(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
検知対象物との間の距離を測定する光センサであって、
上記検知対象物に対してパルス光を照射する発光素子と、
上記検知対象物での反射光、第１外乱光、及び上記光センサ内部での反射光の少なくとも１つによるフォトン入射に対して同期する第１パルスを出力する、１以上のフォトンカウント型の第１受光部と、
上記第１パルスの出力時刻とパルス頻度との関係を示す第１ヒストグラムを生成する、１以上の第１ヒストグラム生成部と、
第２外乱光、及び上記発光素子からの参照光の少なくとも何れかによるフォトン入射に対して同期する第２パルスを出力するフォトンカウント型の第２受光部と、
上記第２パルスの出力時刻とパルス頻度との関係を示す第２ヒストグラムを生成する第２ヒストグラム生成部と、
上記第１ヒストグラムにおいて、上記検知対象物での反射光に対応する成分を対象物反射光成分、上記第１外乱光に対応する成分を第１外乱光成分、上記光センサ内部での反射光に対応する成分をクロストーク成分とし、上記第２ヒストグラムにおいて、上記発光素子からの参照光に対応する成分を参照光受光成分、上記第２外乱光に対応する成分を第２外乱光成分としたときに、
上記第１ヒストグラムにおいて上記第１受光部の受光確率分布の中心位置を示す反射光中心位置と上記第２ヒストグラムにおいて上記第２受光部の受光確率分布の中心位置を示す参照光中心位置との差に基づいて、上記光センサと上記検知対象物との間の距離を演算する演算部であって、以下の式により、上記反射光中心位置と上記参照光中心位置との差を演算する演算部と、を備えることを特徴とする光センサ。
【数４】
0006709335.tif 000006
ｎ：上記第１ヒストグラムから上記クロストーク成分を除算した後のカウント値が最大のビン（最大ビン）
Ｆ１：上記第１ヒストグラム上の上記対象物反射光成分に対応するビン範囲において、上記第１ヒストグラムから上記クロストーク成分、及び上記第１外乱光成分を減算した後のカウント値の合計値
Ｆｐ１：ｎより大きいビンにおける、上記第１ヒストグラムから上記クロストーク成分、及び上記第１外乱光成分を減算した後のカウント値の合計値
Ｆｍ１：ｎより小さいビンにおける、上記第１ヒストグラムから上記クロストーク成分、及び上記第１外乱光成分を減算した後のカウント値の合計値
ｍ：上記第２ヒストグラムにおいてカウント値が最大のビン（最大ビン）
Ｆ２：上記第２ヒストグラム上の上記参照光受光成分に対応するビン範囲において、上記第２ヒストグラムから上記第２外乱光成分が減算された後のカウント値の合計値
Ｆｍａｘ２：上記第２ヒストグラムから上記参照光受光成分を減算した後の、最大ビンｍのカウント値
Ｆｐ２：ｍより大きいビンにおける、上記第２ヒストグラムから上記第２外乱光成分を減算した後のカウント値の合計値
Ｆｍ２：ｍより小さいビンにおける、上記第２ヒストグラムから上記第２外乱光成分を減算した後のカウント値の合計値
【請求項２】
上記第１ヒストグラム上の上記対象物反射光成分に対応するビン範囲には、上記対象物反射光成分がすべて含まれており、
上記第２ヒストグラム上の上記参照光受光成分に対応するビン範囲には、上記参照光受光成分がすべて含まれていることを特徴とする請求項１に記載の光センサ。
【請求項３】
上記演算部は、上記パルス光の幅に応じたビン数によって上記第１ヒストグラムをフィルタリングした後に上記最大ビン（ｎ）を検索し、かつ、上記パルス光の幅に応じたビン数によって上記第２ヒストグラムをフィルタリングした後に上記最大ビン（ｍ）を検索することを特徴とする請求項１または２に記載の光センサ。
【請求項４】
上記演算部は、上記クロストーク成分に対応する１又は複数のビンのカウント値の平均値を記録しておき、上記平均値以上の値を上記クロストーク成分として上記対象物反射光成分から減算し、その後、最大ビン（ｎ）を検索することを特徴とする請求項１または２に記載の光センサ。
【請求項５】
上記演算部は、上記第１ヒストグラムにおいて、上記クロストーク成分及び上記対象物反射光成分に対応するビン範囲以外のビン範囲における１又は複数のビンのカウント値の平均値を上記第１外乱光成分と規定し、かつ、上記第２ヒストグラムにおいて、上記参照光受光成分に対応するビン範囲以外のビン範囲における１又は複数のビンのカウント値の平均値を上記第２外乱光成分と規定して、上記反射光中心位置と上記参照光中心位置との差を演算することを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の光センサ。
【請求項６】
上記演算部は、上記第２ヒストグラムにおける上記参照光受光成分に対応するビン範囲を上記クロストーク成分に対応するビン範囲と特定し、かつ、上記ビン範囲に含まれるビンのカウント値に対して固定値倍した値を当該ビンについての上記クロストーク成分と規定し、規定した当該クロストーク成分を、上記第２ヒストグラムにおける上記参照光受光成分に対応するビン範囲に含まれるビンに対応する上記第１ヒストグラムのビンのカウント値からそれぞれ減算することを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の光センサ。
【請求項７】
上記演算部は、上記第１ヒストグラムにおいて、上記クロストーク成分に対応するビン範囲と上記対象物反射光成分に対応するビン範囲とが互いに重ならず、かつ、上記対象物反射光成分に対応する１又は複数のビンのうちの最大ビンから上記第１外乱光成分が減算された後の値が所定値以上である場合に、上記クロストーク成分に対応するビン範囲における各ビンのカウント値それぞれに基づいて、当該ビン範囲における各ビンの上記クロストーク成分を規定することを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の光センサ。
【請求項８】
検知対象物との間の距離を測定する光センサであって、
上記検知対象物に対してパルス光を照射する発光素子と、
上記検知対象物での反射光、第１外乱光、及び上記光センサ内部での反射光の少なくとも１つによるフォトン入射に対して同期する第１パルスを出力する、１以上のフォトンカウント型の第１受光部と、
上記第１パルスの出力時刻とパルス頻度との関係を示す第１ヒストグラムを生成する、１以上の第１ヒストグラム生成部と、
第２外乱光、及び上記発光素子からの参照光の少なくとも何れかによるフォトン入射に対して同期する第２パルスを出力するフォトンカウント型の第２受光部と、
上記第２パルスの出力時刻とパルス頻度との関係を示す第２ヒストグラムを生成する第２ヒストグラム生成部と、
上記第１ヒストグラムにおいて、上記検知対象物での反射光に対応する成分を対象物反射光成分、上記第１外乱光に対応する成分を第１外乱光成分、上記光センサ内部での反射光に対応する成分をクロストーク成分とし、上記第２ヒストグラムにおいて、上記発光素子からの参照光に対応する成分を参照光受光成分、上記第２外乱光に対応する成分を第２外乱光成分としたときに、
上記第２ヒストグラムの最大ビンの頻度に対して上記第２ヒストグラムの頻度合計値を規格化した、上記第２受光部の受光パルス幅に相当する値を用いて、上記第１ヒストグラムにおいて上記第１受光部の受光確率分布の中心位置を示す反射光中心位置と上記第２ヒストグラムにおいて上記第２受光部の受光確率分布の中心位置を示す参照光中心位置とをそれぞれ演算し、かつ、上記反射光中心位置と上記参照光中心位置との差に基づいて、上記光センサと上記検知対象物との間の距離を演算する演算部と、を備えていることを特徴とする光センサ。
【請求項９】
上記第１受光部は、複数の第１受光部を備え、
上記第１ヒストグラム生成部は、上記複数の第１受光部と同数の、複数の第１ヒストグラム生成部を備え、
上記複数の第１受光部はそれぞれ、上記複数の第１ヒストグラム生成部それぞれと一対一で対応しており、
上記演算部は、上記複数の第１ヒストグラム生成部が生成する複数の上記第１ヒストグラムそれぞれと上記第２ヒストグラムとの間で、上記光センサと上記検知対象物との間の距離を演算することを特徴とする請求項１から８の何れか１項に記載の光センサ。
【請求項１０】
上記反射光中心位置と上記参照光中心位置との差と、上記光センサと上記検知対象物との距離との対応関係が予め規定されており、
上記演算部は、上記対応関係に基づいて、上記反射光中心位置と上記参照光中心位置との差から上記光センサと上記検知対象物との距離を演算することを特徴とする請求項１から９の何れか１項に記載の光センサ。
【請求項１１】
請求項１から１０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。
【請求項１２】
検知対象物との間の距離を測定する光センサに適用される演算装置であって、
上記光センサは、
上記検知対象物に対してパルス光を照射する発光素子と、
上記検知対象物での反射光、第１外乱光、及び上記光センサ内部での反射光の少なくとも１つによるフォトン入射に対して同期する第１パルスを出力する、１以上のフォトンカウント型の第１受光部と、
第２外乱光、及び上記発光素子からの参照光の少なくとも何れかによるフォトン入射に対して同期する第２パルスを出力するフォトンカウント型の第２受光部と、を備え、
上記演算装置は、
上記第１パルスの出力時刻とパルス頻度との関係を示す第１ヒストグラムを生成する、１以上の第１ヒストグラム生成部と、
上記第２パルスの出力時刻とパルス頻度との関係を示す第２ヒストグラムを生成する第２ヒストグラム生成部と、
上記第１ヒストグラムにおいて、上記検知対象物での反射光に対応する成分を対象物反射光成分、上記第１外乱光に対応する成分を第１外乱光成分、上記光センサ内部での反射光に対応する成分をクロストーク成分とし、上記第２ヒストグラムにおいて、上記発光素子からの参照光に対応する成分を参照光受光成分、上記第２外乱光に対応する成分を第２外乱光成分としたときに、
上記第２ヒストグラムの最大ビンの頻度に対して上記第２ヒストグラムの頻度合計値を規格化した、上記第２受光部の受光パルス幅に相当する値を用いて、上記第１ヒストグラムにおいて上記第１受光部の受光確率分布の中心位置を示す反射光中心位置と上記第２ヒストグラムにおいて上記第２受光部の受光確率分布の中心位置を示す参照光中心位置とをそれぞれ演算し、かつ、上記反射光中心位置と上記参照光中心位置との差に基づいて、上記光センサと上記検知対象物との間の距離を演算する演算部と、を備えることを特徴とする演算装置。
【請求項１３】
光センサと検知対象物との距離を測定する方法であって、
上記光センサに含まれる発光素子からパルス光を照射し、上記検知対象物での反射光、第１外乱光、及び上記光センサ内部での反射光の少なくとも１つによる第１受光部へのフォトン入射に対して同期する第１パルスを出力する第１出力ステップと、
上記第１パルスの出力時刻とパルス頻度との関係を示す第１ヒストグラムを生成する第１ヒストグラム生成ステップと、
第２外乱光、及び上記発光素子からの参照光の少なくとも何れかによる第２受光部へのフォトン入射に対して同期する第２パルスを出力する第２出力ステップと、
上記第２パルスの出力時刻とパルス頻度との関係を示す第２ヒストグラムを生成する第２ヒストグラム生成ステップと、
上記第１ヒストグラムにおいて、上記検知対象物での反射光に対応する成分を対象物反射光成分、上記第１外乱光に対応する成分を第１外乱光成分、上記光センサ内部での反射光に対応する成分をクロストーク成分とし、上記第２ヒストグラムにおいて、上記発光素子からの参照光に対応する成分を参照光受光成分、上記第２外乱光に対応する成分を第２外乱光成分としたときに、
上記第２ヒストグラムの最大ビンの頻度に対して上記第２ヒストグラムの頻度合計値を規格化した、上記第２受光部の受光パルス幅に相当する値を用いて、上記第１ヒストグラムにおいて上記第１受光部の受光確率分布の中心位置を示す反射光中心位置と上記第２ヒストグラムにおいて上記第２受光部の受光確率分布の中心位置を示す参照光中心位置とをそれぞれ演算し、かつ、上記反射光中心位置と上記参照光中心位置との差に基づいて、上記光センサと上記検知対象物との間の距離を演算する演算ステップと、を含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光センサ、電子機器、演算装置、及び光センサと検知対象物との距離を測定する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光通信、又は飛行時間（ＴＯＦ：Time of Flight）等の計測において、微弱な光を高速に検出する受光素子として、フォトダイオードの雪崩増幅（アバランシェ）効果を利用したアバランシェフォトダイオードが用いられている（例えば、特許文献１参照）。アバランシェフォトダイオードは、降伏電圧（ブレークダウン電圧）未満の逆バイアス電圧を印加すると、リニアモードとして動作し、受光量に対して正の相関を有するように出力電流が変動する。一方、アバランシェフォトダイオードは、降伏電圧以上の逆バイアス電圧を印加すると、ガイガーモードとして動作する。ガイガーモードのアバランシェフォトダイオードは、単一フォトンの入射であってもアバランシェ現象を起こすため、大きな出力電流が得られる。このため、ガイガーモードのアバランシェフォトダイオードは、シングルフォトンアバランシェダイオード（ＳＰＡＤ：Single Photon Avalanche Diode）と呼ばれる。【０００３】
ガイガーモードのアバランシェフォトダイオードに対してクエンチング抵抗を直列に加えることで、２値のパルス出力を得ることができる。このような回路は、例えば、フォトダイオード、アクティブクエンチング抵抗（ＭＯＳトランジスタの抵抗成分）、及びバッファーで構成される。【０００４】
上記フォトダイオードは、ガイガーモードのアバランシェフォトダイオードであり、降伏電圧以上のバイアス電圧印加において、単一フォトンの入射に対してアバランシェ現象を起こし電流が流れる。当該フォトダイオードに直列で接続されている上記アクティブクエンチング抵抗に電流が流れることで、当該アクティブクエンチング抵抗の端子間電圧が増加し、それに伴い当該フォトダイオードのバイアス電圧が降下し、アバランシェ現象は停止する。アバランシェ現象による電流が無くなると当該アクティブクエンチング抵抗の端子間電圧が低下し、当該フォトダイオードには再び降伏電圧以上のバイアス電圧が印加される状態に戻る。上記バッファーにより、当該フォトダイオードと当該アクティブクエンチング抵抗との間の電圧変化は、２値のパルス出力として取り出される。【０００５】
特許文献２には、上記ＳＰＡＤを用いて、発光素子での反射光と当該発光素子からの直接光をそれぞれ別のDelay Locked Loop回路（ＤＬＬ）に入力し、２つのＤＬＬ出力間の遅延量をデジタル値に変換する方法で距離測定を行う方法が開示されている。【０００６】
非特許文献１、及び特許文献３には、上記ＳＰＡＤ、及びＴＤＣ（time to digital convertor）を用いて作成したヒストグラムの極大値を求めることにより距離測定する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１２−０６００１２号公報（２０１２年３月２２日公開）
【特許文献２】米国特許公開２０１４／０２３１６３１号公報（２０１４年８月２１日公開）
【特許文献３】特許第６０２０５４７号（２０１６年１０月１４日登録）
【非特許文献１】C. Niclass, A. Rochas, P.-A. Besse and E. Charbon: “Design and  characterization of a CMOS 3-D image sensor based on single photon Avalanche diodes,” IEEE J. Solid-State Circ., 40（ 2005）1847―1854.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
近年カメラのＡＦ（Auto Focus）用途などでは、ｍｍオーダーの分解能が必要とされる。例えば１ｍｍの分解能を得るためには、約７ｐｓの分解能のＴＤＣと、その分解能に近い幅での発光パルスが必要となる。分解能が高くなると、ヒストグラムのビン数も多くなる。これにより、処理プロセス、及び／又は、回路規模が高価になるという問題があった。【０００９】
ＤＬＬによる遅延量の推定方法は、分解能においては有利である。しかしながら、信号成分にクロストーク成分が含まれる場合には、クロストーク成分の影響が強くなる。その影響は、検知対象物と光センサとの距離が遠くなるほど顕著に認められる。そのため、例えばカバーガラスの反射によるクロストーク成分が信号成分に含まれる場合には、測定結果に対して演算による補正が必須となる。しかしながら、検知対象物と光センサとの距離が遠距離である場合には、測定結果の精度が極端に低下するという問題があった。【００１０】
また、ＤＬＬによる遅延量の推定方法は、検知対象物の空間光路上の距離に相当する遅延量を持って発生するパルス出力位置にＤＬＬ回路の位相を収束させる。そのため、高精度な測定結果を得るためには、シングルフォトンアバランシェダイオードから一定数のパルス出力を得る必要がある。しかしながら、検知対象物が遠い場合、又は反射率が低い場合には、シングルフォトンアバランシェダイオードのパルス発生率は低くなる。そのため、ＤＬＬによる遅延量の推定方法は、多数のパルスを得るために長い測定時間が必要になるという問題があった。【００１１】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、測定速度が改善された光センサ、電子機器、演算装置、及び光センサと検知対象物との距離を測定する方法を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の課題を解決するために、本発明に係る光センサは、検知対象物との間の距離を測定する光センサであって、上記検知対象物に対してパルス光を照射する発光素子と、上記検知対象物での反射光、第１外乱光、及び上記光センサ内部での反射光の少なくとも１つによるフォトン入射に対して同期する第１パルスを出力する、１以上のフォトンカウント型の第１受光部と、上記第１パルスの出力時刻とパルス頻度との関係を示す第１ヒストグラムを生成する、１以上の第１ヒストグラム生成部と、第２外乱光、及び上記発光素子からの参照光の少なくとも何れかによるフォトン入射に対して同期する第２パルスを出力するフォトンカウント型の第２受光部と、上記第２パルスの出力時刻とパルス頻度との関係を示す第２ヒストグラムを生成する第２ヒストグラム生成部と、上記第１ヒストグラムにおいて、上記検知対象物での反射光に対応する成分を対象物反射光成分、上記第１外乱光に対応する成分を第１外乱光成分、上記光センサ内部での反射光に対応する成分をクロストーク成分とし、上記第２ヒストグラムにおいて、上記発光素子からの参照光に対応する成分を参照光受光成分、上記第２外乱光に対応する成分を第２外乱光成分としたときに、上記第１ヒストグラムにおいて上記第１受光部の受光確率分布の中心位置を示す反射光中心位置と上記第２ヒストグラムにおいて上記第２受光部の受光確率分布の中心位置を示す参照光中心位置との差に基づいて、上記光センサと上記検知対象物との間の距離を演算する演算部と、を備える構成である。【００１３】
上記の構成によれば、本発明の一態様に係る光センサでは、上記光センサと上記検知対象物との間の距離は演算処理を介して測定される。これにより、本発明の一態様に係る光センサは、上記光センサと上記検知対象物との間の距離を測定するのに要する時間を改善することができる。【００１４】
また、本発明の一態様に係る光センサは、上記クロストーク成分、上記第１外乱光成分、及び上記第２外乱光成分を考慮して、上記光センサと上記検知対象物との間の距離を演算する。これにより、本発明の一態様に係る光センサは、上記光センサと上記検知対象物との間の距離を高分解能で測定することができる。【００１５】
さらに言えば、本発明の一態様に係る光センサは、ＤＬＬによる遅延量の推定方法とは異なり、Delay Locked Loop回路（ＤＬＬ）を必要としない。したがって、本発明の一態様に係る光センサは、上記光センサと上記検知対象物との間の距離を従来よりも安価な構成により測定することができる。【００１６】
上記の課題を解決するために、本発明に係る演算装置は、検知対象物との間の距離を測定する光センサに適用される演算装置であって、上記光センサは、上記検知対象物に対してパルス光を照射する発光素子と、上記検知対象物での反射光、第１外乱光、及び上記光センサ内部での反射光の少なくとも１つによるフォトン入射に対して同期する第１パルスを出力する、１以上のフォトンカウント型の第１受光部と、第２外乱光、及び上記発光素子からの参照光の少なくとも何れかによるフォトン入射に対して同期する第２パルスを出力するフォトンカウント型の第２受光部と、を備え、上記演算装置は、上記第１パルスの出力時刻とパルス頻度との関係を示す第１ヒストグラムを生成する、１以上の第１ヒストグラム生成部と、上記第２パルスの出力時刻とパルス頻度との関係を示す第２ヒストグラムを生成する第２ヒストグラム生成部と、上記第１ヒストグラムにおいて、上記検知対象物での反射光に対応する成分を対象物反射光成分、上記第１外乱光に対応する成分を第１外乱光成分、上記光センサ内部での反射光に対応する成分をクロストーク成分とし、上記第２ヒストグラムにおいて、上記発光素子からの参照光に対応する成分を参照光受光成分、上記第２外乱光に対応する成分を第２外乱光成分としたときに、上記第１ヒストグラムにおいて上記第１受光部の受光確率分布の中心位置を示す反射光中心位置と上記第２ヒストグラムにおいて上記第２受光部の受光確率分布の中心位置を示す参照光中心位置との差に基づいて、上記光センサと上記検知対象物との間の距離を演算する演算部と、を備える構成である。【００１７】
上記の構成によれば、上記光センサと同様の効果を奏する。【００１８】
上記の課題を解決するために、本発明に係る方法は、光センサと検知対象物との距離を測定する方法であって、上記光センサに含まれる発光素子からパルス光を照射し、上記検知対象物での反射光、第１外乱光、及び上記光センサ内部での反射光の少なくとも１つによるフォトン入射に対して同期する第１パルスを出力する第１出力ステップと、上記第１パルスの出力時刻とパルス頻度との関係を示す第１ヒストグラムを生成する第１ヒストグラム生成ステップと、第２外乱光、及び上記発光素子からの参照光の少なくとも何れかによるフォトン入射に対して同期する第２パルスを出力する第２出力ステップと、上記第２パルスの出力時刻とパルス頻度との関係を示す第２ヒストグラムを生成する第２ヒストグラム生成ステップと、上記第１ヒストグラムにおいて、上記検知対象物での反射光に対応する成分を対象物反射光成分、上記第１外乱光に対応する成分を第１外乱光成分、上記光センサ内部での反射光に対応する成分をクロストーク成分とし、上記第２ヒストグラムにおいて、上記発光素子からの参照光に対応する成分を参照光受光成分、上記第２外乱光に対応する成分を第２外乱光成分としたときに、上記第１ヒストグラムにおいて上記第１受光部の受光確率分布の中心位置を示す反射光中心位置と上記第２ヒストグラムにおいて上記第２受光部の受光確率分布の中心位置を示す参照光中心位置との差に基づいて、上記光センサと上記検知対象物との間の距離を演算する演算ステップと、を含む方法である。【００１９】
上記の構成によれば、上記光センサと同様の効果を奏する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の一態様に係る光センサ、電子機器、演算装置、及び光センサと検知対象物との距離を測定する方法は、光センサと検知対象物との間の距離を測定するのに要する時間を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態に係る光センサの概略構成を示すブロック図である。
【図２】基準パルス生成回路に係るタイミングチャートを示す図である。
【図３】第１受光部、及び第２受光部の概略構成を示す回路図である。
【図４】第１ヒストグラム生成回路及び第２ヒストグラム生成回路により生成されるヒストグラムの一例である。
【図５】演算部が検知対象物Ｓと光センサとの距離を演算する流れを示すフローチャートである。
【図６】最大ビン検索時のヒストグラムを示す図である。
【図７】ダークノイズ、及び外乱光成分を減算した後のヒストグラムを示す図である。
【図８】演算時のヒストグラムを示す図である。
【図９】ダークノイズ、及び外乱光成分を減算する方法を説明するための図である。
【図１０】第１ヒストグラム生成回路及び第２ヒストグラム生成回路により生成されるヒストグラムの一例である。
【図１１】演算部が検知対象物Ｓと本発明の他の実施形態に係る光センサとの距離を演算する流れを示すフローチャートである。
【図１２】発光素子、第１受光部、及び第１ＴＤＣを複数備える、本発明のさらに他の実施形態に係る光センサの概略構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明を実施するための形態について、以下に説明する。
【００２３】
〔実施形態１〕
以下、実施形態１に係る光センサ１００について説明する。
【００２４】
図１は、実施形態１に係る光センサ１００の概略構成を示すブロック図である。
【００２５】
光センサ１００は、基準パルス生成回路１、ドライバ２、発光素子３、第１受光部１０、第１ＴＤＣ１１（ＴＤＣ：time to digital convertor）、第１ヒストグラム生成回路１２、第２受光部２０、第２ＴＤＣ２１、第２ヒストグラム生成回路２２、及び演算部３０を備える。以下、図２等により、各構成を具体的に説明する。
【００２６】
図２は、基準パルス生成回路１に係るタイミングチャートを示す図である。基準パルス生成回路１は、ドライバ２に波形の基準パルスを与える（図１、及び図２中の「ＴＸ」）。また、基準パルス生成回路１は、第１ＴＤＣ１１、及び第２ＴＤＣ２１に基準クロック信号を与える（図１、及び図２中の「ＣＬＫ」）。第１ＴＤＣ１１から第１ヒストグラム生成回路１２へ出力されるタイムスタンプの周期は、上記基準パルスと同様の周期である。同様に、第２ＴＤＣ２１から第２ヒストグラム生成回路２２へ出力されるタイムスタンプの周期は、上記基準パルスと同様の周期である。
【００２７】
ドライバ２は、上記基準パルスに基づいて発光素子３にパルス光を照射させる。発光素子３から照射されたパルス光は、検知対象物Ｓ及びセンサ内部でそれぞれ反射して第１受光部１０へ入射する（以下では、センサ内部でのパルス光の反射はカバーガラスＧでのパルス光の反射であるものとして説明する。）。また、発光素子３から照射されたパルス光は、第２受光部２０へ直接入射する。以下、第２受光部２０へ直接入射する光を「参照光」と称する。
【００２８】
第１受光部１０は、検知対象物Ｓでの反射光、外乱光（第１外乱光）、及びカバーガラスＧでの反射光の少なくとも１つによるフォトン入射に対して同期するパルス（第１パルス）を第１ＴＤＣ１１に対して出力するフォトンカウント型の受光部である（第１出力ステップ）。「外乱光」は、熱的に発生した暗電流のキャリアによるノイズを示すダークノイズも含む概念で用いられてよい。ただし、以下の説明では、外乱光及びダークノイズは別々の概念であるものとして説明する。
【００２９】
図３は、第１受光部１０、及び第２受光部２０の概略構成を示す回路図である。第１受光部１０、及び第２受光部２０の構成は同じであるため、第１受光部１０を例に説明する。
【００３０】
第１受光部１０は、フォトダイオードＰＤ１、アクティブクエンチング抵抗Ｒ１（ＭＯＳトランジスタの抵抗成分）、及びバッファーＢＵＦ１で構成されたＣＥＬＬを複数有している。フォトダイオードＰＤ１は、ガイガーモードのアバランシェフォトダイオードであり、アクティブクエンチング抵抗Ｒ１、及びバッファーＢＵＦ１により、入射光量を２値のパルス出力として取り出す。各ＣＥＬＬの出力は、ＯＲ回路でОＲ演算が行われ、第１ＴＤＣ１１に出力される。
【００３１】
第１ＴＤＣ１１は、第１受光部１０が出力するパルスのパルス出力時刻を示すタイムスタンプを第１ヒストグラム生成回路１２に出力する。
【００３２】
第１ヒストグラム生成回路１２は、第１受光部１０が出力するパルスの出力時刻とパルス頻度との関係を示すヒストグラム（第１ヒストグラム）を生成する（第１ヒストグラム生成ステップ）。より具体的に、第１ヒストグラム生成回路１２は、第１ＴＤＣ１１からタイムスタンプを受け取り、そのタイムスタンプに対応するビンのカウント値を増やす。そして、第１ヒストグラム生成回路１２は、タイムスタンプを一定周期カウントして、そのカウントに基づいてヒストグラムを生成する。
【００３３】
第２受光部２０は、上記参照光及び外乱光（第２外乱光）の少なくとも１つによるフォトン入射に対して同期するパルス（第２パルス）を第２ＴＤＣ２１に対して出力するフォトンカウント型の受光部である（第２出力ステップ）。第２受光部２０は、図３により説明した第１受光部１０と同様の構成を備える。
【００３４】
第２ＴＤＣ２１は、第２受光部２０が出力するパルスのパルス出力時刻を示すタイムスタンプを第２ヒストグラム生成回路２２に出力する。
【００３５】
第２ヒストグラム生成回路２２は、第２受光部２０が出力するパルスの出力時刻とパルス頻度との関係を示すヒストグラム（第２ヒストグラム）を生成する（第１ヒストグラム生成ステップ）。より具体的に、第２ヒストグラム生成回路２２は、第２ＴＤＣ２１からタイムスタンプを受け取り、そのタイムスタンプに対応するビンのカウント値を増やす。そして、第２ヒストグラム生成回路２２は、タイムスタンプを一定周期カウントして、そのカウントに基づいてヒストグラムを生成する。
【００３６】
図４は、第１ヒストグラム生成回路１２及び第２ヒストグラム生成回路２２により生成されるヒストグラムの一例である。図４の例では、０〜１２までのビンのヒストグラムが示されている。
【００３７】
図４は、上から順に、「ＴＸ」、「第２受光部２０の出力の確率分布」、「第１受光部１０の出力の確率分布」、「第２受光部２０の出力に対応するヒストグラム」、「第１受光部１０の出力に対応するヒストグラム」を示す。ヒストグラムは、ダークノイズ、外乱光成分、及び／又は、クロストーク成分に対応するカウント値を含む状態で演算部３０へ出力される。以下、図４について説明する。
【００３８】
発光素子３は、ＴＸで示される基準パルスに基づいてパルス光を照射する。発光素子３は、第１ＴＤＣ１１及び第２ＴＤＣ２１の時間分解能の少なくとも２倍以上のパルス幅のパルス光を検知対象物Ｓに対して照射してよい。発光素子３からの参照光は第２受光部２０に入射する。図４の「第２受光部２０の出力の確率分布」には、参照光受光成分、ダークノイズ、及び外乱光成分がヒストグラム上に出現する確率分布が示される。参照光受光成分は、「発光素子３までの信号伝搬遅延等に起因する遅延時間」が経過した後にヒストグラム上に出現する。ダークノイズ、及び外乱光成分は、定常的にヒストグラム上に出現する。
【００３９】
図４の「第１受光部１０の出力の確率分布」には、クロストーク成分、対象物反射光成分、ダークノイズ、及び外乱光成分がヒストグラム上に出現する確率分布が示される。クロストーク成分は、「カバーガラスＧと光センサ１００との間の光往復時間」が経過した後にヒストグラム上に出現する。対象物反射光成分は、「検知対象物Ｓと光センサ１００との間の光往復時間」が経過した後にヒストグラム上に出現する。ダークノイズ、及び外乱光成分は、定常的にヒストグラム上に出現する。
【００４０】
演算部３０は、第１ヒストグラム生成回路１２及び第２ヒストグラム生成回路２２それぞれから入力されたヒストグラムを用いて、検知対象物Ｓと光センサ１００との距離を演算する。
【００４１】
なお、第１ＴＤＣ１１、第１ヒストグラム生成回路１２、第２受光部２０、第２ＴＤＣ２１、第２ヒストグラム生成回路２２、及び／又は、演算部３０は、光センサ１００の内部及び外部の何れに設けられてもよい。例えば、光センサ１００が、第１受光部１０及び第２受光部２０を備え、光センサ１００の外部に位置する演算装置が、第１ヒストグラム生成回路１２、第２受光部２０、第２ＴＤＣ２１、第２ヒストグラム生成回路２２、及び演算部３０を備える構成を考える。この場合、第１受光部１０と第１ＴＤＣ１１との間、及び第２受光部２０と第２ＴＤＣ２１との間がそれぞれ通信可能に接続されていればよく、後述する方法により、検知対象物Ｓと光センサ１００との距離を演算することが可能である。
【００４２】
以下、演算部３０により実行される演算を、図５等を用いて説明する。
【００４３】
〔演算部３０により実行される演算〕
図５は、演算部３０が検知対象物Ｓと光センサ１００との距離を演算する流れを示すフローチャートである。
【００４４】
最初に、演算部３０は、第２受光部２０のヒストグラムから、第２受光部２０のヒストグラムにおける最大ビン（カウント値が最大のビン）を検索する（Ｓ１０）。このことを図６により説明する。図６は、最大ビン検索時のヒストグラムを示す図である。
【００４５】
図６に示すように、第２受光部２０のヒストグラムにおける最大ビンは３である。したがって、演算部３０は、第２受光部２０のヒストグラムから、第２受光部２０のヒストグラムにおける最大ビンを３と検索する。
【００４６】
次に、演算部３０は、図６のヒストグラムからダークノイズ、及び外乱光成分を減算したヒストグラムを作成する（Ｓ２０）。図７は、ダークノイズ、及び外乱光成分を減算した後のヒストグラムを示す図である。図６と図７とを比較して分かるように、図７では、ダークノイズ、及び外乱光成分のカウント値（減算値）がヒストグラムから減算されている。
【００４７】
ダークノイズ、及び外乱光成分の減算値は、ヒストグラムを生成する期間以外のカウント値、又はヒストグラムを生成する期間の途中に発光素子３が発光しない期間のカウント値を取得することで得られる。例えば、ヒストグラムの一個のビンから減算すべきダークノイズ、及び外乱光成分のカウント値は以下の式（１）で演算できる。
（Ｃａｍｂ×Ｔｓｉｇ）／（Ｂ×Ｔａｍｂ）・・・（１）
Ｃａｍｂ：発光素子３の非発光時間のカウント値
Ｔｓｉｇ：ヒストグラム生成時間
Ｂ      ：ヒストグラムのビンの個数
Ｔａｍｂ：発光素子３の非発光時間
続いて、演算部３０は、図７の「第２受光部２０の出力に対応するヒストグラム」において、演算対象とするビン範囲（演算範囲）を０〜６と特定したうえで、最大ビンの頻度に対して第２受光部２０のヒストグラムの頻度合計値を規格化する（Ｓ３０）。具体的に、演算部３０は、以下の式（２）で表される値を演算する。
Ｆ２／Ｆｍａｘ２・・・（２）
Ｆ２：ヒストグラム上の参照光受光成分に対応するビン範囲において、ヒストグラムから外乱光成分が減算された後のカウント値の合計値
Ｆｍａｘ２：ヒストグラムから参照光受光成分を減算した後の、最大ビンのカウント値
発光素子３の発光波形のピークが一様にビン幅の２倍以上の幅を有している場合には、発光素子３の発光波形のピークがどの位置にあってもピークのカウント値は変化しない。それゆえ、発光素子３の発光波形が矩形であることを前提とすると、式（２）の値はビンの幅を１としたときの受光パルス幅に相当する。図７では、式（２）の値を演算することを「規格化する」と称している。
【００４８】
次に、演算部３０は、第２受光部２０の受光確率分布の平均値を取得する（Ｓ４０）。第２受光部２０の受光確率分布の平均値の取得方法を図８により説明する。図８は演算時のヒストグラムを示す図である。図８の「第２受光部２０の出力に対応するヒストグラム」は、演算範囲（ビン範囲０〜６）が、最大値のビンをｍとしてｍ−３〜ｍ＋３の領域に置き換えられた図である。
【００４９】
最初に、演算部３０は、最大値のビン中心位置をｍ＋０．５に設定する。また、ｍより大きいビンのカウント値の合計値をＦｐ２、ｍより小さいビンのカウント値の合計値をＦｍ２、ｍ−３〜ｍ＋３の領域におけるビンのカウント値の合計をＦ２とする。このとき、演算部３０は、以下の式（３）により、参照光の中心位置を演算する。
【００５０】
ここで、参照光の中心位置は、「第２受光部２０の受光確率分布の平均値（平均位置）」と称されてもよい。あるいは、参照光の中心位置は、第２受光部２０の受光確率分布の平均値（平均位置）よりも広い概念を含んでよい。具体的には、式（３）では、最大ビンの中心位置を「ｍ＋０．５」と規定している。これは、第２受光部２０の受光確率分布の平均値をより正確に導出することを意図したものである。しかしながら、例えば最大ビンの中心位置を「ｍ」と規定してもよく、この場合にも、演算部３０は、「ｍ＋０．５」を「ｍ」と置換した後の式（３）を用いて「参照光の中心位置」を演算することができる。
【００５１】
【数１】
0006709335.tif 000002
【００５２】
ｍ＋０．５：最大ビンの中心位置
Ｆ２：ｍ−３〜ｍ＋３のカウント値の合計値（ヒストグラム上の参照光受光成分に対応するビン範囲において、ヒストグラムから外乱光成分が減算された後のカウント値の合計値）
Ｆｍａｘ２：ビンｍのカウント値（ヒストグラムから参照光受光成分を減算した後の、最大ビンｍのカウント値）
Ｆｐ２：ｍより大きいビンのカウント値の合計値（ｍより大きいビンにおける、ヒストグラムから外乱光成分を減算した後のカウント値の合計値）
Ｆｍ２：ｍより小さいビンのカウント値の合計値（ｍより小さいビンにおける、ヒストグラムから外乱光成分を減算した後のカウント値の合計値）
図８において、パルス光の存在する範囲が３ビン強の範囲として認められるため、演算部３０は、最大ビンを含めてどの状態でもパルス光が含まれるビン７個分を演算範囲と特定する。演算部３０は、光センサ１００と検知対象物Ｓとの間の距離を高分解能で測定するために、ヒストグラム上の対象物反射光成分に対応するビン範囲には参照光受光成分をすべて含めるのが好ましい。ただし、演算部３０は、これに限られず、演算範囲を適宜設定してよい。
【００５３】
続いて、図６を参照してＳ５０を説明する。演算部３０は、第１受光部１０のヒストグラムにおけるクロストーク領域を特定する。図６の例では、クロストーク領域はビン２〜５の範囲である。演算部３０は、ビン２〜５におけるクロストーク成分を第１受光部１０のヒストグラムから減算する（Ｓ５０）。クロストーク成分を減算したヒストグラムが図６の「第１受光部１０の出力に対応するヒストグラム」に示される。
【００５４】
なお、演算部３０は、Ｓ５０において、実際のクロストーク成分よりも大きい値を第１受光部１０のヒストグラムから減算してよい。この場合、演算部３０は、クロストーク成分の影響をさらに抑えた最大ビンをＳ６０で検索することができる。具体的に、検知対象物Ｓが光センサ１００から近距離に位置する場合には、反射光成分が大きくなる。そのため、クロストーク成分の減算値が適切である場合には、対象物反射光成分とクロストーク成分とが重なったとしても、問題なく最大ビンを検出することができる。
【００５５】
次に、演算部３０は、第１受光部１０のヒストグラムから、クロストーク成分の影響を抑えた最大ビンを検索する（Ｓ６０）。図６では、第１受光部１０のヒストグラムにおける最大値のビンは９である。したがって、演算部３０は、第１受光部１０のヒストグラムから、第１受光部１０のヒストグラムにおける最大ビンを９と検索する。
【００５６】
次に、演算部３０は、図６のヒストグラムからダークノイズ、及び外乱光成分を減算したヒストグラムを作成する（Ｓ７０）。図６の「第１受光部１０の出力に対応するヒストグラム」からダークノイズ、及び外乱光成分を減算した後のヒストグラムが図７に記載されている。
【００５７】
続いて、演算部３０は、図７の「第１受光部１０の出力に対応するヒストグラム」に基づいて、第１受光部１０の受光確率分布の平均値を取得する（Ｓ８０）。第１受光部１０の受光確率分布の平均値の取得方法を図８により説明する。図８の「第１受光部１０の出力に対応するヒストグラム」は、演算範囲（ビン範囲６〜１２）が、最大値のビンをｎとしてｎ−３〜ｎ＋３の領域に置き換えられた図である。
【００５８】
最初に、演算部３０は、最大値のビン中心位置をｎ＋０．５に設定する。また、ｎより大きいビンのカウント値の合計値をＦｐ１、ｎより小さいビンのカウント値の合計値をＦｍ１、ｎ−３〜ｎ＋３の領域の合計をＦ１とする。このとき、以下の式（４）により、演算部３０は、反射光の中心位置を演算する。ただし、検知対象物Ｓと光センサ１００との距離が長くなる場合などにはＦｍａｘ１での規格値が小さくなりうる。そのような場合、誤差が大きくなる。そのため、式（２）の値を用いて規格化するのが好適である。
【００５９】
ここで、反射光の中心位置は、「第１受光部１０の受光確率分布の平均値（平均位置）」と称されてもよい。あるいは、反射光の中心位置は、第１受光部１０の受光確率分布の平均値（平均位置）よりも広い概念を含んでよい。具体的には、式（４）では、最大ビンの中心位置を「ｎ＋０．５」と規定している。これは、第１受光部１０の受光確率分布の平均値をより正確に導出することを意図したものである。しかしながら、例えば、式（３）において第２受光部２０の出力に対応するヒストグラムにおける最大ビンの中心位置を「ｍ」と規定した場合には、式（４）においても、第１受光部１０の出力に対応するヒストグラムにおける最大ビンの中心位置を「ｎ」と規定すればよい。この場合にも、演算部３０は、「ｎ＋０．５」
【００６０】
【数２】
0006709335.tif 000003
【００６１】
ｎ＋０．５：最大値のビン中心位置
Ｆ１：ｎ−３〜ｎ＋３のカウント値の合計値（ヒストグラム上の対象物反射光成分に対応するビン範囲において、ヒストグラムからクロストーク成分、及び外乱光成分を減算した後のカウント値の合計値）
Ｆｍａｘ２：ビンｍのカウント値（ヒストグラムから参照光受光成分を減算した後の、最大ビンｍのカウント値）
Ｆｐ１：ｎより大きいビンのカウント値の合計値（ｎより大きいビンにおける、ヒストグラムからクロストーク成分、及び外乱光成分を減算した後のカウント値の合計値）
Ｆｍ１：ｎより小さいビンのカウント値の合計値（ｎより小さいビンにおける、ヒストグラムからクロストーク成分、及び外乱光成分を減算した後のカウント値の合計値）
図８において、パルス光の存在する範囲が３ビン強の範囲として認められるため、演算部３０は、最大値のビンを含めてどの状態でもパルス光が含まれるビン７個分を演算範囲と特定している。演算部３０は、光センサ１００と検知対象物Ｓとの間の距離を高分解能で測定するために、ヒストグラム上の対象物反射光成分に対応するビン範囲には対象物反射光成分をすべて含めるのが好ましい。ただし、演算部３０は、これに限られず、演算範囲を適宜設定してよい。
【００６２】
Ｓ５０において実際のクロストーク成分よりも大きい値を第１受光部１０のヒストグラムから減算している場合には、余分に減算していた値を戻したうえで式（４）を演算する。
【００６３】
続いて、演算部３０は、以下の式（５）のように、Ｓ８０で取得した第１受光部１０の受光確率分布の平均値とＳ４０で取得した第２受光部２０の受光確率分布の平均値との差を演算する。
【００６４】
【数３】
0006709335.tif 000004
【００６５】
演算部３０は、式（５）の結果から、参照光と検知対象物Ｓの反射光との遅延差を演算し、演算して得られた値を比例計算することで光センサ１００と検知対象物Ｓとの距離を演算する（Ｓ９０：演算ステップ）。比例計算は次のように行われる。例えば、参照光と検知対象物Ｓの反射光との遅延差と、光センサ１００と検知対象物Ｓとの距離との関係を予め記憶部（不図示）に記憶させておく。演算部３０は、参照光と検知対象物Ｓの反射光との遅延差を演算すると、その演算して得られた遅延差に対応する光センサ１００と検知対象物Ｓとの距離を上記記憶部から読み出す。これにより、光センサ１００は、光センサ１００と検知対象物Ｓとの距離を測定することができる。
【００６６】
なお、図５では、Ｓ１０〜Ｓ４０の後にＳ５０〜Ｓ８０が実施されるものとして説明した。しかしながら、Ｓ１０〜Ｓ４０は、Ｓ５０〜Ｓ８０の後に実施されてもよいし、Ｓ５０〜Ｓ８０と同時に実施されてもよい。
【００６７】
光センサ１００は、上記構成を備えることにより、以下の効果を奏する。
【００６８】
具体的に、光センサ１００では、第２受光部２０のヒストグラムからはダークノイズ、及び外乱光成分が減算され、第１受光部１０のヒストグラムからはクロストーク成分、ダークノイズ、及び外乱光成分が減算される。つまり、光センサ１００は、クロストーク成分、ダークノイズ、及び外乱光成分の影響を抑えつつ、光センサ１００と検知対象物Ｓとの距離を測定することができる。
【００６９】
そして、光センサ１００は、光センサ１００と検知対象物Ｓとの距離を演算によって取得することから、第１ＴＤＣ１１及び第２ＴＤＣ２１の分解能が低い場合であっても、光センサ１００と検知対象物Ｓとの距離を高分解能で測定することができる。
【００７０】
加えて、光センサ１００では、光センサ１００と検知対象物Ｓとの距離を測定する際に、ヒストグラムに基づく演算が行われる。したがって、光センサ１００は、ＤＬＬによる遅延量の推定方法のように収束時間を必要としない。これにより、光センサ１００は、ＤＬＬによる遅延量の推定方法よりも高速で光センサ１００と検知対象物Ｓとの距離を測定することができる。
【００７１】
このように、光センサ１００は、上記の構成を備えることにより、クロストーク成分の影響が低く、高分解能かつ高速に距離測定を可能とする。しかも、光センサ１００では、演算部３０による演算処理を介して光センサ１００と検知対象物Ｓとの距離を測定する構成であるため、上記種々の効果を安価に実現することができる。
【００７２】
〔実施形態２〕
本発明の実施形態２に係る光センサ１２０について説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【００７３】
光センサ１２０は、光センサ１００と同様に、基準パルス生成回路１、ドライバ２、発光素子３、第１受光部１０、第１ＴＤＣ１１、第１ヒストグラム生成回路１２、第２受光部２０、第２ＴＤＣ２１、第２ヒストグラム生成回路２２、及び演算部３０を備える。
【００７４】
しかしながら、光センサ１２０では、演算部３０が図５のＳ１０及びＳ６０の前にフィルタリング処理を実施する点で光センサ１００と相違する。以下、具体的に説明する。
【００７５】
光センサ１２０では、演算部３０が、第２ヒストグラム生成回路２２からヒストグラムを取得する。そして、演算部３０は、演算範囲となるビン領域の移動平均を演算する。図６の「第２受光部２０の出力に対応するヒストグラム」の例では、パルス光の幅はほぼビン３個分である。そこで、演算部３０は、ビン０〜７の範囲で３領域の移動平均を演算し、その移動平均に基づいて新たなヒストグラムを作成する。以降のＳ１０〜Ｓ４０の工程は、光センサ１００と同様でよい。
【００７６】
ここで、上記説明では、パルス光の幅はほぼビン３個分であることから、演算部３０は、ビン０〜７の範囲で３領域の移動平均を演算している。しかしながら、演算部３０は、ビン０〜７の範囲で４領域の移動平均を演算してもよい。このように、演算部３０は、第１ヒストグラム生成回路１２からヒストグラムを取得すると、参照光に対応するヒストグラム上のビンの数に略一致する領域数で移動平均を演算すればよい。
【００７７】
また、上記説明では、パルス光の幅はほぼビン３個分であることから、演算部３０は、ビン０〜７の範囲で３領域の移動平均を演算している。しかしながら、演算部３０は、演算負荷が増えるものの、ビン０〜１２の範囲で移動平均を演算してもよい。
【００７８】
光センサ１２０では、演算部３０は、演算範囲（図６の例ではビン２〜５）におけるクロストーク成分を第１受光部１０のヒストグラムから減算する（Ｓ５０）。続いて、Ｓ６０に移る。演算部３０は、ヒストグラム全体（ビン０〜１２）の移動平均を演算する。図６の「第１受光部１０の出力に対応するヒストグラム」の例において、パルス光の幅はほぼビン３個分である。そこで、演算部３０は、ビン０〜１２の範囲で３領域の移動平均を演算し、その移動平均に基づいて新たなヒストグラムを作成する。以降のＳ６０〜Ｓ９０の工程は、光センサ１００と同様でよい。
【００７９】
ここで、上記説明では、パルス光の幅はほぼビン３個分であることから、演算部３０は、ビン０〜１２の範囲で３領域の移動平均を演算している。しかしながら、演算部３０は、ビン０〜１２の範囲で４領域の移動平均を演算してもよい。演算部３０は、第２ヒストグラム生成回路２２からヒストグラムを取得すると、検知対象物Ｓでの反射光（パルス光）に対応するヒストグラム上のビンの数に略一致する領域数で移動平均を演算すればよい。
【００８０】
このように、光センサ１２０は、Ｓ１０及びＳ６０における最大ビンの検索前にヒストグラムをフィルタリング処理する。そして、演算部３０は、移動平均後の第２受光部２０の受光確率分布の平均値、及び、移動平均後の第１受光部１０の受光確率分布の平均値に基づいて、光センサ１２０と検知対象物Ｓとの距離を演算する（Ｓ９０）。
【００８１】
上記の構成によれば、光センサ１２０では、フィルタリング処理によってビンの最大値が強調され、最大値のビンを正確に検索しやすくなる。また、光センサ１２０は、移動平均による平滑化処理を介して、ノイズによる影響を抑えつつ、光センサ１１０と検知対象物Ｓとの距離をより正確に測定することができる。
【００８２】
〔実施形態３〕
本発明の実施形態３に係る光センサ１３０について説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【００８３】
光センサ１３０は、光センサ１００と同様に、基準パルス生成回路１、ドライバ２、発光素子３、第１受光部１０、第１ＴＤＣ１１、第１ヒストグラム生成回路１２、第２受光部２０、第２ＴＤＣ２１、第２ヒストグラム生成回路２２、及び演算部３０を備える。
【００８４】
しかしながら、光センサ１３０では、演算部３０が図５のＳ２０及びＳ７０を光センサ１００とは異なる方法で実施する。以下、図９を用いて具体的に説明する。
【００８５】
図９は、ダークノイズ、及び外乱光成分を減算する方法を説明するための図である。図９は、上から順に、「ＴＸ」、「第２受光部２０の出力の確率分布」、「第１受光部１０の出力の確率分布」、「第２受光部２０の出力に対応するヒストグラム」、「第１受光部１０の出力に対応するヒストグラム」を示す。
【００８６】
光センサ１３０では、演算部３０は、第２受光部２０については、演算範囲外（ビン７〜１６）のヒストグラムのカウント値の平均値を用いてダークノイズ、及び外乱光成分の減算値を算出する（Ｓ２０に対応）。また、光センサ１３０では、演算部３０は、第１受光部１０については、演算範囲（ビン７〜１２）、及びクロストーク発生領域（ビン０〜６）を除いたビン（ビン１３〜１６）のヒストグラムのカウント値の平均値を用いてダークノイズ、及び外乱光成分の減算値を演算する（Ｓ７０に対応）。
【００８７】
上記の構成によれば、光センサ１３０は、発光素子３の非発光時間を別途設ける必要がなくなる。これにより、光センサ１３０は、光センサ１００が光センサ１００と検知対象物Ｓとの距離を測定するよりも速く、光センサ１３０と検知対象物Ｓとの距離を測定することができる。
【００８８】
〔実施形態４〕
本発明の実施形態４に係る光センサ１４０について説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【００８９】
光センサ１４０は、図１の構成において、第１受光部１０及び第２受光部２０とカバーガラスＧとの距離が十分に近い場合に用いられる。以下、具体的に説明する。
【００９０】
上述したように、光センサ１００では、演算部３０は、演算範囲（図６の例ではビン２〜５）におけるクロストーク成分を第１受光部１０のヒストグラムから減算する（Ｓ５０）。これに対して、光センサ１４０では、第１受光部１０のヒストグラムから減算すべき各ビンのクロストーク成分を、第２受光部２０のヒストグラムの演算範囲（図６の例ではビン２〜５）における各ビンの固定値倍の値とする。具体的に、光センサ１４０では、第１受光部１０のヒストグラムから減算すべきビン２におけるクロストーク成分を、第２受光部２０のヒストグラムのビン２の固定値倍の値とする。また、光センサ１４０では、第１受光部１０のヒストグラムから減算すべきビン３におけるクロストーク成分を、第２受光部２０のヒストグラムのビン３の固定値倍の値とする。このように、第１受光部１０のヒストグラムから減算すべき各ビンのクロストーク成分として、第２受光部２０のヒストグラムのビンごとに別々の減算値を与える。「固定値」は、例えば１．５倍、又は２倍など、適宜設定してよい。変動値ではなく固定値を使用することにより、光センサ１４０は、演算結果の信頼性を向上させている。
【００９１】
上記の構成によれば、光センサ１４０は、第１受光部１０及び第２受光部２０のフォトン検出確率が同時に変化する環境下（温度変化がある場合など）においても、第１受光部１０のヒストグラムから減算すべきクロストーク成分の減算値を正常な値に自動追従させることができる。これにより、光センサ１４０は、光センサ１４０と検知対象物Ｓとの距離を好適に測定することができる。
【００９２】
〔実施形態５〕
本発明の実施形態５に係る光センサ１５０について説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【００９３】
光センサ１５０は、光センサ１００と同様に、基準パルス生成回路１、ドライバ２、発光素子３、第１受光部１０、第１ＴＤＣ１１、第１ヒストグラム生成回路１２、第２受光部２０、第２ＴＤＣ２１、第２ヒストグラム生成回路２２、及び演算部３０を備える。
【００９４】
しかしながら、光センサ１５０では、演算部３０がクロストーク成分の減算値を自動更新する点で光センサ１００と相違する。以下、図１０、及び図１１を用いて具体的に説明する。
【００９５】
図１０は、第１ヒストグラム生成回路１２及び第２ヒストグラム生成回路２２により生成されるヒストグラムの一例である。図１０の例では、０〜１６までのビンのヒストグラムが示されている。
【００９６】
図１０の「第１受光部１０の出力に対応するヒストグラム」を参照して、演算部３０は、ビン０〜６をクロストーク発生領域、ビン８〜１４を演算範囲と特定する。つまり、図１０では、クロストーク発生領域及び演算範囲は互いに重なっていない。このような場合、演算部３０は、クロストーク発生領域のヒストグラムから外乱光成分を除去し、外乱光成分を除去した後のヒストグラムからクロストーク成分を抽出する。そして、演算部３０は、抽出されたクロストーク成分を、図５のＳ５０において第１受光部１０のヒストグラムから減算すべきクロストーク成分（クロストーク減算値）として設定する。
【００９７】
具体的に図１１を用いて説明する。図１１は、演算部３０が検知対象物Ｓと光センサ１５０との距離を演算する流れを示すフローチャートである。なお、Ｓ１０〜Ｓ６０、Ｓ７０〜Ｓ９０までは図５と同じフローであるため、それらの説明は省略する。
【００９８】
演算部３０は、第１受光部１０のヒストグラムから、クロストーク成分の影響を抑えた最大ビンを検索する（Ｓ６０）。そして、演算部３０は、第１受光部１０の出力に対応するヒストグラムにおいて、クロストーク発生領域及び演算範囲が互いに重なっているかどうかを確認する（Ｓ６２）。
【００９９】
Ｓ６２において「Ｙｅｓ」であれば、演算部３０は、図６のヒストグラムからダークノイズ、及び外乱光成分を減算したヒストグラムを作成する（Ｓ７０）。一方、Ｓ６２において「Ｎｏ」であれば、演算部３０は、クロストーク発生領域から外乱光成分を除去し、外乱光成分を除去した後のヒストグラムからクロストーク減算値を抽出する。そして、演算部３０は、抽出されたクロストーク減算値を、図５のＳ５０において第１受光部１０のヒストグラムから減算すべきクロストーク減算値として設定（更新）する（Ｓ６４）。続いて、演算部３０は、Ｓ７０の処理に移る。光センサ１５０では、Ｓ６４において演算部３０がクロストーク減算値を更新した場合には、次回のＳ５０での処理において更新後のクロストーク減算値が使用される。
【０１００】
上記構成によれば、光センサ１５０は、演算部３０によるクロストーク減算値の演算を毎回実施する必要がなくなるため、光センサ１５０と検知対象物Ｓとの距離を高速に演算することができる。
【０１０１】
ここで、外乱光成分が大きく、かつ、対象物反射光成分が小さい場合、演算範囲が不正確になる場合がある。そこで、演算部３０は、特に、第１受光部１０の最大ビンの外乱光成分の減算後の値が所定の閾値以上の場合に、その時のクロストーク成分を抽出する。そして、演算部３０は、その抽出したクロストーク成分をクロストーク減算値として更新する（Ｓ６４）。これにより、光センサ１５０は、外乱光成分が大きく、かつ、対象物反射光成分が小さい場合においても、光センサ１５０と検知対象物Ｓとの距離を正確に演算することができる。
【０１０２】
なお、ビン毎に更新されるクロストーク減算値は、測定値（抽出したクロストーク成分のカウント値）そのものでもよいし、あるいは、実施形態４のように上記クロストーク減算値を固定値倍した値でもよい。いずれにせよ、演算部３０は、クロストーク成分に対応するビン範囲における各ビンのカウント値それぞれに基づいて、当該ビン範囲における各ビンのクロストーク減算値を規定する。
【０１０３】
上記の構成によれば、光センサ１５０は、例えばカバーガラスＧに汚れ等が付着してクロストーク成分の測定が不安定になる場合においても、検知対象物Ｓと光センサ１５０との距離を正確に演算することができる。
【０１０４】
なお、演算部３０は、以下のようにクロストーク成分の減算値を自動更新してもよい。
【０１０５】
具体的に、演算部３０は、クロストーク成分に対応する１又は複数のビンのカウント値の平均値を記録しておく。そして、演算部３０は、当該平均値以上の値をクロストーク成分として対象物反射光成分から減算し、その後、最大ビンを検索する（Ｓ６０）。
【０１０６】
このように、演算部３０は、種々の方法によりクロストーク成分の減算値を自動更新することができる。
【０１０７】
〔実施形態６〕
本発明の実施形態６に係る光センサ１６０について説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【０１０８】
図１２は、発光素子３、第１受光部１０、及び第１ＴＤＣ１１を複数備える光センサ１６０の概略構成を示すブロック図である。
【０１０９】
光センサ１６０は、光センサ１００と同様に、基準パルス生成回路１、ドライバ２、発光素子３、第１受光部１０、第１ＴＤＣ１１、第１ヒストグラム生成回路１２、第２受光部２０、第２ＴＤＣ２１、第２ヒストグラム生成回路２２、及び演算部３０を備える。ただし、光センサ１６０は、第１受光部１０、第１ＴＤＣ１１、及び第１ヒストグラム生成回路１２を複数組備える。演算部３０は、複数の第１ヒストグラム生成回路１２から出力されるヒストグラムすべてに対して上記の方法で演算処理し、検知対象物Ｓと光センサ１６０との距離を演算する。
【０１１０】
上記の構成によれば、光センサ１６０は、複数画素を備える。これにより、光センサ１６０は、３Ｄ（３−Dimension）−ＴＯＦ（ＴＯＦ：Time Of Flight）方式のＡＦ用測距センサ等に好適に適用することができる。
【０１１１】
〔ソフトウェアによる実現例〕
演算部３０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。
【０１１２】
後者の場合、演算部３０は、各機能を実現するソフトウェアであるプログラムの命令を実行するＣＰＵ、上記プログラムおよび各種データがコンピュータ（またはＣＰＵ）で読み取り可能に記録されたＲＯＭ（Read Only Memory）または記憶装置（これらを「記録媒体」と称する）、上記プログラムを展開するＲＡＭ（Random Access Memory）などを備えている。そして、コンピュータ（またはＣＰＵ）が上記プログラムを上記記録媒体から読み取って実行することにより、本発明の目的が達成される。上記記録媒体としては、「一時的でない有形の媒体」、例えば、テープ、ディスク、カード、半導体メモリ、プログラマブルな論理回路などを用いることができる。また、上記プログラムは、該プログラムを伝送可能な任意の伝送媒体（通信ネットワークや放送波等）を介して上記コンピュータに供給されてもよい。なお、本発明の一態様は、上記プログラムが電子的な伝送によって具現化された、搬送波に埋め込まれたデータ信号の形態でも実現され得る。
【０１１３】
〔まとめ〕
本発明の態様１に係る光センサは、検知対象物との間の距離を測定する光センサであって、上記検知対象物に対してパルス光を照射する発光素子と、上記検知対象物での反射光、第１外乱光、及び上記光センサ内部での反射光の少なくとも１つによるフォトン入射に対して同期する第１パルスを出力する、１以上のフォトンカウント型の第１受光部と、上記第１パルスの出力時刻とパルス頻度との関係を示す第１ヒストグラムを生成する、１以上の第１ヒストグラム生成部と、第２外乱光、及び上記発光素子からの参照光の少なくとも何れかによるフォトン入射に対して同期する第２パルスを出力するフォトンカウント型の第２受光部と、上記第２パルスの出力時刻とパルス頻度との関係を示す第２ヒストグラムを生成する第２ヒストグラム生成部と、上記第１ヒストグラムにおいて、上記検知対象物での反射光に対応する成分を対象物反射光成分、上記第１外乱光に対応する成分を第１外乱光成分、上記光センサ内部での反射光に対応する成分をクロストーク成分とし、上記第２ヒストグラムにおいて、上記発光素子からの参照光に対応する成分を参照光受光成分、上記第２外乱光に対応する成分を第２外乱光成分としたときに、上記第１ヒストグラムにおいて上記第１受光部の受光確率分布の中心位置を示す反射光中心位置と上記第２ヒストグラムにおいて上記第２受光部の受光確率分布の中心位置を示す参照光中心位置との差に基づいて、上記光センサと上記検知対象物との間の距離を演算する演算部と、を備える構成である。
【０１１４】
上記の構成によれば、本発明の一態様に係る光センサでは、上記光センサと上記検知対象物との間の距離は演算処理を介して測定される。これにより、本発明の一態様に係る光センサは、上記光センサと上記検知対象物との間の距離を測定するのに要する時間を改善することができる。
【０１１５】
また、本発明の一態様に係る光センサは、上記クロストーク成分、上記第１外乱光成分、及び上記第２外乱光成分を考慮して、上記光センサと上記検知対象物との間の距離を演算する。これにより、本発明の一態様に係る光センサは、上記光センサと上記検知対象物との間の距離を高分解能で測定することができる。
【０１１６】
さらに言えば、本発明の一態様に係る光センサは、ＤＬＬによる遅延量の推定方法とは異なり、Delay Locked Loop回路（ＤＬＬ）を必要としない。したがって、本発明の一態様に係る光センサは、上記光センサと上記検知対象物との間の距離を従来よりも安価な構成により測定することができる。
【０１１７】
本発明の態様２に係る光センサは、上記の態様１において、上記演算部は、以下の式により、上記反射光中心位置と上記参照光中心位置との差を演算する構成としてもよい。
【０１１８】
【数４】
0006709335.tif 000005
【０１１９】
ｎ：上記第１ヒストグラムから上記クロストーク成分を除算した後のカウント値が最大のビン（最大ビン）
Ｆ１：上記第１ヒストグラム上の上記対象物反射光成分に対応するビン範囲において、上記第１ヒストグラムから上記クロストーク成分、及び上記第１外乱光成分を減算した後のカウント値の合計値
Ｆｐ１：ｎより大きいビンにおける、上記第１ヒストグラムから上記クロストーク成分、及び上記第１外乱光成分を減算した後のカウント値の合計値
Ｆｍ１：ｎより小さいビンにおける、上記第１ヒストグラムから上記クロストーク成分、及び上記第１外乱光成分を減算した後のカウント値の合計値
ｍ：上記第２ヒストグラムにおいてカウント値が最大のビン（最大ビン）
Ｆ２：上記第２ヒストグラム上の上記参照光受光成分に対応するビン範囲において、上記第２ヒストグラムから上記第２外乱光成分が減算された後のカウント値の合計値
Ｆｍａｘ２：上記第２ヒストグラムから上記参照光受光成分を減算した後の、最大ビンｍのカウント値
Ｆｐ２：ｍより大きいビンにおける、上記第２ヒストグラムから上記第２外乱光成分を減算した後のカウント値の合計値
Ｆｍ２：ｍより小さいビンにおける、上記第２ヒストグラムから上記第２外乱光成分を減算した後のカウント値の合計値
上記の構成によれば、本発明の一態様に係る光センサは、上記光センサと上記検知対象物との間の距離を演算（測定）するのに複雑な演算式を必要としない。
【０１２０】
これにより、本発明の一態様に係る光センサは、上記演算部の演算負荷を低減しつ、かつ、短時間で、上記光センサと上記検知対象物との間の距離を測定することができる。
【０１２１】
本発明の態様３に係る光センサは、上記の態様２において、上記第１ヒストグラム上の上記対象物反射光成分に対応するビン範囲には、上記対象物反射光成分がすべて含まれており、上記第２ヒストグラム上の上記参照光受光成分に対応するビン範囲には、上記参照光受光成分がすべて含まれている構成としてもよい。
【０１２２】
上記の構成によれば、本発明の一態様に係る光センサは、上記光センサと上記検知対象物との間の距離をさらに高分解能で測定することができる。
【０１２３】
本発明の態様４に係る光センサは、上記の態様２または３において、上記演算部は、上記第１ヒストグラムから上記クロストーク成分を減算し、続いて、上記第１ヒストグラム上の上記対象物反射光成分に対応するビン数と略同数で当該第１ヒストグラムのビンのカウント値の移動平均を演算し、その後、最大ビン（ｎ）を検索し、上記第２ヒストグラム上の上記参照光受光成分に対応するビン数と略同数で当該第２ヒストグラムのビンのカウント値の移動平均を演算し、その後、最大ビン（ｍ）を検索する構成としてもよい。
【０１２４】
また、本発明の態様４に係る光センサは、上記の態様２または３において、上記演算部は、上記パルス光の幅に応じたビン数によって上記第１ヒストグラムをフィルタリングした後に上記最大ビン（ｎ）を検索し、かつ、上記パルス光の幅に応じたビン数によって上記第２ヒストグラムをフィルタリングした後に上記最大ビン（ｍ）を検索する構成としてもよい。
【０１２５】
上記の構成によれば、本発明の一態様に係る光センサは、フィルタリング（移動平均処理）により最大ビンを強調し、最大ビンを正確に検索することができる。また、本発明の一態様に係る光センサは、フィルタリングを介して、ノイズによる影響を抑えつつ、上記光センサと上記検知対象物との間の距離をさらに正確に測定することができる。
【０１２６】
本発明の態様５に係る光センサは、上記の態様２または３において、上記演算部は、上記クロストーク成分に対応する１又は複数のビンのカウント値の平均値を記録しておき、上記平均値以上の値を上記クロストーク成分として上記対象物反射光成分から減算し、その後、最大ビン（ｎ）を検索する構成としてもよい。
【０１２７】
上記の構成によれば、本発明の一態様に係る光センサは、周囲環境（温度等）が変化した場合であっても、上記クロストーク成分を考慮して、上記光センサと上記検知対象物との間の距離を演算することができる。
【０１２８】
本発明の態様６に係る光センサは、上記の態様２から５の何れか１項において、上記演算部は、上記第１ヒストグラムにおいて、上記クロストーク成分及び上記対象物反射光成分に対応するビン範囲以外のビン範囲における１又は複数のビンのカウント値の平均値を上記第１外乱光成分と規定し、かつ、上記第２ヒストグラムにおいて、上記参照光受光成分に対応するビン範囲以外のビン範囲における１又は複数のビンのカウント値の平均値を上記第２外乱光成分と規定して、上記反射光中心位置と上記参照光中心位置との差を演算する構成としてもよい。
【０１２９】
上記の構成によれば、本発明の一態様に係る光センサは、上記発光素子の非発光期間を別途設ける必要がない。それゆえ、本発明の一態様に係る光センサは、上記光センサと上記検知対象物との間の距離をさらに高速に演算することができる。
【０１３０】
本発明の態様７に係る光センサは、上記の態様２から６の何れか１項において、上記演算部は、上記反射光中心位置を演算するときに、上記参照光受光成分に対応する上記第２ヒストグラム上の１又は複数のビンのうちの何れか１つのビンのカウント値を固定倍した値を上記クロストーク成分として規定し、そのクロストーク値を上記対象物反射光成分から減算する構成としてもよい。
【０１３１】
あるいは、本発明の態様７に係る光センサは、上記の態様２から６の何れか１項において、上記演算部は、上記第２ヒストグラムにおける上記参照光受光成分に対応するビン範囲を上記クロストーク成分に対応するビン範囲と特定し、かつ、上記ビン範囲に含まれるビンのカウント値に対して固定値倍した値を当該ビンについての上記クロストーク成分と規定し、規定した当該クロストーク成分を、上記第２ヒストグラムにおける上記参照光受光成分に対応するビン範囲に含まれるビンに対応する上記第１ヒストグラムのビンのカウント値からそれぞれ減算する構成としてもよい。
【０１３２】
上記の構成によれば、本発明の一態様に係る光センサは、上記第１受光部及び上記第２受光部のフォトン検出確率が同時に変化する環境下（温度変化がある場合など）においても、第１ヒストグラムから減算すべきクロストーク成分の減算値を正常な値に自動追従させることができる。これにより、本発明の一態様に係る光センサは、上記光センサと上記検知対象物との間の距離を好適に測定することができる。
【０１３３】
本発明の態様８に係る光センサは、上記の態様２から６の何れか１項において、上記演算部は、上記第１ヒストグラムにおいて、上記クロストーク成分に対応するビン範囲と上記対象物反射光成分に対応するビン範囲とが互いに重ならず、かつ、上記対象物反射光成分に対応する１又は複数のビンのうちの最大ビンから上記第１外乱光成分が減算された後の値が所定値以上である場合に、上記クロストーク成分に対応するビン範囲における各ビンのカウント値それぞれに基づいて、当該ビン範囲における各ビンの上記クロストーク成分を規定する構成としてもよい。
【０１３４】
上記の構成によれば、本発明の一態様に係る光センサは、例えば上記光センサ内部（カバーガラス等）に汚れ等が付着して上記クロストーク成分の測定が不安定になる場合においても、上記光センサと上記検知対象物との間の距離を好適に測定することができる。
【０１３５】
本発明の態様９に係る光センサは、上記の態様１から８の何れか１項において、上記第１受光部は、複数の第１受光部を備え、上記第１ヒストグラム生成部は、上記複数の第１受光部と同数の、複数の第１ヒストグラム生成部を備え、上記複数の第１受光部はそれぞれ、上記複数の第１ヒストグラム生成部それぞれと一対一で対応しており、上記演算部は、上記複数の第１ヒストグラム生成部が生成する複数の上記第１ヒストグラムそれぞれと上記第２ヒストグラムとの間で、上記光センサと上記検知対象物との間の距離を演算する構成としてもよい。
【０１３６】
上記の構成によれば、本発明の一態様に係る光センサは、複数画素を備えることができる。これにより、本発明の一態様に係る光センサは、３Ｄ（３−Dimension）−ＴＯＦ（ＴＯＦ：Time Of Flight）方式のＡＦ用測距センサ等に好適に適用することができる。
【０１３７】
本発明の態様１０に係る光センサは、上記の態様１から９の何れか１項において、上記反射光中心位置と上記参照光中心位置との差と、上記光センサと上記検知対象物との距離との対応関係が予め規定されており、上記演算部は、上記対応関係に基づいて、上記反射光中心位置と上記参照光中心位置との差から上記光センサと上記検知対象物との距離を演算する構成としてもよい。
【０１３８】
上記の構成によれば、本発明の一態様に係る光センサは、上記反射光中心位置と上記参照光中心位置との差が演算されれば、上記光センサと上記検知対象物との距離を極めて高速に演算することができる。
【０１３９】
本発明の態様１１に係る光センサを備えていることを特徴とする電子機器は、上記の態様１から１０のいずれかにおいて、請求項１から１０のいずれか１項に記載の光センサを備えている構成としてもよい。
【０１４０】
本発明の一態様に係る電子機器は、上記光センサを備えることにより、当該電子機器と検知対象物との距離を高速かつ高分解能に測定する機能を有することができる。
【０１４１】
本発明の態様１２に係る演算装置は、検知対象物との間の距離を測定する光センサに適用される演算装置であって、上記光センサは、上記検知対象物に対してパルス光を照射する発光素子と、上記検知対象物での反射光、第１外乱光、及び上記光センサ内部での反射光の少なくとも１つによるフォトン入射に対して同期する第１パルスを出力する、１以上のフォトンカウント型の第１受光部と、第２外乱光、及び上記発光素子からの参照光の少なくとも何れかによるフォトン入射に対して同期する第２パルスを出力するフォトンカウント型の第２受光部と、を備え、上記演算装置は、上記第１パルスの出力時刻とパルス頻度との関係を示す第１ヒストグラムを生成する、１以上の第１ヒストグラム生成部と、上記第２パルスの出力時刻とパルス頻度との関係を示す第２ヒストグラムを生成する第２ヒストグラム生成部と、上記第１ヒストグラムにおいて、上記検知対象物での反射光に対応する成分を対象物反射光成分、上記第１外乱光に対応する成分を第１外乱光成分、上記光センサ内部での反射光に対応する成分をクロストーク成分とし、上記第２ヒストグラムにおいて、上記発光素子からの参照光に対応する成分を参照光受光成分、上記第２外乱光に対応する成分を第２外乱光成分としたときに、上記第１ヒストグラムにおいて上記第１受光部の受光確率分布の中心位置を示す反射光中心位置と上記第２ヒストグラムにおいて上記第２受光部の受光確率分布の中心位置を示す参照光中心位置との差に基づいて、上記光センサと上記検知対象物との間の距離を演算する演算部と、を備える構成である。
【０１４２】
上記の構成によれば、上記光センサと同様の効果を奏する。
【０１４３】
本発明の態様１３に係る方法は、光センサと検知対象物との距離を測定する方法であって、上記光センサに含まれる発光素子からパルス光を照射し、上記検知対象物での反射光、第１外乱光、及び上記光センサ内部での反射光の少なくとも１つによる第１受光部へのフォトン入射に対して同期する第１パルスを出力する第１出力ステップと、上記第１パルスの出力時刻とパルス頻度との関係を示す第１ヒストグラムを生成する第１ヒストグラム生成ステップと、第２外乱光、及び上記発光素子からの参照光の少なくとも何れかによる第２受光部へのフォトン入射に対して同期する第２パルスを出力する第２出力ステップと、上記第２パルスの出力時刻とパルス頻度との関係を示す第２ヒストグラムを生成する第２ヒストグラム生成ステップと、上記第１ヒストグラムにおいて、上記検知対象物での反射光に対応する成分を対象物反射光成分、上記第１外乱光に対応する成分を第１外乱光成分、上記光センサ内部での反射光に対応する成分をクロストーク成分とし、上記第２ヒストグラムにおいて、上記発光素子からの参照光に対応する成分を参照光受光成分、上記第２外乱光に対応する成分を第２外乱光成分としたときに、上記第１ヒストグラムにおいて上記第１受光部の受光確率分布の中心位置を示す反射光中心位置と上記第２ヒストグラムにおいて上記第２受光部の受光確率分布の中心位置を示す参照光中心位置との差に基づいて、上記光センサと上記検知対象物との間の距離を演算する演算ステップと、を含む方法である。
【０１４４】
上記の構成によれば、上記光センサと同様の効果を奏する。
【０１４５】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
【符号の説明】
【０１４６】
１  基準パルス生成回路
２  ドライバ
３  発光素子
１０  第１受光部
１１  第１ＴＤＣ
１２  第１ヒストグラム生成回路（第１ヒストグラム生成部）
２０  第２受光部
２１  第２ＴＤＣ
２２  第２ヒストグラム生成回路（第２ヒストグラム生成部）
３０  演算部
１００、１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０  光センサ
【図１】
0006709335.tif 000007
【図２】
0006709335.tif 000008
【図３】
0006709335.tif 000009
【図４】
0006709335.tif 000010
【図５】
0006709335.tif 000011
【図６】
0006709335.tif 000012
【図７】
0006709335.tif 000013
【図８】
0006709335.tif 000014
【図９】
0006709335.tif 000015
【図１０】
0006709335.tif 000016
【図１１】
0006709335.tif 000017
【図１２】
0006709335.tif 000018