分値を決定するように構成される。
【００４７】
少なくとも１つの実施形態において、前記処理回路は、マイクロプロセッサ又はＣＰＵを含む。前記処理回路は、前記飛行時間システムが埋め込まれたモバイル装置やデジタルカメラなどの大型装置の一部でよい。
【００４８】
少なくとも１つの実施形態において、前記送信パルスのパルス幅が、前記ヒストグラム内の最も低いビンの数によって決定された最小距離より狭い。
【００４９】
少なくとも１つの実施形態において、最初の最も低いビンの数がメモリに記録される。
【００５０】
少なくとも１つの実施形態において、また、前記記録された最初のビン、即ちその対応する差分値も前記ヒストグラムから外されて、前記第１のビン内にある対象物までの対応する距離、例えば距離ゼロが決定される。
【００５１】
少なくとも１つの実施形態において、変更されたクロストークが、前記カバープレート上の汚染物を示すために報告される。
【００５２】
ヒストグラムと結合された短いＶＣＳＥＬパルスを使用することによって、前記システムは、前記カバー上の汚れなどの汚染物の影響を減少させ、半透明被覆があるときでも前記ＴｏＦセンサが正確な距離を測定することを可能にできる。これを達成するために、前記ヒストグラムの最初のビンを無視することと、前記ヒストグラムのクロストーク応答を示す初期ピークを記録することと、次に進行中の値からそれぞれの差分値を減算することを含む幾つかの方法がある。更に、較正は、半透明被覆の前記カバープレートへの追加又は除去を動的に補償することを含みうる。２つの対象物などの更なるピークが報告される場合、前記方法は、１つのピークがクロストークによるものか、別のピークが外部対象物（例えば、移動する外部対象物）によるものかを決定できる。
【００５３】
以下では、改善された概念が、図面の参照による典型的な実施態様の支援により詳細に説明される。機能的に同一であるか又は同一効果を有する構成要素は、同一基準によって示されうる。同一構成要素及び／又は同一効果を有する構成要素は、それらの構成要素が最初に現れる図に関してのみ記述されることがあり、説明は、後の図で必ずしも繰り返されない。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】改善された概念によるカバーの後ろの飛行時間センサの例示的実施形態を示す図である。
【図２】改善された概念による飛行時間センサの例示的実施形態を示す図である。
【図３】改善された概念による飛行時間センサの別の例示的実施形態を示す図である。
【図４Ａ】単一対象物の測定プロセスの概略例を示す図である。
【図４Ｂ】単一対象物の測定プロセスの概略ヒストグラムを示す図である。
【図５Ａ】対象物とカバーの測定プロセスの概略例を示す図である。
【図５Ｂ】対象物とカバーの測定プロセスの概略ヒストグラムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００５５】
図１は、改善された概念によるカバーの後ろの飛行時間センサの例示的実施形態を示す。詳細には、図１は、光センサモジュールとして、例えば飛行時間システムの一部として実現された飛行時間センサの側面図を示す。モジュールは、支持体ＣＡと、その支持体上に配置された不透明ハウジングとを有する。ハウジングは、ハウジングを第１及び第２の小室Ｃ１，Ｃ２に分割する光バリアＬＢを含む。第１及び第２の小室Ｃ１，Ｃ２は、更に、ハウジング内に配置されたフレーム体ＦＢによって横方向に制限される。カバー部分ＣＳは、支持体ＣＡの反対側に配置され、それにより小室Ｃ１，Ｃ２を覆う。カバー部分ＣＳは、本質的に支持体ＣＡの主面に平行な主面ＭＳを有する。
【００５６】
カバー部分ＣＳ、フレーム体ＦＢ及び光バリアＬＢは、例えばモールド材料などの連続材料片によって製造されうる。支持体ＣＡは、光センサモジュールに組み込まれた電子部品に対する機械的支持と電気的接続を提供する。例えば、支持体ＣＡは、プリント回路基板（ＰＣＢ）を含む。しかしながら、他の実施形態（図示せず）では、支持体ＣＡは、ハウジングの一部、例えば前述した連続材料片の一部（例えば、モールド材料）でもよく、電子部品は、ハウジングに埋め込まれる。
【００５７】
第１の小室Ｃ１内に光源ＯＥが配置される。この特定の実施形態では、光源ＯＥは、支持体ＣＡ（例えば、ＰＣＢ）上に配置され、支持体ＣＡに電気的に接続される。光源ＯＥは、ＶＣＳＥＬやＶＥＣＳＥＬなどのレーザダイオードである。これらのタイプのレーザは、例えば、電磁スペクトルの赤外線部分の光を放射するように構成されうる。
【００５８】
主検出器ＭＤと基準検出器ＲＤが、ＣＭＯＳプロセスで製造された単一半導体集積回路などの単一検出器ダイに組み込まれる。検出器は、光バリアＬＢによって光学的かつ空間的に分離され、その結果、主検出器ＭＤは、第２の小室Ｃ２内に配置され、基準検出器ＲＤは、光源ＯＥと共に第１の小室Ｃ１内に配置される。検出器ＭＤ，ＲＤは、単一ＳＰＡＤ又はＳＰＡＤアレイとして実現されうる。これらはそれぞれ、光基準信号の測定と測定信号（下を参照）の測定に使用される。
【００５９】
第１及び第２の開口Ａ１，Ａ２が、カバー部分ＣＳ内に配置される。第１及び第２の開口Ａ１，Ａ２はそれぞれ、光源ＯＥと主検出器ＭＤの上に位置決めされる。実際には、開口Ａ１，Ａ２はそれぞれ、光源ＯＥの放射円錐内及び主検出器ＭＤの視界内にある。ここで、放射円錐は、少なくとも理論上、例えば光センサモジュール内の固定された光源位置と向きに関して、光源ＯＥによって照明されうる空間内の全ての点を含む。同様に、主検出器ＭＤの視界は、少なくとも理論上、例えば光センサモジュール内の固定された検出器位置と向きに関して、外部標的ＴＧで反射された後の光が主検出器ＭＤを通りうる空間内の全ての点を含む。
【００６０】
必要に応じて、第１及び第２の開口Ａ１，Ａ２内に第１及び第２のレンズ（図示せず）がそれぞれ配置されうる。レンズは、球形や円筒形などの光学レンズ形状を有する。レンズは、凹及び／又は凸レンズ（又は、これらの組み合わせ）として働き、放射光又は反射光を標的ＴＧ及び／又は主検出器ＭＤ上に収束しうる。更に、カバー部分ＣＳの主面ＭＳは、光モジュールをその環境から密閉するために、透明又は透光性カバー（図示せず）で覆われうる。レンズは、カバーの一体部分でもよくカバーに接続されてもよい。
【００６１】
光センサモジュールは、例えばガラス又はプラスチック材料で作成された光学的に透明又は半透明のカバープレートＣＰの後ろにある。カバープレートＣＰは、光センサモジュールが組み込まれる光モジュールの一部ではなく、もっと大きい装置（モバイル装置やカメラなど）の一部でもよい。カバープレートＣＰ、又は略してカバーは、カバー部分ＣＳの主面ＭＳからある距離に位置決めされ、これは、以下では空気ギャップと示される。
【００６２】
動作において、光源ＯＥが、赤外線または紫外線／可視光の放射波長又は放射スペクトルを有する光を放射する。多くの用途において、赤外線放射は、人間の視覚では見えないので好まれる。光源ＯＥの放射は、典型的には、変調され、例えば、放射は、正弦波や矩形波などの持続波によってパルス化又は変調される。実際の変調周波数は、例えばセンサが接近用途に使用されるかオートフォーカスを含む測距用途に使用されるかに依存し、飛行時間の範囲を決定する。
【００６３】
光源ＯＥは、放射光の少なくとも一部分が第１の開口Ａ１を介してモジュールから出るようにハウジング内に配置される。光のこの部分（示された測定部分）は、最終的に、少なくとも部分的に、外部対象物又は標的ＴＧによって反射される。主検出器ＭＤは、モジュール内に配置されて、反射光が第２の開口Ａ２によって第２の小室Ｃ２に入り、その結果、主検出器ＭＤによって検出されうる。主検出器ＭＤは、検出光に応じて測定信号を生成する。標的ＴＧを介して光源ＯＥを主検出器ＭＤに接続する光路は、測定経路Ｐ１を確立し、測定経路Ｐ１に沿って伝わる光は、測定光ビームを形成する。
【００６４】
しかしながら、別の測定経路Ｐ２（図面で矢印によって示された）は、カバーＣＰによって確立されうる。例えば、出射光の一部分が、カバーＣＰで反射され、空気ギャップに沿って導かれ、最終的に主検出器ＭＤに到達しうる。次に、主検出器ＭＤは、カバーＣＰで反射された光に応じて測定信号を生成しうる。測定経路Ｐ２に沿って伝わる光は、別の測定光ビームを形成する。
【００６５】
更に、基準経路Ｐ３が確立され、外部標的を介することなく光源ＯＥを基準検出器ＲＤに光学的に結ぶ。例えば、基準経路Ｐ３は、光源ＯＥと基準検出器ＲＤが両方とも同一小室内にあるように第１の小室Ｃ１内に留まる。しかしながら、主検出器ＭＤと基準検出器ＲＤが両方とも同一小室内又は互いに近くに配置されて、例えば基準経路ＲＰが第１と第２の小室の間に伸びる実施態様が可能である。
【００６６】
飛行時間測定のために、別の部分（以下では基準部分と示される）が基準経路Ｐ３に沿って伝わり、基準ビームの光を形成する。基準ビームの光は、少なくとも部分的に基準検出器ＲＤによって検出され、基準検出器ＲＤは、検出光に基づいて基準信号を生成する。
【００６７】
測定信号と基準信号は、測定経路Ｐ１の飛行時間特性の尺度であり、距離（モジュールと標的の間の）に変換されうる。しかしながら、カバーＣＰで反射されて測定経路Ｐ２となる光は、測定信号に寄与する。このクロストークは、後述されるような専用信号処理を受ける。
【００６８】
信号処理と飛行時間計算は、図２で検討されるように、主検出器ＭＤと基準検出器ＲＤを含む同一チップ上で行なわれる。必要な構成要素は、同一半導体ダイＳＤから作成された集積回路ＩＣに一体化され、主検出器ＭＤと基準検出器ＲＤを含む。
【００６９】
図２は、改善された概念による飛行時間センサの例示的実施形態を示す。飛行時間センサ機構は、例えば図１に検討された光センサモジュールとして実現される。集積回路ＩＣは、光源ＯＥを駆動するドライバＤＲＶを含む。しかしながら、典型的には、光源ＯＥは、半導体ダイに電気的に接続されるが組み込まれないことがある外部構成要素を構成する。この実施形態では、ドライバＤＲＶだけが集積回路ＩＣに組み込まれ、光源ＯＥは、モジュールの支持体ＣＡ上に配置されたＶＣＳＥＬレーザダイオードである。
【００７０】
集積回路ＩＣは、更に、主検出器ＭＤと基準検出器ＲＤを含む。主検出器ＭＤの出力は、測定ブロックＭＢに結合される。集積回路ＩＣは、更に、測定ブロックＭＢと処理回路ＰＲＣに結合されたヒストグラムブロックＨＩＳＴを含む。制御ユニットＣＴＲＬは、処理回路ＰＲＣと測定ブロックＭＢに接続される。制御ユニットＣＴＲＬは、光源ＯＥを駆動するドライバＤＲＶに制御信号ＳＣ１を提供する。
【００７１】
図２は、更に、必須でないビームスプリッタＢＳ（基準経路ＲＰの一部分でありうる）、第１のレンズＬ１及び第２のレンズＬ２、並びに必須でないフィルタＦを示し、これらは、集積回路ＩＣに組み込まれないが光モジュールに含まれる構成要素である。図面は、また、モジュール外にある外部標的ＴＧを示す。
【００７２】
例えば、ドライバＤＲＶは、制御信号ＣＳ１に応じて光源ＯＥを駆動するように構成される。次に、光源ＯＥは、制御信号のそれぞれのトリガパルスに応じて電磁放射の検出パルス列を放射する。典型的には、光源ＯＥは、制御信号ＣＳ１内のトリガパルスごとに１つの送信パルスを放射する。電磁放射は、スペクトルの可視光、赤外線又は紫外線部分からの波長を有する。
【００７３】
送信パルスは、第１の開口Ａ１内を通され、測定経路Ｐ１，Ｐ２に沿って伝わる（以後、放射パルスＥＰと示す）。反射パルスは、反射パルスＲＰ，ＲＰ’と示される。最終的に、反射パルスは、測定検出器ＭＤによって検出される。第１の小室Ｃ１内の反射によって、又はビームスプリッタＢＳによって、送信パルスの一部分が、送信パルス（それぞれ放射パルスＥＰ）の放射の時刻を光学的に示す開始パルスＳＰとして基準検出器ＲＤに結合され導かれる。開始パルスＳＰを検出すると、基準検出器ＲＤは、パルスを放射してから受け取るまでの時間期間の測定を開始するための開始信号を測定ブロックＭＢに提供する。従って、検出器ＭＤは、受信パルスの検出時に測定ブロックＭＢに停止信号を提供する。測定ブロックＭＢは、送信パルスと受信パルスの間の時間期間を表すそれぞれの差分値を決定する。
【００７４】
開始信号と停止信号の使用が、前記時間期間を決定するために可能な幾つかの選択肢の１つに過ぎないことは当業者には明らかなはずである。例えば、開始は、例えば制御信号ＣＳ１のそれぞれのトリガパルスによってもトリガされうる。
【００７５】
測定ブロックは、以前に決定された差分値を、ヒストグラムに値を蓄積するためのヒストグラムブロックＨＩＳＴに提供する。処理回路ＰＲＣは、ヒストグラムの評価に基づいて飛行時間を示す出力信号ＯＳを生成するように構成される。制御ユニットＣＴＲＬは、一連のトリガパルスによって制御信号ＣＳ１を生成するように構成される。この一連のトリガパルスは、最初のトリガパルスと複数の後続トリガパルスとを含む。制御信号ＣＳ１は、後続トリガパルスのそれぞれで、それぞれの先行トリガパルス間の時間期間が同じになるように生成される。しかしながら、前記時間期間は、エイリアシング効果を低減するために、このトリガパルスとそれぞれの連続トリガパルスの間の更なる時間期間とは異なってもよい。
【００７６】
図３は、単一対象物の測定プロセスの概略例を示す。測定プロセスは、飛行時間値とそれに関連した距離の決定を可能にする。この例で、ＴｏＦセンサは、カメラと、この例では人によって表された外部対象物ＴＧとの距離を測定するためにカメラに組み込まれうる。従って、光の送信パルスは、パルスＥＰとして放射され、対象物ＴＧで反射され、受信パルスＲＰとしてＴｏＦセンサに戻される。飛行時間センサを含むカメラと対象物との間の距離は、パルスＥＰ，ＲＰの飛行時間に基づいて決定されうる。これは、図４Ｂで考察されたようなヒストグラムの評価により達成されうる。
【００７７】
図４Ａは、一連の５つの送信パルスＥＰ１〜ＥＰ５と、対象物ＴＧから反射された関連反射パルスＲＰ１及びＲＰ２と、ノイズ又は背景光の光子から生じる付加的反射パルスＲＰ３とを有する信号タイムチャートを示す。更に、全ての間隔が受信パルスを受け取りうるとは限らないことは明白である。
【００７８】
単なる例として、図４Ａに示されたパルスのパルス幅は、約５００ピコ秒以下であり、単一放射パルスとその反射パルスＲＰの飛行時間は６ナノ秒の一定値（パルスの光速ｃを使用して、０．９メートルのセンサ機構と対象物ＴＧとの間の距離に対応する）を有する。図１に戻って参照すると、これは、制御信号ＣＳ１内のそれぞれのトリガパルスによって達成される。
【００７９】
図４Ｂは、単一対象物の測定プロセスの概略ヒストグラムを示す。図２に示されたように、差分値は、測定ブロックＭＢで決定され、ヒストグラムブロックＨＩＳＴでヒストグラムのビンに蓄積される。従って、本例では、６ナノ秒の時間値を有する５つの受信パルスが、ヒストグラムの単一ビンに振り分けられるか蓄積される。ビンは、１〜Ｎの数で示され、典型的には同じビンサイズを有する。それぞれの同じ差分値が同じビンに振り分けられる。所定のビン内の異なる差分値の数が、オカレンスＯＣＣ又はイベント数として示される。
【００８０】
この例では、５００ピコ秒のパルス幅は、約７５ｍｍ又は約３インチの距離となる。ヒストグラムは、約４．８ｍの最大距離を表す６４のビンを有する。対象物は０．９ｍにある。周囲の光やノイズなどの背景ノイズは、一定の背景レベルとして現われる。そのようなシステムの利点の１つは、利用されたパルス幅とビンサイズによって決定できる距離だけ対象物が離されている限り複数の対象物を検出する能力である。任意の付加的な反射パルスとそれぞれの差分値が、別個のビンに振り分けられる。
【００８１】
次に処理回路ＰＲＣがヒストグラムを評価できる。それぞれのビン内のより高いカウント（例えば、平均レベル又は背景レベルより高い）によってピークが決定される。処理回路は、出力信号として、６ナノ秒に対応するビンの値を出力できる。この値が、時間値、計算された距離値、又はヒストグラムビンと関連付けられた時間値から導出できる他の値の形でよいことは明白である。
【００８２】
本例では、制御信号ＣＳ１のそれぞれのトリガパルスによってそれぞれトリガされた５つの送信パルスだけが使用される。しかしながら、これより多いか少ないトリガパルス（それぞれ送信パルス）も使用できる。典型的には、飛行時間システムにおいて、パルスは、場合によっては数百万パルスまで何度も繰り返される。パルスは、１つ以上のヒストグラムに蓄積されうる。例えば、ヒストグラムは、背景光子と標的対象物からの反射光子を記録する。更に、例えば距離測定の所望の最大距離を考慮するトリガパルス（それぞれ送信パルス）間のタイミングも適応される。従って、図４Ｂの図内の全ての数や値は、単に非限定的な例として解釈されるべきである。
【００８３】
図５Ａは、対象物とカバーの測定プロセスの概略例を示す。多くのシステムで、飛行時間センサは、モバイル装置又はカメラのガラスカバーなどのカバープレートのすぐ後ろになければならない。この場合、カバーは、光源と検出器の間のクロストークの発生源になりえる。汚れやほこりなどのカバー上のこの汚染物がある場合、これによりクロストークが更に増える可能性がある。
【００８４】
本図は、外部対象物ＴＧに向けて放射された送信パルスＥＰが測定経路Ｐ１に沿って伝わる様子を示す。更に、送信パルスＥＰは、カバープレートＣＰに向けて放射され、測定経路Ｐ２に沿って伝わる。反射パルスは、反射パルスＲＰ，ＲＰ’で示され、それぞれ標的ＴＧとカバープレートＣＰで反射される。更に、本図は、ヒストグラムのビン（点線で示され、１〜１２で番号付けされた）を示す。受信パルスＲＰ’（即ち、それぞれの差分値）は、ビン１に振り分けられ、カバープレートＣＰでの反射に対応する。別の受信パルスＲＰは、ビン９に振り分けられ、対象物ＴＧでの反射に対応する。
【００８５】
図５Ｂは、対象物とカバーの測定プロセスの概略的なヒストグラムを示す。受信パルスＲＰ’は、カバープレートＣＰでの反射によるある範囲の差分値を発生させる。この範囲は、クロストーク応答で示される。これは、ヒストグラムのビン１内のピークとして現れる。このピークは、以下でクロストークピークと示される。例えば、受信パルスＲＰは、標的対象物ＴＧでの反射による差分値を発生させる。このピークは、以下ではピークＰＫ１と示される。飛行時間システムを較正するために、クロストーク応答が、識別され、実際の対象物からの距離を表すピークＰＫ１から分離されなければならない。
【００８６】
ヒストグラム内の差分値の表現の１つの利点は、ピークの識別を容易にすることである。例えば、狭いパルス幅と小さいビンサイズを使用することによって、クロストーク応答をヒストグラムの最初又は２つのビンに入れることができる。一般に、飛行時間システムの設計と、詳細には飛行時間センサに対するカバープレートＣＰの距離が、カバープレートでの反射（及びそれぞれの差分値）が予想される所定範囲のビン１，．．．，Ｍを決定する。クロストーク応答の高さ（又はオカレンス）は、クロストークピークから得られ、その時間との変化は、クロストークの測定及びカバープレート上の汚染物として使用されうる。クロストークと汚染物は、以下で考察されるような様々な方法で検討されうる。方法は、一般に、実施態様と距離ゼロを測定する必要性の有無に依存する。距離ゼロにある実際の対象物から生じるピークは、クロストーク応答と重なることがあり、したがって、追加の方法ステップなしに互いから識別できないことがある。
【００８７】
最初に、クロストーク応答を表すビン又は一連のビンを無視することによって、クロストークをヒストグラムから除去できる。例えば、飛行時間システムがデジタルカメラに埋め込まれたとき、これを使用してオートフォーカスを支援できる。典型的な光学レンズは、基本的にシステムの最小距離を定義する最短合焦距離を有する。これより小さい距離を表すビン内に蓄積された全ての情報又は差分値は、最小距離より小さい距離を表すので無視されうる。換言すると、カメラオートフォーカスシステムは、最小焦点距離を有し、ゼロまでの距離を知る必要がない。１５０ｍｍの最小距離を有することによって、例えば、ヒストグラムの最初の２つのビンを無視できる。
【００８８】
次に、クロストーク応答によって定義された定常状態の量又はオカレンスも、所定範囲のビン内のビンから減算されうる。例えば、クロストーク応答は、ヒストグラムの最初の２つのビンから減算されうる。例えば、ヒストグラムからベースラインを確立し減算できる。
【００８９】
飛行時間システムの幾つかの実施態様では、飛行時間センサは、近接センサとして使用される。近接センサの場合、所定範囲のビンのうちのビンが、ヒストグラムの評価で考慮されうる差分値を記録できるように、ゼロまでの距離を検出することが重要でありうる。
【００９０】
１つの可能な方法は、事前較正で（製造時又は飛行時間システムの始動時に）クロストーク応答を検出し、例えばベースラインによって、ヒストグラムから事前較正したクロストーク応答を減算することを必要とする。この追加の較正及び減算は、ＣＰＵやマイクロコントローラなどの処理回路ＰＲＣを使用して実行されうる。そのような事前較正を行う能力は、所定範囲のビンのうちのビン（例えば、装置が最初に始動されたときは最初の２つのビン）の較正値を決定するために使用されうる。この較正値は、クロストークとして予想される最小値を表す。
【００９１】
接近用途に使用されうる別の実施態様は、対象物が飛行時間センサに近づくときに動的較正を提供する。例えば、一連のヒストグラムのうちの幾つかのヒストグラムを記録することによってピークＰＫ１を監視できる。ピークは移動でき、その動きが一連のヒストグラムによって検出されうる。最終的に、ピークは、所定範囲のビンと、距離ゼロに対応するビンに入る。そのような場合、ピークＰＫ１とクロストーク応答が判別できないことがある。事前較正で記録された較正値を使用して、カバーでの反射による差分値の数と、所定範囲のビン内の標的対象物による差分値の数を決定できる。これらの値と測定ピークの比較から、カバープレートに汚染物があるどうか、更にはそれが増えたか減ったかを決定できる。
【００９２】
更に、対象物（及び、監視されたピークＰＫ１）がセンサ（又はヒストグラム内のビン）から遠ざかるとき、残りのクロストーク応答を使用して新しい較正値を再較正できる。この方法は、クロストーク応答の高さ（又は、オカレンス）が同じままか増減した場合に確認されうる。較正値の変化は、カバープレートの汚染物の指示を提供する。更に、それぞれのビン内に蓄積された値は、例えば増減した較正値で調整されうる。
【００９３】
別の実施態様は、ヒストグラム内で２つ以上の対象物とそれぞれのピークが識別されたこと（即ち、クロストーク応答と監視ピークＰＫ１）を、飛行時間システムが埋め込まれた装置のオペレーティングシステムに報告する。システムは、どのピークがクロストークと実際の対象物に対応するかを決定するように構成される。したがって、提案された方法の少なくとも一部分は、装置のオペレーティングシステムによって実行又は補完されうる。
【００９４】
例えば、携帯電話システムにおいて、飛行時間センサは、接近検出器とカメラオートフォーカス用の距離測定システムの両方として使用されうる。カメラオートフォーカスとして動作する飛行時間センサの場合、最小焦点距離より小さい距離に対応するものを無視しうる。しかしながら、飛行時間システムが複数の対象物を報告した場合、システムは、近い対象物を無視し、焦点範囲内の対象物に対応するピークだけに焦点を当てる。他方、近接センサとして使用される飛行時間センサの場合、複数の対象物が、ヒストグラム内にその強度（例えば、差分値のオカレンス）と共に記録されうる。システムが、動作状態のより多くの知識を有するので、強度の増減並びに対象物が現実のものかカバープレート上の汚染物のような一時的対象物かを決定をするためにより多くの情報を有しうる。
【００９５】
別の実施態様において、処理回路ＰＲＣは、クロストーク応答の変化（例えば、異なる較正値によって示された）をセンサの汚染物の指示として報告する。センサが、カメラシステムに埋め込まれ、カメラの近くに配置された場合、センサ上の汚染物もカメラの汚染物を示しうる。例えば専用の出力信号による汚染物の報告は、潜在的な汚染物とユーザがカメラサブシステムの上のレンズを洗浄しなければならない可能性をユーザに知らせるために使用されうる。
【符号の説明】
【００９６】
Ａ１  開口
Ａ２  開口
ＢＳ  ビームスプリッタ
Ｃ１  小室
Ｃ２  小室
ＣＲ  支持体
ＣＳ  カバー部分
ＣＳ１  制御信号
ＣＴＲＬ  制御ユニット
ＣＴＰ  クロストークピーク
ＤＲＶ  ドライバ
ＥＰ  放射パルス
ＥＰ１  放射パルス
ＥＰ２  放射パルス
ＥＰ３  放射パルス
ＥＰ４  放射パルス
ＥＰ５  放射パルス
ＦＢ  フレーム体
ＨＩＳＴ  ヒストグラムブロック
ＩＣ  集積回路
Ｌ１  レンズ
Ｌ２  レンズ
ＬＢ  光バリア
ＭＢ  測定ブロック
ＭＤ  主検出器
ＭＳ  主面
ＯＣＣ  オカレンス
ＯＥ  光源
ＯＳ  出力信号
Ｐ１  測定経路
Ｐ２  測定経路
Ｐ３  測定経路
ＰＫ１  ピーク
ＰＲＣ  処理回路
ＲＤ  基準検出器
ＲＰ  反射パルス
ＲＰ’  反射パルス
ＲＰ’’  反射パルス
ＳＰ  開始パルス
ＴＧ  標的
【図１】
2021501874.tif 000003
【図２】
2021501874.tif 000004
【図３】
2021501874.tif 000005
【図４Ａ】
2021501874.tif 000006
【図４Ｂ】
2021501874.tif 000007
【図５Ａ】
2021501874.tif 000008
【図５Ｂ】
2021501874.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】令和2年5月8日(2020.5.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カバープレート（ＣＰ）の後ろに配置された飛行時間センサを有する飛行時間システムを較正する方法であって、
当該方法は、
制御信号（ＣＳ１）の各トリガパルスに応じて複数の光の送信パルス（ＥＰ）を放射するステップと、
複数の光の受信パルス（ＲＰ，ＲＰ’）を検出するステップと、
前記複数の送信パルス（ＥＰ）の１つと前記複数の受信パルス（ＲＰ，ＲＰ’）の１つとの間の期間を示す各差分値を決定するステップと、
前記複数の差分値を少なくとも１つのヒストグラムの幾つかのビン（１，．．．，Ｎ）に蓄積するステップと、
少なくとも１つのクロストーク応答（ＣＴＰ）を、所定範囲のビン（１，．．．，Ｍ）内の前記ヒストグラムに記録するステップと、
前記記録されたクロストーク応答（ＣＴＰ）を用いて前記ヒストグラムを較正するステップと、
前記較正されたヒストグラムの評価に基づいて飛行時間を示す出力信号（ＯＳ）を生成するステップと、
を含む方法。
【請求項２】
前記ヒストグラムは、前記クロストーク応答（ＣＴＰ）を無視することよって較正され、
前記出力信号（ＯＳ）は、前記所定範囲のビン（１，．．．，Ｍ）以外のビン又は範囲のビンにある前記ヒストグラム内のピーク（ＰＫ１）の飛行時間を示す、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ヒストグラムは、前記所定範囲のビン（１，．．．，Ｍ）より高いビンの前記ヒストグラムだけを評価することによって較正される、
請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記ヒストグラムは、前記クロストーク応答（ＣＴＰ）に倍率を掛けたものを前記ヒストグラムから減算することによって較正される、
請求項１に記載の方法。
【請求項５】
複数の送信パルス（ＥＰ）を放射するステップと、複数の受信パルス（ＲＰ）を検出するステップと、各差分値を決定するステップは、繰り返されることで、一連のヒストグラムが差分値と共に蓄積され、且つ／又は各クロストーク応答が平均化されてクロストーク応答として記録される、
請求項１又は２に記載の方法。
【請求項６】
前記一連のヒストグラム内の１以上の更なるピーク（ＰＫ１）を決定するステップと、
前記一連のヒストグラム全体にわたる少なくとも前記更なるピーク（ＰＫ１）を監視するステップと、
を更に含み、
前記監視されたピーク（ＰＫ１）の１以上が前記所定範囲のビン（１，．．．，Ｍ）に移動する場合に、前記一連のヒストグラムのうちの前記ヒストグラムの１つ以上が較正される、
請求項５に記載の方法。
【請求項７】
事前較正モードにおいて、規定の較正条件、特に前記カバープレート（ＣＰ）以外の対象物がない条件で前記飛行時間システムの始動時に較正値が決定され、且つ／又は、
前記較正値は、前記クロストーク応答（ＣＴＰ）及び／又は前記更なるピーク（ＰＫ１）を監視することによって動的に調整される、
請求項１又は２に記載の方法。
【請求項８】
前記較正値は、前記所定範囲のビン内に移動した前記監視ピーク（ＰＫ１）から決定され、
前記較正値は、前記クロストーク応答（ＣＴＰ）と、前記所定範囲のビンに移動した前記監視されたピーク（ＰＫ１）との比較から決定され、かつ／又は、
前記較正値は、前記クロストーク応答（ＣＴＰ）と、前記所定範囲のビン内に移動した前記監視されたピーク（ＰＫ１）との両方を含んだ組み合わせクロストーク応答から決定される、
請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記組み合わせクロストーク応答の信号振幅が増大するときの緩速時間平均である緩速アタック及び／又は前記組み合わせクロストーク応答の前記信号振幅が減少するときの高速平均である高速減衰を有する時間平均フィルタを用いて、前記組み合わせクロストーク応答から前記較正値が決定される、
請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記制御信号（ＣＳ１）が、一連のトリガパルスによって生成され、
後続トリガパルス間の期間が、前記飛行時間センサの所望の最大検出範囲によって決定される、
請求項１又は２に記載の方法。
【請求項１１】
前記送信パルス（ＥＰ）のパルス幅は、前記飛行時間センサの最小検出範囲を示す差分値以下である、
請求項１又は２に記載の方法。
【請求項１２】
前記ヒストグラムの範囲は、前記所望の最大検出範囲によって決定され、
ビンサイズは、前記送信パルス（ＥＰ）の前記パルス幅以下になるように構成される、
請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記送信パルス（ＥＰ）の前記パルス幅、後続トリガパルス間の時間間隔、及び／又は送信パルス（ＥＰ）の数が調整可能である、
請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
カバープレート（ＣＰ）の後ろに配置された飛行時間センサを含む飛行時間システムであって、
前記飛行時間センサは、
制御信号（ＣＳ１）の各トリガパルスに応じて複数の光の送信パルス（ＥＰ）を放射するように構成された光源（ＯＥ）と、
複数の光の受信パルス（ＲＰ）を検出するように構成された検出器（ＭＤ）と、
前記複数の送信パルス（ＥＰ）の１つと前記複数の受信パルス（ＲＰ）の１つとの間の期間を示す各差分値を決定するように構成された測定ブロック（ＭＢ）と、
前記複数の差分値をヒストグラムの幾つかのビン（１，．．．，Ｎ）内に蓄積するように構成されたヒストグラムブロック（ＨＩＳＴ）と、
前記ヒストグラムの評価に基づいて飛行時間を示す出力信号（ＯＳ）を生成し、
少なくとも１つのクロストーク応答を所定範囲のビン（１，．．．，Ｍ）内の前記ヒストグラムに記録し、
前記記録されたクロストーク応答を用いて前記ヒストグラムを較正し、
前記較正されたヒストグラムの評価に基づいて飛行時間を示す出力信号（ＯＳ）を生成する、
ように構成された処理回路（ＰＲＣ）と、
一連のトリガパルスにより前記制御信号（ＣＳ１）を生成するように構成された制御ユニット（ＣＴＲＬ）と、
を備えた飛行時間システム。
【請求項１５】
前記飛行時間システムは、モバイル装置及び／又はデジタルカメラのオートフォーカスシステムに埋め込まれ、
前記飛行時間センサは、近接センサ及び／又は測距装置である、
請求項１４に記載の飛行時間システム。
【請求項１６】
前記飛行時間センサは、前記一連のトリガパルスに応じて前記光源（ＥＭ）を駆動するドライバ（ＤＲＶ）を備え、
前記ドライバ（ＤＲＶ）は、前記送信パルスのパルス幅が狭くなるように前記光源を駆動するように配置され、
前記送信パルスの狭いパルス幅は、前記複数の送信パルス（ＥＰ）の１つと前記カバープレート（ＣＰ）で反射された前記複数の受信パルス（ＲＰ，ＲＰ’）の１つの間の期間を示す差分値以下である、
請求項１５に記載の飛行時間システム。
【請求項１７】
カバープレート（ＣＰ）の後ろに配置された飛行時間センサを有する飛行時間システムを較正する方法であって、
前記方法は、
制御信号（ＣＳ１）の各トリガパルスに応じて複数の光の送信パルス（ＥＰ）を放射するステップと、
複数の光の受信パルス（ＲＰ，ＲＰ’）を検出するステップと、
前記複数の送信パルス（ＥＰ）の１つと前記複数の受信パルス（ＲＰ，ＲＰ’）の１つとの間の期間を示す各差分値を決定するステップと、
前記複数の差分値を少なくとも１つのヒストグラムの幾つかのビン（１，．．．，Ｎ）に蓄積するステップと、
少なくとも１つのクロストーク応答（ＣＴＰ）を、所定範囲のビン（１，．．．，Ｍ）内の前記ヒストグラムに記録するステップと、
前記記録されたクロストーク応答（ＣＴＰ）を用いて前記ヒストグラムを較正するステップと、
前記較正されたヒストグラムの評価に基づいて飛行時間を示す出力信号（ＯＳ）を生成するステップと、
を含み、
複数の送信パルス（ＥＰ）を放射するステップと、複数の受信パルス（ＲＰ）を検出するステップと、各差分値を決定するステップは、繰り返されることで、一連のヒストグラムが差分値と共に蓄積され、且つ／又は各クロストーク応答が平均化されクロストーク応答として記録され、
前記方法は、
前記一連のヒストグラム内の１以上の更なるピーク（ＰＫ１）を決定するステップと、
前記一連のヒストグラム全体にわたる少なくとも前記更なるピーク（ＰＫ１）を監視するステップと、
をさらに含み、
前記監視されたピーク（ＰＫ１）の１以上が前記所定範囲のビン（１，．．．，Ｍ）に移動する場合に、前記一連のヒストグラムのうちの前記ヒストグラムの１つ以上が較正される、方法。
【請求項１８】
前記較正値は、前記所定範囲のビン内に移動した前記監視ピーク（ＰＫ１）から決定され、
前記較正値は、前記クロストーク応答（ＣＴＰ）と、前記所定範囲のビンに移動した前記監視ピーク（ＰＫ１）との比較から決定され、且つ／又は、
前記較正値は、前記クロストーク応答（ＣＴＰ）と、前記所定範囲のビン内に移動した前記監視ピーク（ＰＫ１）との両方を含んだ組み合わせクロストーク応答から決定される、
請求項１７に記載の方法。
【国際調査報告】
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