(57)【要約】【課題】対象物までの距離を測定する距離センサにおいて、温度変化に対する距離の測定精度の低下を抑制する。【解決手段】距離センサ（１）は、光源部（２）と、受光部（３）と、演算部（４０）と、温度測定部（５）と、タイミング調整部（６）とを備える。光源部は、対象物に対して光を出射する。受光部は、光源部による光の出射に同期して光を受光する。演算部は、受光部によって受光された光の受光量に基づき、対象物までの距離を演算する。温度測定部は、温度を測定する。タイミング調整部は、測定された温度に応じて、距離に対する第１の温度補正を行うために、光源部と受光部の少なくとも一方の動作タイミングを調整する。演算部は、第１の温度補正により補正できない距離の温度変動分に対する補正量を演算することにより距離に対する第２の温度補正を行う。【選択図】図１０
2017053769.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物に対して光を出射する光源部と、
前記光源部による光の出射に同期して光を受光する受光部と、
前記受光部によって受光された光の受光量に基づき、前記対象物までの距離を演算する演算部と、
温度を測定する温度測定部と、
前記測定された温度に応じて、前記距離に対する第１の温度補正を行うために、前記光源部と前記受光部の少なくとも一方の動作タイミングを調整するタイミング調整部とを備え、
前記演算部は、前記第１の温度補正により補正できない前記距離の温度変動分に対する補正量を演算することにより前記距離に対する第２の温度補正を行う
距離センサ。
【請求項２】
前記演算部は、前記タイミング調整部により動作タイミングが調整された状態において前記受光部によって受光された光の受光量と、前記演算した補正量とに基づき、前記対象物までの距離を演算する
請求項１に記載の距離センサ。
【請求項３】
前記タイミング調整部は、前記光源部における光の出射を開始するタイミングと、前記受光部における光の受光を開始するタイミングとのうちの少なくとも一方を調整する、請求項１または２に記載の距離センサ。
【請求項４】
前記タイミング調整部において、前記動作タイミングの調整量は、所定の時間幅で段階的に設定される
請求項１〜３のいずれか１項に記載の距離センサ。
【請求項５】
前記タイミング調整部は、前記第１の温度補正において、前記測定された温度が所定間隔で変化する毎に前記動作タイミングの調整量を段階的に切替え、
前記演算部は、前記第２の温度補正において、前記所定間隔よりも小さい温度差に対応する補正量を算出する
請求項４に記載の距離センサ。
【請求項６】
前記タイミング調整部は、入力した信号を離散的に遅延させて出力する遅延回路を含む
請求項１〜５のいずれか１項に記載の距離センサ。
【請求項７】
前記光源部は、デューティ比０．１以下のパルス変調で光を出射する
請求項１〜６のいずれか１項に記載の距離センサ。
【請求項８】
前記光源部が出射する光のパルス変調のパルス幅は、５０ナノ秒以下である
請求項７に記載の距離センサ。
【請求項９】
前記光源部が出射する光は、７５０ｎｍ以上１５００ｎｍ以下のピーク波長を有する
請求項１〜８のいずれか１項に記載の距離センサ。
【請求項１０】
前記受光部は、
前記光源部が光を出射する期間の開始から所定時間の間に時分割して光を受光し、
時分割された受光量に相当する電荷をそれぞれ蓄積する複数の電荷蓄積部を備える
請求項１〜９のいずれか１項に記載の距離センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物までの距離を測定する距離センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
対象物までの距離を測定する距離センサに、対象物を含む物体に光を照射して反射光の伝播期間に基づき距離を測定するＴＯＦ（Time-Of-Flight）方式を用いる距離センサがある。ＴＯＦ方式の距離センサは、例えば測定した対象物までの距離を示す距離画像を生成する。距離センサにおいて、温度変化に対して測定値の補正を行うための技術が知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１は、小型軽量で低コストの装置構成で、温度変化に起因する誤差を除去するための距離測定装置を開示している。特許文献１の距離測定装置は、本体内の温度を測定する温度センサ素子と、予め求められた温度変化による距離補正値データを記憶する記憶手段とを備える。特許文献１の距離測定装置によると、光源から出射されてから、測定対象物で反射した光パルスを受光するまでの時間に基づき算出された測定対象物までの距離が、本体内の温度に対応する距離補正値データによって補正される。
【０００４】
また、特許文献２は、発光素子の温度変化によって生じ得る変調光の波形の歪みに対する対策を行うための距離計測装置を開示している。特許文献２の距離計測装置は、発光素子から時間経過に伴って強度が変化する変調光を投光させ、受光素子の出力から変調光の成分を抽出する制御手段と、発光素子の温度を計測する温度測定手段とを備える。特許文献２の距離計測装置によると、温度測定手段が計測した温度が高いほど発光素子の駆動電流を大きくし、発光素子の温度変化に対して受光素子に入射する変調光の変化が抑制される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】実開平６−７２０７４号公報
【特許文献２】特開２０１３−９２３８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、対象物までの距離を測定する距離センサにおいて、温度変化に対する距離の測定精度の低下を抑制する距離センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る距離センサは、光源部と、受光部と、演算部と、温度測定部と、タイミング調整部とを備える。光源部は、対象物に対して光を出射する。受光部は、光源部による光の出射に同期して光を受光する。演算部は、受光部によって受光された光の受光量に基づき、対象物までの距離を演算する。温度測定部は、温度を測定する。タイミング調整部は、測定された温度に応じて、距離に対する第１の温度補正を行うために、光源部と受光部の少なくとも一方の動作タイミングを調整する。演算部は、第１の温度補正により補正できない距離の温度変動分に対する補正量を演算することにより距離に対する第２の温度補正を行う。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る距離センサによると、温度測定部が測定した温度に応じて、タイミング調整部が動作タイミングを調整するとともに演算部が距離の補正量を算出することで、対象物までの距離を測定する距離センサにおいて温度変化に対する距離の測定精度の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態１に係る距離センサの構成を示すブロック図
【図２】距離センサにおける受光部の画素回路の構成例を示す模式図
【図３】距離センサにおけるタイミング調整回路の構成例を示す模式図
【図４】距離センサにおける照射光の出射と受光の動作タイミングを示すタイミングチャート
【図５】距離センサの出力値の温度依存性を示すグラフ
【図６】距離センサにおける温度誤差の発生例を説明するためのタイミングチャート
【図７】距離センサにおける検出ばらつきと温度誤差の関係を説明するための図
【図８】実施形態１のタイミング調整回路の段数を説明するための図
【図９】実施形態１のタイミング調整回路による温度補正を示すタイミングチャート
【図１０】距離センサによる温度補正の方法を説明するための図
【図１１】距離センサの補正量決定処理を説明するためのフローチャート
【図１２】距離センサの距離画像生成処理を説明するためのフローチャート
【図１３】距離センサの距離画像生成処理を説明するための図
【図１４】実施形態２に係る距離センサの構成を示すブロック図
【図１５】実施形態２のタイミング調整回路のタイミング調整を示すタイミングチャート
【図１６】距離センサにおけるタイミング調整回路の変形例を示す模式図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付の図面を参照して本発明に係る距離センサについて説明する。
【００１１】
各実施形態は例示であり、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることは言うまでもない。実施形態２以降では実施形態１と共通の事項についての記述を省略し、異なる点についてのみ説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については、実施形態毎には逐次言及しない。
【００１２】
（実施形態１）
１．構成
実施形態１に係る距離センサの構成について、図１を参照して説明する。図１は、実施形態１に係る距離センサの構成を示すブロック図である。
【００１３】
本実施形態に係る距離センサ１は、図１に示すように、光源部２と、受光部３と、ＴＯＦ信号処理部４と、温度測定部５と、タイミング調整回路６とを備える。距離センサ１は、間接ＴＯＦ方式などの測定方式において距離を測定するセンサモジュールである。距離センサ１は、光源部２から光の照射を行い、対象物７からの反射光を受光部３で受光して、ＴＯＦ信号処理部４において対象物７までの距離を示す距離画像を生成する。間接ＴＯＦ方式は、反射光の受光を時分割で複数回行い、得られた複数の受光量を比較することによって対象物までの距離を測定する方式である。
【００１４】
距離センサ１は、対象物７として例えばユーザの手や指までの距離を示す距離画像を生成する。距離センサ１は、例えば、モバイル端末などの情報端末装置に搭載される。距離センサ１は、搭載された情報端末装置の動作を制御するコントローラ８ととともに、情報端末装置におけるユーザインタフェースシステムを構成する。ユーザインタフェースシステムにおいて、コントローラ８は、距離センサ１からの距離画像に基づき、ユーザの手や指の動きによるジェスチャー操作などのユーザの操作を検出する。このような検出を可能にするために、距離センサ１は、例えば距離２０００ｍｍ以内の検出レンジにおいて２０ｍｍ以下等の精度を有する距離画像をコントローラ８に出力する。距離センサ１が搭載される情報端末装置は、スマートフォンやタブレット端末、携帯電話などのモバイル端末であってもよいし、眼鏡型や時計型などのウェアラブル端末、ノート型ＰＣ、デジタルカメラ、携帯型ゲーム機などであってもよい。
【００１５】
距離センサ１がモバイル端末等の装置に搭載される場合、モジュールサイズの小型化やフレームレートの高速化とともに、屋外使用などに伴う温度変化の対策が重要である。本実施形態の距離センサ１では、温度測定部５による測定温度に基づいて、距離画像における温度補正を行う。以下、本実施形態に係る距離センサ１の各部の構成について説明する。
【００１６】
光源部２は、図１に示すように、光源２０と、駆動回路２１とを備える。光源２０は、例えばＬＥＤ（発光ダイオード）やＬＤ（レーザダイオード）などの固体発光素子で構成される。光源２０は、例えば７５０ｎｍ以上１５００ｎｍ以下の波長帯を有する光を出射する（以下、光源部２が出射する光を「照射光」という。）。駆動回路２１は、光源部２に入力されるタイミング信号に基づき光源２０に給電する。駆動回路２１は、光源２０からの照射光を例えばパルス変調するように光源２０を駆動する。
【００１７】
受光部３は、例えばＣＭＯＳ（相補型金属酸化物半導体）イメージセンサ回路で構成される。受光部３は、マトリクス状に配置された複数の画素回路３０を備える。複数の画素回路３０は、７５０ｎｍ以上１５００ｎｍ以下等の波長帯を含む光を受光する受光面を有し、それぞれ受光量を蓄積する。受光部３における画素回路３０の構成については後述する。また、受光部３は、特に図示しないが、タイミング発生部４１からのタイミング信号に基づき画素回路３０を駆動する画素駆動回路や、画素回路３０に蓄積された受光量のアナログ値をデジタル値にＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換するＡ／Ｄ変換器等を備える。
【００１８】
ＴＯＦ信号処理部４は、ＴＯＦ方式において距離画像を生成するための種々の信号処理を行う回路を含み、制御部（演算部）４０と、タイミング発生部４１と、記憶部４４と、距離画像出力部４５とを含む。ＴＯＦ信号処理部４は、例えばＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）やＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ）で構成される。ＴＯＦ信号処理部４は、ＣＰＵやＭＰＵで構成されてもよい。
【００１９】
ＴＯＦ信号処理部４において、制御部４０は、ロジック回路や演算回路などで構成され、ＴＯＦ信号処理部４に含まれる各種の回路を制御する。また、制御部４０は、演算部として、論理演算や四則演算などの種々の演算を行う。制御部４０は、距離計算部４２と、距離補正部４３とを備える。
【００２０】
タイミング発生部４１は、発振回路などを備え、所定の周期を有するタイミング信号を発生する。タイミング発生部４１は、照射光の照射を制御するための照射制御信号として、発生したタイミング信号を光源部２に供給する。また、タイミング発生部４１は、発生したタイミング信号を受光部３にも供給し、光源部２による照射光の出射と受光部３による受光とを同期制御する。距離センサ１における照射光の出射と受光の動作タイミングについては、後述する。なお、タイミング発生部４１を受光部３に統合し、受光部３から光源部２の照射光をパルス変調する制御を行ってもよい。
【００２１】
距離計算部４２は、例えば四則演算が可能な演算回路で構成される。距離計算部４２は、受光部３による反射光の検出結果に基づいて、受光した反射光の伝播期間に基づく距離を計算する。距離の計算方法については後述する。距離計算部４２は、距離の計算を画素毎に行い、計算した画素毎の距離を示す距離出力値を距離画像出力部４５に出力する。距離計算部４２によって全画素分の距離出力値が計算されることにより、距離画像が生成される。
【００２２】
距離補正部４３は、例えば四則演算が可能な演算回路で構成される。距離補正部４３は、温度測定部５の測定温度に基づき、距離の補正量を算出する処理を実行する。距離補正部４３が実行する処理については後述する。
【００２３】
記憶部４４は、距離センサ１の機能を実現するためのデータやパラメータなど各種の情報を記憶する記憶媒体である。記憶部４４は、例えばフラッシュメモリで構成される。記憶部４４は、例えば温度補正を行う基準の基準温度や、温度補正のための補正量を記録する。
【００２４】
距離画像出力部４５は、外部機器に情報を出力するインタフェース回路で構成される。距離画像出力部４５は、距離計算部４２において生成された距離画像をコントローラ８等の外部機器に出力する。距離画像出力部４５は、記憶部４４に記録された全画素分の距離出力値を出力してもよいし、距離計算部４２が計算した距離出力値を随時、出力してもよい。
【００２５】
温度測定部５は、例えばサーミスタで構成され、−２０℃以上６０℃以下などの範囲に渡って温度を測定する。温度測定部５は、例えば受光部３と同一のＩＣチップ上などに設けられ、距離センサ１の受光部３近傍における温度を測定する。温度測定部５は、サーミスタに限らず、種々の温度測定手段で構成されてもよく、例えば熱電対で構成されてもよい。
【００２６】
タイミング調整回路６は、タイミング発生部４１からの照射制御信号の遅延時間を変化させる回路である。制御部４０の制御に基づき遅延時間を設定し、タイミング発生部４１からの照射制御信号が光源部２に入力されるタイミングを調整する。タイミング調整回路６は、遅延時間を離散的に設定可能なタイミング調整部の一例である。タイミング調整回路６は、例えばＲＣ遅延回路で構成される。タイミング調整回路６の具体例については後述する。
【００２７】
情報端末装置におけるコントローラ８は、例えばＣＰＵやＭＰＵで構成される。コントローラ８は、例えばフラッシュメモリやＲＯＭで構成される内部メモリなどを備え、内部メモリに記録された所定のプログラムを実行することによって各種の機能を実現する。コントローラ８は、例えば、コントローラ８が搭載された装置の表示制御などを行う。また、コントローラ８は、距離センサ１からの距離画像に基づき手などの対象物７を検知し、コントローラ８が搭載されたモバイル機器などの情報端末装置に対するユーザの操作を判断する。コントローラ８は、距離センサ１によって生成される距離画像に基づいて、所定の処理を実行する処理装置の一例である。
【００２８】
１−１．画素回路の構成
次に、受光部３における画素回路３０の構成について、図２を参照して説明する。図２（ａ）は、半導体チップ上に積層された画素回路３０を示す模式図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）の等価回路を示す回路図である。
【００２９】
画素回路３０は、図２（ａ）に示すように、フォトダイオードＰＤと、２つのフローティングディフュージョンＦＤ１，ＦＤ２とを備える。画素回路３０では、ｐ型半導体基板において、フォトダイオードＰＤが埋め込み式で設けられ、フォトダイオードＰＤの周囲に２つのフローティングディフュージョンＦＤ１，ＦＤ２が設けられている。さらに、フォトダイオードＰＤが設けられた領域からフローティングディフュージョンＦＤ１，ＦＤ２に渡って、それぞれトランジスタＭ１，Ｍ２が形成されている。
【００３０】
本実施形態では、受光部３において電荷振り分け方式を採用している。受光部３では、画素駆動回路（図示しない）が、タイミング発生部４１（図１参照）からのタイミング信号に基づいて、画素回路３０に含まれる種々のＭＯＳトランジスタを駆動する信号（例えば第１，第２ゲート信号Ｓｇ１，Ｓｇ２，リセット信号Ｓｒ，選択信号Ｓｓ）を生成する。
【００３１】
２つのフローティングディフュージョンＦＤ１，ＦＤ２では、図２（ｂ）に示すように、それぞれキャパシタ（電荷蓄積部）Ｃｆ１，Ｃｆ２が形成される。２つのキャパシタＣｆ１，Ｃｆ２は、それぞれトランジスタＭ１，Ｍ２を介してフォトダイオードＰＤに接続されている。トランジスタＭ１，Ｍ２は、それぞれのゲートに入力される第１，第２ゲート信号Ｓｇ１，Ｓｇ２のＯＮ／ＯＦＦによって開閉制御される。第１，第２ゲート信号Ｓｇ１，Ｓｇ２は、タイミング信号に基づきトランジスタＭ１，Ｍ２のゲートを開閉し、フォトダイオードＰＤに蓄積された電荷を順次、キャパシタＣｆ１，Ｃｆ２に振り分ける信号である。
【００３２】
フォトダイオードＰＤは、所定の波長帯の光を受光して光電変換する。画素回路３０においてフォトダイオード以外の部分は遮光されている。光電変換によって生じた電荷は、トランジスタＭ１，Ｍ２のうちで開状態に制御されたＭＯＳトランジスタを介して、２つのキャパシタＣｆ１，Ｃｆ２のうちのいずれかのキャパシタに蓄積される。このように、キャパシタＣｆ１，Ｃｆ２は、フォトダイオードＰＤの受光量に相当する電荷を蓄積する。受光部３は、画素回路３０毎のキャパシタＣｆ１，Ｃｆ２に電荷を蓄積することによって受光量を取得する。
【００３３】
画素回路３０のキャパシタＣｆ１，Ｃｆ２において取得された受光量は、選択信号Ｓｓによって当該画素回路３０が選択されたときに、アナログ信号線から読み出される。選択信号Ｓｓは、複数の画素回路３０から、受光量を読み出す対象の画素回路３０を選択する信号である。また、キャパシタＣｆ１，Ｃｆ２は、リセット信号Ｓｒ１，Ｓｒ２によって参照電圧ＶＲが印加されることにより、蓄積した電荷を放出してリセットされる。
【００３４】
１−２．タイミング調整回路の構成
タイミング調整回路６の一例について、図３を用いて説明する。図３（ａ）は、タイミング調整回路６の構成例を示す回路図である。図３（ｂ）は、タイミング調整回路６の入力信号Ｓｉｎ（すなわち、タイミング発生部４１から出力された照射制御信号）の波形図である。図３（ｃ）は、タイミング調整回路６による中間信号Ｓｒｃの波形図である。図３（ｄ）は、タイミング調整回路６の出力信号Ｓｏｕｔの波形図である。
【００３５】
この例において、タイミング調整回路６は、図３（ａ）に示すように、抵抗Ｒと、複数のキャパシタＣ１〜Ｃｎと、キャパシタＣ１〜Ｃｎ毎に設けられたスイッチＳＷ１〜ＳＷｎと、二つのバッファ回路６１，６２とを備える。複数のキャパシタＣ１〜Ｃｎは、それぞれスイッチＳＷ１〜ＳＷｎを介して抵抗Ｒに接続される。キャパシタＣ１〜Ｃｎの個数は任意の個数であってよく、本例では一例として４０個とする。キャパシタＣ１〜Ｃｎ及び抵抗Ｒによる時定数は、スイッチＳＷ１〜ＳＷｎのＯＮ／ＯＦＦ状態に応じて変化する。二つのバッファ回路６１，６２は、それぞれ二つのインバータ素子の直列回路である。
【００３６】
図３（ｂ）に示す入力信号Ｓｉｎは、タイミング発生部４１からバッファ回路６１に入力される照射制御信号の一部を示している。入力信号Ｓｉｎは、時刻ｔ０からの抵抗Ｒの通過時に、スイッチＳＷ１〜ＳＷｎのスイッチング制御で設定される時定数に基づき波形を変形され、図３（ｃ）に示す中間信号Ｓｒｃとなる。中間信号Ｓｒｃは、バッファ回路６２において整形され、これにより、入力信号Ｓｉｎから、設定された時定数に対応する遅延時間だけ遅延された出力信号Ｓｏｕｔが出力される。
【００３７】
抵抗Ｒの抵抗値およびキャパシタＣ１〜Ｃｎそれぞれの容量値は、タイミング調整回路６による遅延時間が所定の時間幅ΔｔのピッチでＮ×Δｔ（Ｎは自然数）となるように、予め設定されている。時間幅Δｔは、例えば１００ｐｓ（ピコ秒）以上１０ｎｓ（ナノ秒）以下であり、例えば５００ｐｓである。図３（ａ）のタイミング調整回路６では、ＯＮさせるスイッチＳＷ１〜ＳＷｎの組み合わせにより、抵抗ＲとキャパシタＣ１〜Ｃｎで構成されるＲＣ回路の時定数を段階的に設定することができる。そして、段階的に設定された時定数に応じて、入力信号Ｓｉｎに対する遅延期間（Ｎ×Δｔ）を段階的に変化させることができる。
【００３８】
遅延時間を時間幅Δｔ毎に変化させるために、スイッチＳＷ１〜ＳＷｎのスイッチング制御において、スイッチＳＷ１〜ＳＷｎが一つずつＯＮされてもよいし、スイッチＳＷ１〜ＳＷｎのいずれか一つがＯＮされてもよいし、スイッチＳＷ１〜ＳＷｎのうちの所定の組み合わせがＯＮされてもよい。
【００３９】
２．動作
次に、本実施形態に係る距離センサ１の動作について説明する。
【００４０】
２−１．距離の計算方法
まず、距離センサ１による対象物までの距離の算出方法について、図４を参照して説明する。図４は、距離センサ１における照射光の出射と受光の動作タイミングを示すタイミングチャートである。図４（ａ）は、照射光の照射を制御するための照射制御信号の供給タイミングを示す。図４（ｂ）は、対象物から距離センサ１に到達する反射光の到達タイミングを示す。図４（ｃ），（ｄ）は、それぞれ画素回路３０に入力される第１，第２ゲート信号Ｓｇ１，Ｓｇ２の出力タイミングを示す。図４（ｅ）は、距離センサ１による距離の計算方法を説明するための模式図である。
【００４１】
図４（ａ）に示す照射制御信号は、タイミング発生部４１から光源部２に供給される（図１参照）。光源部２は、照射制御信号に基づき、所定の期間ｔｗ１をパルス幅とするパルス波形の照射光を、時刻ｔ１から出射する。期間ｔｗ１は、例えば１０ｎｓ以上２０ｎｓ以下であり、例えば１３ｎｓである。照射光は、対象物に照射されることにより、対象物で反射して、反射光を生じる。対象物からの反射光は、距離センサ１までの距離に応じて照射光の出射時から遅延して、距離センサ１に到達する。
【００４２】
図４（ｂ）に示す対象物からの反射光は、照射光の出射からの伝播期間がｔｗ２であり、時刻ｔ１から期間ｔｗ２後の時刻ｔ２に、距離センサ１に到達している。反射光の波形は、照射光と同じ期間ｔｗ１のパルス幅を有する。なお、本実施形態では、期間ｔｗ２は期間ｔｗ１未満であることを想定している。
【００４３】
本実施形態の受光部３では、以下の様に、図４（ｃ），（ｄ）に示すように、第１，第２ゲート信号Ｓｇ１，Ｓｇ２に基づき、照射光の出射期間に同期して対象物からの反射光を時分割して受光する。
【００４４】
具体的には、第１，第２ゲート信号Ｓｇ１，Ｓｇ２は、照射制御信号に同期して順次、受光面上の画素回路３０に生成される。画素回路３０においては、第１，第２ゲート信号Ｓｇ１，Ｓｇ２に基づき、フォトダイオードＰＤで受光量に応じて生成された電荷がキャパシタＣｆ１，Ｃｆ２に蓄積される（図２（ｂ）参照）。なお、受光量に相当する電荷がキャパシタＣｆ１，Ｃｆ２に蓄積されていない期間においてフォトダイオードＰＤで生じる電荷は、図示しないドレインゲートを通じて外部に排出されるようになっている。
【００４５】
図４（ｃ）に示す第１ゲート信号Ｓｇ１は、照射光の出射を開始した時刻ｔ１から停止する時刻ｔ３までの間、ＯＮされる。第１ゲート信号Ｓｇ１がＯＮの間、フォトダイオードＰＤで受光した受光量に相当する電荷がキャパシタＣｆ１に蓄積される。図４（ｅ）に、キャパシタＣｆ１に蓄積される第１ゲート信号Ｓｇ１に基づく受光量Ｑ１を示す。受光量Ｑ１には、照射光の出射開始の時刻ｔ１から期間ｔｗ１以内に到達する反射光に由来する反射光成分が含まれる。
【００４６】
図４（ｄ）に示す第２ゲート信号Ｓｇ２は照射光の出射停止後の時刻ｔ３から期間ｔｗ１の間、ＯＮされる。第２ゲート信号Ｓｇ２がＯＮの間、フォトダイオードＰＤで受光した受光量に相当する電荷がキャパシタＣｆ３に蓄積される。図４（ｅ）に、キャパシタＣｆ２に蓄積される第２ゲート信号Ｓｇ２に基づく受光量Ｑ２を示す。受光量Ｑ２には、照射光の出射を停止した時刻ｔ３から期間ｔｗ２後の時刻ｔ４まで続けて到来する反射光に由来する反射光成分が含まれる。このように、反射光の受光量全体が時分割され、期間ｔｗ２に応じて、受光量Ｑ１，Ｑ２の反射光成分として振り分けられる。なお、反射光の期間ｔｗ２は期間ｔｗ１未満であることを想定しており、反射光の到来が終了する時刻ｔ４は、キャパシタＣ２の充電期間ｔｗ１の範囲内にある。なお、照射光を出射する期間の長さと、各ゲート信号Ｓｇ１，Ｓｇ２がＯＮの期間の長さとは、同じ長さでなくてもよい。
【００４７】
以上のように、距離センサ１では、受光部３が照射光の出射期間の開始から所定時間の間に光を受光して、キャパシタＣｆ１，Ｃｆ２において受光量Ｑ１，Ｑ２に応じた電荷を蓄積する。キャパシタＣｆ１，Ｃｆ２それぞれに蓄積された電荷を検出することで、受光量Ｑ１，Ｑ２を取得することができる。対象物からの反射光の伝播期間ｔｗ２と期間ｔｗ１の比は、図４（ｅ）に示すように、反射光の受光量全体のうちの受光量Ｑ２に振り分けられた割合（以下、「振り分け比率」という。）に対応している。このため、伝播期間ｔｗ２は、受光量Ｑ１，Ｑ２の配分、すなわち振り分け比率に基づいて求めることができる。
【００４８】
伝播期間ｔｗ２は、照射光が対象物に出射してから、反射光として距離センサ１に戻ってくるまでにかかる時間である。つまり、対象物と距離センサ１との間の距離を光速ｃで往復した際にかかる時間である。よって、対象物までの距離をＬとすると、ｔｗ２＝２Ｌ／ｃが成り立つため、次式に基づき、対象物までの距離Ｌを計算することができる。
Ｌ＝（ｃ／２）×ｔｗ１×｛（Ｑ２）／（Ｑ１＋Ｑ２）｝      （１）
【００４９】
本実施形態に係る距離センサ１では、距離計算部４２が、上式（１）の原理に基づく所定の演算を行い、受光量の振り分け比率に基づく距離を計算する。距離計算部４２の演算式は、例えば、特定の温度環境下において予め行われる種々の信号タイミングやパラメータの設定（キャリブレーション）によって規定される。
【００５０】
２−２．温度変化の影響について
本発明者が行った実験及び考察により、例えばモバイル端末等におけるユーザの操作の検出のように、特定の範囲内にある対象物の位置や動きを検出する用途に距離センサ１を用いる際、温度変化が距離の測定動作に種々の影響を及ぼすことが明らかになった。以下、図５、６、７を用いて、温度変化の影響について説明する。
【００５１】
図５は、距離センサ１の出力値（距離出力値）の温度依存性を示すグラフである。図５の横軸は光源部２の駆動回路２１の温度を示し、縦軸は距離出力値を示す。図５では、対象物が距離センサ１から所定の位置（距離２００ｍｍ）に配置された状態で温度を変化させながら、距離出力値（補正なし）が測定された。図５のグラフによると、室温（２５℃）の場合の距離出力値は２００ｍｍであり、距離が正確に測定されている。しかし、温度が上昇するにつれて、対象物までの距離は変化していないにもかかわらず、距離出力値が温度変動分のΔｄだけずれてしまっている（以下、距離の温度変動分を「温度誤差」という。）。
【００５２】
このように、温度に応じて距離出力値がずれる原因の一つとしては、距離センサ１を構成する各種回路の温度特性の影響が考えられる。図６を用いて、一例を説明する。図６は、温度誤差Δｄの発生例を説明するためのタイミングチャートである。図６（ａ）は、光源部２に供給される照射制御信号の供給タイミングを示す。図６（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ通常時と高温時における照射光の出射タイミングを示す。図６（ｄ）、（ｅ）は、それぞれ通常時と高温時における対象物からの反射光の到達タイミングを示す。
【００５３】
図６の例では、光源部２への照射制御信号は、通常時（例えば環境温度２５℃）と高温時（例えば環境温度４０℃）とで同様のタイミングにおいて出力されている（図６（ａ）参照）。通常の環境温度の場合には、照射制御信号に基づき照射制御信号の立ち上がりとほぼ同時に照射光の出射が開始される（図６（ｂ）参照）。一方、高温時では、照射制御信号の立ち上がりから期間ΔｔＤだけ遅れたタイミングで出射が開始されると、本発明者は考えている（図６（ｃ）参照）。
【００５４】
すると、通常時と高温時において、同じ距離にある対象物で反射した反射光は、図６（ｄ），（ｅ）に示すように、それぞれ照射光として出射した時刻ｔ１，ｔ１’から同じ伝播期間ｔｗ２の経過後に、距離センサ１に入射することとなる。その結果、高温時に受光量に基づき距離センサ１が認識する伝播期間ｔｗ２’は通常時よりも遅延時間ΔｔＤだけ大きくなり、温度変化によって距離出力値のずれ（温度誤差Δｄ）が生じてしまう。環境温度の違いによる照射光の出射タイミングのずれは、正確な原因は不明であるが、高温時に光源部２の駆動回路２１（図１参照）の温度特性によって光源２０への給電が遅れていると考えられる。
【００５５】
２−２−１．検出ばらつきについて
また、距離出力値のずれが生じると、図６（ｄ），（ｅ）に示すように、同じ距離にある対象物を検出する際の受光量の振り分け比率も変動する。すると、ユーザの操作の検出のように、特定の範囲内にある対象物の位置や動きを検出する場合、温度変化により温度誤差が生じるだけでなく、対象物を検出可能な検出レンジのずれや、検出ばらつきの増大も生じてしまう。以下、図７を用いて検出ばらつきと温度誤差の関係について説明する。
【００５６】
図７（ａ）は、振り分け比率を変化させた場合の距離出力値の標準偏差（検出ばらつき）を示すグラフである。図７（ａ）に示すグラフは、対象物までの距離を固定した条件下で、距離センサ１の照射光の出射や受光のタイミングを調整して測定された。このため、測定時の受光量の総量はそれぞれ等しい。図７（ａ）によると、受光量の振り分け比率が０．５の場合に検出ばらつきが最小である。一方、振り分け比率が０．４以上０．６以下の領域の外では、検出ばらつきが増大している。
【００５７】
図７（ｂ）は、検出ばらつきと温度誤差の関係を説明するためのグラフである。図７（ｂ）では、距離センサ１の距離出力値の温度特性を一次関数で近似している。また、温度２５℃の環境下で、３００ｍｍの距離にある対象物が受光量の振り分け比率０．５で検出されるように、キャリブレーションがなされた場合を想定している。この場合、振り分け比率０．４以上０．６以下の領域内で出力される距離出力値は、温度２５℃の環境下では、対象物までの距離が約１００ｍｍ以上５００ｍｍ以下の範囲に対応している。このため、距離センサ１は上記の範囲内にある対象物までの距離を特に精度良く検出できる。
【００５８】
一方、温度が２５℃から変動すると温度誤差Δｄが生じている。例えば、温度４５℃の環境下では、３００ｍｍの距離にある対象物の距離出力値は約５５０ｍｍになる。このとき、３００ｍｍの距離にある対象物が振り分け比率０．６以上で検出されることとなり、図７（ａ）の関係により、検出ばらつきが増大する。このため、特定の距離範囲内にある対象物までの距離を精度良く検出するために、製造時等に、所定の距離範囲の検出ばらつきが小さくなるようにキャリブレーションがされたとしても、使用時には、温度に応じて当該範囲の検出ばらつきが増大してしまう。さらには、温度誤差Δｄの大きさによっては、当該範囲が検出レンジからはみ出す事態も起こり得る。
【００５９】
２−３．タイミング調整による温度補正について
本実施形態に係る距離センサ１では、タイミング調整回路６と距離補正部４３とを用いて、距離の測定動作に対する二段階の温度補正を行う。まず、タイミング調整回路６のタイミング調整によって温度誤差Δｄを補正する方法について、図８、９、１０を用いて説明する。
【００６０】
図８は、本実施形態におけるタイミング調整回路６の遅延時間の切替えを説明するための図である。図９は、タイミング調整回路６による温度補正を示すタイミングチャートである。図９（ａ）は、温度補正時の照射制御信号の供給タイミングを示す。図９（ｂ）は、照射光の出射タイミングを示す。図９（ｃ）は、反射光の到達タイミングを示す。図９（ｄ），（ｅ）は、それぞれ第１，第２ゲート信号Ｓｇ１，Ｓｇ２の出力タイミングを示す。図１０は、距離センサ１による二段階の温度補正の方法を説明するための図である。
【００６１】
以下では、離散的にタイミングを調整するタイミング調整回路６（図３参照）を用いて、図１０（ａ）に示すように、高温になるにつれて温度誤差Δｄが大きくなる温度特性の距離出力値を補正する場合について説明する。また、距離センサ１における距離出力値の温度特性を一次関数で近似して、距離出力値の温度特性係数を係数Ａ（例えば１２ｍｍ／℃）としている。
【００６２】
本実施形態では、図８に示すように、基準温度Ｔｒｅｆのときに、タイミング調整回路６において例えば４０個のスイッチＳＷ１〜ＳＷｎの内の２０個のスイッチをＯＮして残りのスイッチをＯＦＦし、所定の遅延期間だけ照射制御信号を遅らせるようにキャリブレーションがなされている。タイミング調整回路６の全てのスイッチＳＷ１〜ＳＷｎがＯＦＦの状態は、補正対象の温度の上限値（＝Ｔｒｅｆ＋Ｎｍａｘ×Ｔｃ）の状態に対応する。基準温度Ｔｒｅｆは、温度補正を行う基準とする温度であり、例えばキャリブレーションの実施時の環境温度（例えば２５℃）である（図１０（ａ）参照）。温度幅Ｔｃは、光速ｃ、時間幅Δｔ、係数Ａに基づき、次式で表される。
Ｔｃ＝０．５×ｃ×Δｔ／Ａ      （２）
【００６３】
図８に示すように、タイミング調整回路６においては、温度測定部５によって測定された測定温度Ｔと基準温度Ｔｒｅｆとの差分が所定の温度幅Ｔｃ（例えば６℃以上７℃以下の所定温度）ずつ変化する毎に、ＯＮするスイッチの個数を１つずつ変更する。これにより、照射制御信号の照射開始タイミングが、時間幅Δｔで段階的に調整される。以下、基準温度Ｔｒｅｆのときの照射光の出射タイミングｔ０から時間幅Δｔで段階的に調整されるタイミングの調整量を「段数」という。
【００６４】
例えば、測定温度Ｔが基準温度Ｔｒｅｆの状態から温度幅Ｔｃだけ高温になった場合、タイミング調整回路６がタイミングを調整する調整量を示す段数が、「０」から「１」に変更される。タイミング調整回路６は、ＯＮするスイッチを１つ減らす制御部４０のスイッチング制御に基づき、基準温度Ｔｒｅｆにおいて設定された遅延時間から１段の時間幅Δｔを減らし、照射制御信号が光源部２に供給されるタイミングを早くする（図９（ａ）参照）。すると、図９（ｂ）に示すように、照射光が出射されるタイミングも、時刻ｔ１’から時刻ｔ１”に早くなる。このため、図９（ｃ）に示すように、対象物からの反射光が返ってくるタイミングも、時刻ｔ２’から時間幅Δｔだけ早い時刻ｔ２”になる。
【００６５】
これにより、距離センサ１の受光部３において、反射光の受光量の振り分け比率のうちの第１ゲート信号Ｓｇ１の割合が大きくなる（図９（ｄ），（ｅ）参照）。その結果、距離センサ１の距離計算部４２によって算出される距離出力値が、Ａ×Ｔｃだけ小さくなるように補正される。また、測定温度Ｔが温度幅Ｔｃずつ高温になる毎に、ＯＮするスイッチを減らしてタイミング調整回路６の段数が増え、距離出力値は、図１０（ｂ）に示すようにＡ×Ｔｃのピッチの補正量Δｄ１で小さくなるように補正される。また、測定温度Ｔが低温になった場合には、タイミング調整回路６はＯＮするスイッチを増やして段数を減らし、照射光の出射タイミングを遅くすることで、距離出力値をＡ×Ｔｃのピッチの補正量Δｄ１で大きくするように補正する。
【００６６】
以上のように、距離出力値は、タイミング調整回路６の離散的なタイミング調整によって、照射光の出射開始タイミングを補正する。これにより、温度誤差ΔｄにおいてＡ×Ｔｃのピッチの補正量Δｄ１の分だけ補正される。又、このタイミング調整により、振り分け比率の偏りも同時に改善されるので（図６，図９参照）、距離センサ１において温度誤差と検出ばらつきとの双方を低減することができる。また、温度誤差Δｄに補正量Δｄ１の１ピッチ未満の誤差が含まれる場合は、以下で説明するように、距離計算時に距離補正部４３による演算補正量Δｄ２によって補正される。
【００６７】
なお、以上の説明では、遅延時間を時間幅Δｔ毎に変化させるためのスイッチＳＷ１〜ＳＷｎのスイッチング制御として、スイッチＳＷ１〜ＳＷｎを一つずつＯＮする制御を例示した。しかし、遅延時間を時間幅Δｔ毎に変化させるためのスイッチング制御はコレに限らず、例えば、スイッチＳＷ１〜ＳＷｎのいずれか一つをＯＮしてもよいし、スイッチＳＷ１〜ＳＷｎのうちの所定の組み合わせをＯＮしてもよい。
【００６８】
２−４．補正量決定処理
本実施形態に係る距離センサ１では、距離測定に対する温度補正を、照射光の出射タイミングの調整による補正（第１の温度補正）と、演算部４０が行う演算による補正（第２の温度補正）との二段階で行う。本実施形態の補正量決定処理について、図１１を参照して説明する。図１１は、距離センサ１の補正量決定処理を説明するためのフローチャートである。補正量決定処理は、温度補正を行うためのタイミング調整の段数と演算による演算補正量とを決定する処理である。図１１に示す各処理は、距離補正部４３としての演算部４０によって実行される。
【００６９】
まず、演算部４０は、温度測定部５から測定温度Ｔを取得する（Ｓ１）。測定温度Ｔは、例えば受光部３のＡ／Ｄ変換器からデジタル値で、受光量読み出しと同期して取得される。
【００７０】
次に、演算部４０は、取得した測定温度Ｔと記憶部４４に記録された基準温度Ｔｒｅｆの差分を温度幅Ｔｃで除算して、除算値Ｌｃを算出する（Ｓ２）。演算部４０は、例えばビット計算において、次式を演算する。
Ｌｃ＝（Ｔ−Ｔｒｅｆ）／Ｔｃ      （３）
【００７１】
除算値Ｌｃは、測定温度Ｔに基づく温度誤差Δｄにおいて、タイミング調整によって補正される部分（Δｄ１）と距離計算時の演算で補正が必要な部分（Δｄ２）とを判別するための数値である（図１０（ｂ）参照）。
【００７２】
次に、演算部４０は、算出した除算値Ｌｃに基づき、タイミング調整回路６によるタイミング調整の段数を決定する（Ｓ３）。演算部４０は、算出した除算値Ｌｃにおける整数ビットの部分である整数部分Ｌｃ１の値をタイミング調整の段数として、タイミング調整回路６のスイッチＳＷ１〜ＳＷｎを制御する（図３参照）。
【００７３】
次に、演算部４０は、算出した除算値Ｌｃにおいてタイミング調整の段数に対応する整数部分Ｌｃ１を除いた部分、つまり小数ビットの部分である小数部分Ｌｃ２に基づき、演算補正量Δｄ２を算出する（Ｓ４）。演算補正量Δｄ２は、距離画像を生成するため距離画像生成処理において、距離計算時に距離出力値を演算で補正する補正量である。距離画像生成処理については後述する。演算部４０は、次式を演算して演算補正量Δｄ２を算出する。
Δｄ２＝Ａ×Ｔｃ×Ｌｃ２      （４）
【００７４】
上式（４）において、Ａ×Ｔｃは、タイミング調整回路６による１段分のタイミング調整を行った際に温度誤差Δｄが補正される補正量Δｄ１に対応する（図１０（ｂ）参照）。
【００７５】
次に、演算部４０は、算出した演算補正量Δｄ２を記憶部４４に保持する（Ｓ５）。保持された演算補正量Δｄ２は、後述する距離画像生成処理において、上記のタイミング調整が行われた受光量に対する距離計算時に用いられる。
【００７６】
演算部４０は、以上の処理を所定の周期（例えば３０ｆｐｓ）で繰り返し実行する。演算部４０は、ステップＳ５において、記憶部４４に保持された演算補正量Δｄ２を適時、更新する。記憶部４４に保持された演算補正量Δｄ２は、次の制御周期において距離の補正に用いられる。
【００７７】
以上の処理によると、測定温度Ｔと基準温度Ｔｒｅｆの差分に応じて、温度幅Ｔｃ毎にタイミング調整回路６の段数が設定され、温度誤差Δｄを所定ピッチ（Ａ×Ｔｃ）で補正する補正量Δｄ１が得られる（図１０（ｂ）参照）。さらに、タイミング調整回路６で補正しきれない温度幅Ｔｃ未満の範囲の温度誤差Δｄを補正するための演算補正得量Δｄ２が算出される。これにより、測定温度Ｔの変動に応じて距離出力値の温度誤差Δｄ（温度変動分）を高精度に補正することが可能となる。
【００７８】
以上の処理において、除算値Ｌｃを整数部分Ｌｃ１と小数部分Ｌｃ２とに分けることによって、図１０（ｂ）に示すように補正量Δｄ１、Δｄ２を設定したが、補正量Δｄ１、Δｄ２を設定の設定方法はこれに限らない。例えば、除算値Ｌｃの小数部分Ｌｃ２を繰り上げたり、四捨五入したりして、整数部分Ｌｃ１’とし、除算値Ｌｃと整数部分Ｌｃ１’との差分に基づき小数部分Ｌｃ２’として設定してもよい。この場合、小数部分Ｌｃ２’に対応する演算補正量Δｄ２は、負の値になってもよい。また、補正量Δｄ１の設定においては、適宜、温度変化に対してヒステリシス幅を設けてもよい。
【００７９】
また、以上の処理において、温度幅Ｔｃは、あらかじめ演算部４０を構成するハードウェア回路的に所定の電圧値として設定されていてもよいし、製造時等に記憶部４４に記録される情報として設定されてもよい。また、製造時等に係数Ａを示す情報を記録し、演算部４０が式（２）に基づき算出してもよい。製造時等に情報として記録することで、距離センサ１のセンサモジュール毎の温度特性のばらつきに対して、高精度に温度補正を行うことができる。
【００８０】
また、以上の処理において、距離センサ１の温度特性を一次関数で近似したが、特にこれに限らず、例えば二次以上の関数で近似してもよい。この場合、温度誤差Δｄを所定ピッチ（Ａ×Ｔｃ）毎に補正するために、例えば、あらかじめ記憶部４４に、タイミング調整の段数を変更する温度を記録しておいてもよいし、温度特性を示す情報を格納しておいてもよい。
【００８１】
２−５．距離画像生成処理
本実施形態に係る距離センサ１の距離画像生成処理について、図１２、１３を参照して説明する。図１２は、距離センサ１の距離画像生成処理を説明するためのフローチャートである。図１３は、距離画像生成処理を説明するための図である。
【００８２】
図１２に示す距離画像生成処理は、制御部４０によって、所定のフレームレート（例えば３０ｆｐｓ）で繰り返し実行される。本実施形態では、距離画像生成処理において、上述の温度補正処理で得られた補正量に基づいて、温度補正がなされた距離画像が生成される。
【００８３】
まず、制御部４０は、タイミング発生部４１を介して、光源部２による照射光の出射動作と受光部３の受光動作を同期して、オンオフ制御する（Ｓ１１）。制御部４０は、例えば千回以上５万回以下の所定回数（例えば２万回）、照射光の出射動作及び受光動作を繰り返すように、タイミング発生部４１にタイミング信号を発生させる。光源部２による照射光の出射動作では、照射光のパルス照射のデューティ比が例えば０．１以下に設定される。発生したタイミング信号はタイミング調整回路６を介して光源部２に供給される。
【００８４】
ステップＳ１１において、光源部２は、タイミング調整回路６に設定済みの段数に基づくタイミングで、照射光をパルス照射する。例えば、図１３に示すように、前フレームで測定温度Ｔ＝４６℃が取得された場合、ステップＳ１１において段数「４」が設定された状態で光源部２と受光部３のオンオフ動作が行われる。
【００８５】
次に、制御部４０は、受光部３から、受光動作において蓄積された受光量をＡ／Ｄ変換後のデジタル値で読み出す（Ｓ１２）。受光量の読み出しは、例えば画素毎に行われる。本実施形態では、制御部４０は、温度測定部５からの測定温度Ｔの取得と同周期で受光量の読み出しを行う。このときに取得された測定温度Ｔは、例えば次フレームの距離画像の温度補正に用いられることとなる。
【００８６】
次に、制御部４０は距離計算部４２として、読み出した受光量に基づいて画素毎の振り分け比率に基づく距離出力値を計算し、距離画像を生成する（Ｓ１３）。距離計算部４２は、直前の制御周期で保持されている演算補正量Δｄ２の減算により距離出力値を補正する。補正後の距離出力値は、保持されている演算補正量Δｄ２が正の値の場合には通常の距離出力値よりも演算補正量Δｄ２の分、小さくなり、演算補正量Δｄ２が負の値の場合には通常の距離出力値よりも演算補正量Δｄ２の分、大きくなる。
【００８７】
次に、制御部４０は、距離画像出力部４５からコントローラ８等に、生成した１フレームの距離画像を出力する（Ｓ１４）。
【００８８】
制御部４０は、以上の処理を所定の周期で繰り返す。
【００８９】
以上の処理により、測定温度Ｔの変動に応じて、照射光の出射タイミングが調整されたタイミングで光源部２と受光部３が同期制御される。さらに、調整されたタイミングに合わせて設定された演算補正量Δｄ２を用いて、距離出力値の温度誤差Δｄが補正される。このため、タイミング調整によって補正しきれない部分が演算によって補正され、特にタイミング調整回路６の温度幅Ｔｃで不連続にがたつくことなく、測定温度Ｔに応じて滑らかに温度補正を行うことができる（図１３参照）。
【００９０】
また、仮に温度誤差Δｄを単に演算のみで補正すると、受光量の振り分け比率が偏ったままで温度変化による検出ばらつきが増大するが、以上の処理では、温度誤差ΔｄのうちのピッチＡ×Ｔｃで割り切れる部分（Δｄ１）をタイミング調整で補正する。このため、あらかじめ基準温度Ｔｒｅｆにおいて所望の距離が所定の振り分け比率で測定されるように設定されている場合に、温度変化後もその設定がピッチＡ×Ｔｃの範囲で維持され、温度変化による検出ばらつきを抑制することができる。さらに、距離センサ１によって対象物を検出可能な検出レンジのずれも低減することができる。
【００９１】
また、以上の処理において、ステップＳ１２の受光量の読み出しは、測定温度Ｔの取得と同周期で行わなくてもよく、例えば受光量の読み出しの所定回数の内の１回の割合で、測定温度Ｔを取得してもよいし、受光量の読み出しとは独立して測定温度Ｔを取得してもよい。
【００９２】
３．まとめ
以上のように、本実施形態に係る距離センサ１は、光源部２と、受光部３と、演算部４０と、温度測定部５と、タイミング調整回路６とを備える。光源部２は、対象物７に対して照射光を出射する。受光部３は、光源部２による照射光の出射に同期して光を受光する。演算部４０は、受光部３によって受光された光の受光量に基づき、対象物７までの距離を演算する。温度測定部５は、温度を測定する。タイミング調整回路６は、測定された測定温度Ｔに応じて、距離に対する第１の温度補正を行うために、光源部２の動作タイミングを調整する。演算部４０は、第１の温度補正により補正できない距離の温度変動分に対する補正量を演算することにより距離に対する第２の温度補正を行う。
【００９３】
距離センサ１によると、温度測定部５が測定した測定温度Ｔに応じて、照射光の出射タイミングを調整するとともに、出射タイミングの調整では補正しきれない温度差部分に対する補正量Δｄ２を演算により算出する。これにより、対象物７までの距離を測定する距離センサ１において距離の測定精度の低下を抑制することができる。
【００９４】
また、距離センサ１において、演算部４０は、タイミング調整回路６により動作タイミングが調整された状態において受光部３によって受光された光の受光量と、演算した演算補正量Δｄ２とに基づき、対象物７までの距離を演算する。
【００９５】
これにより、温度測定部５が測定した測定温度Ｔに応じて、タイミング調整回路６が動作タイミングを調整するとともに算出された演算補正量Δｄ２が、動作タイミングが調整された状態における受光量に基づく距離の演算時に反映される。このため、精度良く距離の温度補正を行うことができる。
【００９６】
また、距離センサ１において、タイミング調整回路６は、光源部２における照射光の出射を開始するタイミングと、受光部３における光の受光を開始するタイミングとのうちの少なくとも一方を調整する。これにより、照射光の出射と受光部３による受光とのいずれかの開始タイミングが調整され、精度良く距離の温度補正を行うことができる。
【００９７】
また、距離センサ１において、タイミング調整回路６が動作タイミングを調整する段数は、所定の時間幅Δｔで段階的に設定されてもよい。これにより、タイミング調整回路６が測定温度Ｔに応じて動作タイミングの変動を時間幅Δｔの範囲内に収めるように調整でき、受光量の検出ばらつきを低減することができる。
【００９８】
また、距離センサ１において、タイミング調整回路６は、第１の温度補正において、測定温度Ｔが所定の温度幅Ｔｃで変化する毎に動作タイミングを段階的に切替えてもよい。演算部４０は、第２の温度補正において、温度幅Ｔｃよりも小さい温度差に対応する演算補正量Δｄ２を算出してもよい。
【００９９】
例えば、環境温度２５℃では３００ｍｍと測定できるように距離センサ１を設定し、環境温度を４０℃に変化させると、測定結果が約５００ｍｍとなってしまう場合に、温度誤差２００ｍｍのうち１００ｍｍ超過の誤差をタイミング調整回路６で補正し、残りの誤差を演算補正量Δｄ２で補正するようにしてもよい。つまり、温度差（４０℃―２５℃）による温度誤差のうち、８℃以上による誤差をタイミング調整回路６であらかじめ補正し、７℃以下による測定誤差を演算補正量Δｄ２で補正するようにしてもよい。
【０１００】
これにより、タイミング調整回路６によって測定温度Ｔの変動の内の大部分が補正され、受光量の検出ばらつきを低減しながら距離の測定精度の低下を抑制することができる。  
【０１０１】
また、距離センサ１において、タイミング調整回路６は、入力した信号を離散的に遅延させて出力する遅延回路を含んでもよい。離散的なタイミング調整を行うタイミング調整回路６が用いられることで、温度補正を実現するモジュールのサイズを小型化することができる。
【０１０２】
また、距離センサ１において、光源部２は、デューティ比０．１以下のパルス変調で照射光を出射してもよい。これにより、出射時の加熱が９倍以上の期間に放冷され、光源部２（光源２０や駆動回路２１など）の温度が高温になることを抑制することができる。これにより、距離センサ１の温度補正において、光源部２の高温化の影響を低減することができる。
【０１０３】
また、距離センサ１において、照射光のパルス変調のパルス幅は、５０ｎｓ以下であってもよい。これにより、光源部２の温度が高温になることを抑制することができる。
【０１０４】
また、距離センサ１において、照射光は、７５０ｎｍ以上１５００ｎｍ以下のピーク波長を有してもよい。本実施形態において、光源部２の光源２０による照射光の波長は種々選択できるが、人間に視認させないことを目的として、例えば７５０ｎｍ以上にピーク波長を有するように、光源２０として赤外光用発光素子を選択してもよい。しかし、光源２０の前方にレンズなどを配置した場合に、光源２０からの赤外光がレンズに吸収されて近接する発光素子を加熱してしまったり、出射した赤外光の一部がレンズの表面から発光素子に戻ってきてしまったりし、光源２０や駆動回路２１を加熱してしまうことが考えられる。そこで、例えば１５００ｎｍ以下にピーク波長を有するいわゆる近赤外光を出射する赤外光用発光素子を光源２０として選択することで、光源部２が加熱されることを抑制できる。
【０１０５】
また、距離センサ１において、受光部３は、照射光の出射期間の開始から所定時間の間に時分割して光を受光し、時分割された受光量Ｑ１，Ｑ２に相当する電荷をそれぞれ蓄積する複数の電荷蓄積部Ｃｆ１，Ｃｆ２を備えてもよい。これにより、時分割された受光量Ｑ１，Ｑ２を用いて、間接ＴＯＦ方式において距離の測定を行うことができる。
【０１０６】
（実施形態２）
実施形態１では、測定温度の変動に応じて光源部２による照射光の出射動作のタイミングを遅延させたが、遅延させるタイミングは出射動作のタイミングでなくてもよい。実施形態２では、測定温度の変動に応じて受光部３による受光動作のタイミングを遅延させる。以下、本実施形態に係る距離センサについて、図１４、１５を参照して説明する。
【０１０７】
図１４は、実施形態２に係る距離センサ１Ａの構成を示すブロック図である。実施形態１に係る距離センサ１では、光源部２とタイミング発生部４１の間にタイミング調整回路６が設けられていたが、本実施形態に係る距離センサ１Ａでは、受光部３とタイミング発生部４１の間にタイミング調整回路６Ａが設けられる。タイミング調整回路６Ａは、実施形態１におけるタイミング調整回路６と同様に、離散的にタイミングを調整する回路構成である。
【０１０８】
図１５は、実施形態２におけるタイミング調整回路６Ａのタイミング調整を示すタイミングチャートである。図１５（ａ）は、照射制御信号の供給タイミングを示す。図１５（ｂ）は、照射光の到達タイミングを示す。図１５（ｃ），（ｄ）はそれぞれ第１，第２ゲート信号Ｓｇ１，Ｓｇ２の出力タイミングを示す。
【０１０９】
本実施形態では、タイミング調整回路６Ａが、測定温度の変動に応じて、受光部３に供給されるタイミング信号のタイミングを段階的に変化させることで、図１５（ｃ），（ｄ）に示すように、第１，第２ゲート信号Ｓｇ１，Ｓｇ２が時間幅Δｔ毎に変化させる。これにより、例えば、温度変化により図１５（ａ），（ｂ）に示すように照射制御信号に基づき照射される照射光の出射タイミングが遅延した場合に、その遅延量に応じて受光部３の受光動作も遅延させることができる。このため、予め設定した所望の距離に対して、受光量の振り分け比率をほぼ一定に維持することができる。また、実施形態１と同様に、タイミング調整による第１の温度補正、及び演算部４０の演算による第２の温度補正の二段階の温度補正を行うことで、温度変化による距離出力値の温度誤差をなめらかに補正することができる。
【０１１０】
以上のように、本実施形態に係る距離センサ１Ａは、光源部２と、受光部３と、演算部４０と、温度測定部５と、タイミング調整回路６Ａとを備える。タイミング調整回路６Ａは、測定された測定温度Ｔに応じて、距離に対する第１の温度補正を行うために、光源部２と受光部３の少なくとも一方の動作タイミングを調整する。演算部４０は、第１の温度補正により補正できない距離の温度変動分に対する補正量を演算することにより距離に対する第２の温度補正を行う。
【０１１１】
距離センサ１Ａによると、測定温度Ｔに応じて、受光部３の受光タイミングを調整するとともに、受光タイミングの調整では補正しきれない温度差部分に対する補正量Δｄ２を演算により算出する。これにより、距離センサ１Ａにおいて距離の測定精度の低下を抑制することができる。
【０１１２】
（他の実施形態）
実施形態１では、タイミング調整部の一例としてＲＣ遅延回路で構成されるタイミング調整回路６を例示したが、タイミング調整部はＲＣ遅延回路に限らず、種々の回路構成で構成されてもよい。タイミング調整部の別の構成例について、図１６を用いて説明する。
【０１１３】
図１６（ａ）は、タイミング調整回路６Ｂの構成例を示す。タイミング調整回路６Ｂは、直列接続された複数のバッファ回路６３と、複数のスイッチＳＷ１’〜ＳＷ４’とを備える。バッファ回路６３は、二つのインバータ素子の直列回路である。スイッチＳＷ１’〜ＳＷ４’の一端は互いに接続され、他端は直列接続された複数のバッファ回路６３の両端及びバッファ回路６３間の接続点に接続されている。
【０１１４】
各バッファ回路６３は、入力信号Ｓｉｎ（図１６（ｂ）参照）が通過時に時間幅Δｔだけ遅延するように、遅延時間を設定されている。タイミング調整回路６Ｂは、スイッチＳＷ１’〜ＳＷ４’のうちのいずれか１つがＯＮするように、制御部４０によってスイッチング制御される。これにより、入力信号Ｓｉｎが通過するバッファ回路６３の個数に応じて、タイミング調整回路６Ｂから出力する出力信号Ｓｏｕｔの遅延時間が、時間幅Δｔのピッチで調整される。
【０１１５】
なお、図１６（ａ）では、４つのスイッチＳＷ１’〜ＳＷ４’を図示しているが、スイッチＳＷ１’〜ＳＷ４’の個数は任意の個数であってよく、例えば４０個であってもよい。この場合、バッファ回路６３の個数はスイッチＳＷ１’〜ＳＷ４’の個数よりも１つ小さくなるように設定する。
【０１１６】
また、上記の実施形態１，２では、タイミング調整回路６，６Ａをそれぞれ光源部２または受光部３と、タイミング発生部４１との間に設け、測定温度Ｔに応じて光源部２と受光部３とのどちらかの動作タイミングを調整した。しかし、これに限らず、測定温度Ｔに応じて光源部２と受光部３との両方の動作タイミングを調整してもよい。例えば光源部２とタイミング発生部４１との間にタイミング調整回路６を設けるとともに、受光部３とタイミング発生部４１との間にタイミング調整回路６Ａを設けてもよい。
【０１１７】
また、上記の各実施形態では、温度測定部５は距離センサ１の受光部３近傍における温度を測定した。しかし、温度測定部５が測定する温度はこれに限らず、距離センサ１において環境温度と比例して温度が変化するいずれの部材やその近傍における温度を測定してもよい。この場合、温度測定部５は、光源部２やＴＯＦ信号処理部４が設けられるＩＣチップ上に設けられて、光源部２やＴＯＦ信号処理部４近傍における温度を測定してもよい。また、温度測定部５は、距離センサ１の各部を収容するハウジング等に設けられて、距離センサ１の外気の温度を測定してもよい。
【０１１８】
また、上記の各実施形態では、受光部３の画素回路３０は２つの電荷蓄積部（キャパシタ）Ｃｆ１，Ｃｆ２を備えたが、受光部３の各画素回路は２つ以上の電荷蓄積部を備えてもよい、例えば、画素回路が３個の電荷蓄積部を備え、１つの電荷蓄積部において反射光とは無関係の背景光を受光するようにしてもよい。これにより、背景光の影響を取り除いて精度良く距離計算を行うことができる。
【０１１９】
また、上記の各実施形態では、距離センサ１が、温度が上昇するにつれて温度誤差Δｄが増大する温度特性を有する場合を例示して距離センサ１の動作を説明した。しかし、これに限らず、温度が下降するにつれて温度誤差Δｄが増大する温度特性を有する場合であっても、本距離センサは、タイミング調整回路と距離補正部を用いて温度補正を行うことができる。
【０１２０】
また、上記の各実施形態では、タイミング調整回路６の調整量（段数）は、制御部４０によって制御されたが、これに限らず、タイミング調整回路６が、制御部４０とは独立して、温度測定部５の測定温度Ｔに基づき調整量を制御してもよい。この場合、制御部４０は、タイミング調整回路６から設定された調整量を示す情報を取得することにより、タイミング調整によって補正しきれない距離の温度変動分の補正量を演算することができる。
【０１２１】
また、上記の各実施形態では、距離センサ１の距離の測定法式が間接ＴＯＦ方式である場合について説明した。本距離センサの距離の測定方式はこれに限らず、例えば、反射光の伝播期間を直接、測定する直接ＴＯＦ方式であってもよい。直接ＴＯＦ方式の距離センサは、例えば、時間デジタル変換器や単一フォトンのアバランシェフォトダイオードを用いて構成してもよい。
【０１２２】
また、上記の各実施形態では、距離センサ１の光源部２は照射光をパルス変調して出射したが、照射光の強度変調はパルス変調でなくてもよく、例えば正弦波形に変調してもよい。この場合、照射光の強度変調方法に対応する距離計算の計算式を、適宜、採用する。
【０１２３】
また、上記の各実施形態では、距離センサ１が搭載される装置はモバイル装置などの情報端末装置であったが、これに限らず、例えば監視カメラや車載装置であってもよい。
【符号の説明】
【０１２４】
１      距離センサ
２      光源部
３      受光部
４      ＴＯＦ信号処理部
４０    演算部
４１    タイミング発生部
４２    距離計算部
４３    距離補正部
４４    記憶部
５      温度測定部
６      タイミング調整回路
ＰＤ      フォトダイオード
ＦＤ１，ＦＤ２    フローティングディフュージョン
Ｃｆ１，Ｃｆ２    キャパシタ
【図１】
2017053769.tif 000003
【図２】
2017053769.tif 000004
【図３】
2017053769.tif 000005
【図４】
2017053769.tif 000006
【図５】
2017053769.tif 000007
【図６】
2017053769.tif 000008
【図７】
2017053769.tif 000009
【図８】
2017053769.tif 000010
【図９】
2017053769.tif 000011
【図１０】
2017053769.tif 000012
【図１１】
2017053769.tif 000013
【図１２】
2017053769.tif 000014
【図１３】
2017053769.tif 000015
【図１４】
2017053769.tif 000016
【図１５】
2017053769.tif 000017
【図１６】
2017053769.tif 000018