JP2019078690A - 光センサ、距離測定装置、および電子機器 - Google Patents
光センサ、距離測定装置、および電子機器 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2019078690A JP2019078690A JP2017207315A JP2017207315A JP2019078690A JP 2019078690 A JP2019078690 A JP 2019078690A JP 2017207315 A JP2017207315 A JP 2017207315A JP 2017207315 A JP2017207315 A JP 2017207315A JP 2019078690 A JP2019078690 A JP 2019078690A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- digital value
- light
- tdc1
- digital
- tdc2
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
- G01S7/483—Details of pulse systems
- G01S7/486—Receivers
- G01S7/4861—Circuits for detection, sampling, integration or read-out
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
- G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
- G01S17/06—Systems determining position data of a target
- G01S17/08—Systems determining position data of a target for measuring distance only
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
- G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
- G01S17/06—Systems determining position data of a target
- G01S17/08—Systems determining position data of a target for measuring distance only
- G01S17/10—Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse-modulated waves
- G01S17/14—Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse-modulated waves wherein a voltage or current pulse is initiated and terminated in accordance with the pulse transmission and echo reception respectively, e.g. using counters
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
- G01S7/483—Details of pulse systems
- G01S7/486—Receivers
- G01S7/4865—Time delay measurement, e.g. time-of-flight measurement, time of arrival measurement or determining the exact position of a peak
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
- Measurement Of Optical Distance (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
Abstract
Description
(光センサ10の構成)
図1は、実施形態1に係る光センサ10のブロック図を示す図である。この図に示すように、光センサ10は、受光部11、TDC1(時間デジタル変換器)、TDC2(時間デジタル変換器)、選択回路12、およびヒストグラム生成回路13を備えている。
図2は、受光部11の構成を示す図である。この図に示すように、受光部11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)、およびバッファー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およびバッファーBUF1によって、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、TDC1およびTDC2に出力される。図2に示す受光部11は、パルス幅を一定にし、安定した動作にすることができる。PD1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)を適用するのが望ましい。
図3は、実施形態1に係る光センサ10が動作する際のタイミングチャートの一例である。図3では、TDC1およびTDC2は、同一の周期でかつ位相を半周期ずらした状態で、動作する。TDC1またはTDC2が動作する一周期は、一つの有効期間と一つの無効期間とを合算した期間に相当する。
図3において、TDC1の有効期間の開始時点で、start1が立ち上がる。これによりTDC1は、デジタル値のカウントアップを開始する。start1の立ち上がりは、TDC1の有効期間内のいずれかの時点であればよい。カウントアップ開始直後のデジタル値は「0」である。TDC1は、カウントアップの開始後に一定時間が経過するたびに、デジタル値を1つ増加させる。TDC1の有効期間内において、受光部11から出力された1回目のパルスがTDC1に入力される。この時点で、TDC1のデジタル値は「3」までカウントアップされている。TDC1は、パルスの入力に基づいてデジタル値のカウントアップを停止する。TDC1は、デジタル値「3」を、次のTDC1の無効期間まで保持する。
図3において、TDC2の有効期間の開始時点で、start2が立ち上がる。これによりTDC2は、デジタル値のカウントアップを開始する。start2の立ち上がりは、TDC1の有効期間内のいずれかの時点であればよい。カウントアップ開始直後のデジタル値は「0」である。TDC2は、カウントアップ開始後に一定時間が経過するたびに、デジタル値を1つ増加させる。TDC2の有効期間内において、受光部11から出力された2回目のパルスがTDC2に入力される。この時点で、TDC2のデジタル値は「5」までカウントアップされている。TDC2は、パルスの入力に基づいて、デジタル値のカウントアップを停止する。TDC2は、デジタル値「5」を、次のTDC2の無効期間まで保持する。
図4は、比較例に係る光センサ100の構成を示すブロック図である。図4の光センサ100は、受光部111、TDC102、およびヒストグラム生成回路103を備えている。これらの構成および動作は、上述した受光部11、TDC1、およびヒストグラム生成回路13と同一である。
図7は、実施形態2に係る光センサ10の構成を示すブロック図である。本実施形態に係る光センサ10の構成は、実施形態1に係る光センサ10と同一である。ただし、本実施形態では、start1の代わりにlatch1がTDC1に入力され、start2の代わりにlatch2がTDC2に入力される。
図8は、実施形態2に係る光センサ10の動作する際のタイミングチャートの一例である。本実施形態では、実施形態1と同様に、TDC1およびTDC2は、同一の周期でかつ位相を半周期ずらした状態で、動作する。TDC1またはTDC2によって生成されるデジタル値の有効範囲は「0〜9」である。TDC1およびTDC2の有効期間は、TDC1およびTDC2のデジタル値の有効範囲「0〜9」に対応する時間に設定される。
図8において、TDC1の有効期間内のある時点で、受光部11から出力された1回目のパルスがTDC1に入力される。これによりTDC1は、デジタル値のカウントアップを開始する。カウントアップ開始直後のデジタル値は「0」である。TDC1は、カウントアップの開始後に一定時間が経過するたびに、デジタル値を1つ増加させる。TDC1の無効期間の開始時点で、latch1が立ち上がる。この時点で、TDC1のデジタル値は「6」までカウントアップされている。TDC1は、latch1の立ち上がりに基づいてデジタル値のカウントアップを停止すると共に、デジタル値「6」を保持する。
図8において、TDC2の有効期間内のある時点で、受光部11から出力された2回目のパルスがTDC2に入力される。これによりTDC2は、デジタル値のカウントアップを開始する。カウントアップ開始直後のデジタル値は「0」である。TDC2は、カウントアップの開始後に一定時間が経過するたびに、デジタル値を1つ増加させる。TDC2の無効期間の開始時点で、latch2が立ち上がる。この時点で、TDC2のデジタル値は「4」までカウントアップされている。TDC2は、latch2の立ち上がりに基づいてデジタル値のカウントアップを停止すると共に、デジタル値「4」を保持する。
図9は、実施形態3に係る光センサ10に備えられるヒストグラム生成回路13の構成を示すブロック図である。実施形態3は、実施形態1に係るヒストグラム生成回路13の内部構成を具体化したものである。図9に示すように、ヒストグラム生成回路13は、レジスタ21、SRAM(メモリ装置)22、および加算器23を備えている。
図11は、実施形態4に係る距離測定装置30の構成を示すブロック図である。距離測定装置30は、発光素子31、N個(Nは1以上の整数)の光センサ32(第1光センサ)、1個の光センサ33(第2光センサ)、および演算装置34を備えている。距離測定装置30の外部に、検知対象物41が存在する。距離測定装置30は、距離測定装置30から検知対象物41までの距離を測定する装置である。
態様1:フォトン入射に対して同期するパルスを生成する受光部と、前記パルスに基づくデジタル値を、同一周期で繰り返される別位相の有効期間にそれぞれ出力する複数の時間デジタル変換器と、前記複数の時間デジタル変換器のそれぞれから出力された各前記デジタル値のうちいずれかを選択する選択する選択回路と、前記選択回路によって選択された前記デジタル値に応じたビン番号の度数をカウントアップすることによって、前記ビン番号と前記度数との関係を示すヒストグラムを生成するヒストグラム生成回路とを備えていることを特徴とする光センサ。
Claims (7)
- フォトン入射に対して同期するパルスを生成する受光部と、
前記パルスに基づくデジタル値を、同一周期で繰り返される別位相の有効期間に生成する複数の時間デジタル変換器と、
前記複数の時間デジタル変換器のそれぞれから出力された各前記デジタル値のうちいずれかを選択する選択する選択回路と、
前記選択回路によって選択された前記デジタル値に応じたビン番号の度数をカウントアップすることによって、前記ビン番号と前記度数との関係を示すヒストグラムを生成するヒストグラム生成回路とを備えていることを特徴とする光センサ。 - 前記複数の時間デジタル変換器のそれぞれは、
前記有効期間内のいずれかの時点で、前記デジタル値のカウントアップを開始し、
前記有効期間内に前記パルスが入力されたとき、前記デジタル値のカウントアップを停止し、
前記有効期間外まで保持した前記デジタル値を出力し、
前記有効期間外に前記デジタル値をリセットすることを特徴とする請求項1に記載の光センサ。 - 前記複数の時間デジタル変換器のそれぞれは、
前記有効期間に前記パルスが入力されたときから一定時間が経過するたびに、前記デジタル値のカウントアップを実行し、
前記有効期間外に、前記デジタル値のカウントアップを停止し、
前記デジタル値のカウントアップの停止後、前記有効期間外に前記デジタル値を出力し、
前記デジタル値の出力後、前記有効期間外に前記デジタル値をリセットすることを特徴とする請求項1に記載の光センサ。 - 前記ヒストグラム生成回路は、
前記度数を保持するメモリ装置と、
前記メモリ装置に保持される前記度数を1つ増加させる加算器とを備えていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の光センサ。 - 同一周期で発光する発光素子と、
請求項1〜4のいずれか1項に記載の光センサであって、前記発光素子から照射された光に対する検知対象物からの反射光が入力される第1光センサと、
請求項1から4のいずれか1項に記載の光センサであって、前記発光素子から照射された光が参照光として直接入力される第2光センサと、
前記第1光センサによって生成される前記ヒストグラムと、前記第2光センサによって生成される前記ヒストグラムとから、前記参照光と前記反射光との遅延差を演算すると共に、前記遅延差に応じた距離を演算する演算装置とを備えていることを特徴とする距離測定装置。 - 複数の前記第1光センサを備えており、
前記演算装置は、複数の前記第1光センサのそれぞれについて、対応する前記距離を演算することを特徴とする請求項5に記載の距離測定装置。 - 請求項5または6に記載の距離測定装置を備えていることを特徴とする電子機器。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017207315A JP7043218B2 (ja) | 2017-10-26 | 2017-10-26 | 光センサ、距離測定装置、および電子機器 |
US16/147,738 US11366205B2 (en) | 2017-10-26 | 2018-09-29 | Optical sensor, distance measurement device, and electronic apparatus |
CN201811217442.6A CN109709531B (zh) | 2017-10-26 | 2018-10-18 | 光传感器、距离测量装置及电子设备 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017207315A JP7043218B2 (ja) | 2017-10-26 | 2017-10-26 | 光センサ、距離測定装置、および電子機器 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2019078690A true JP2019078690A (ja) | 2019-05-23 |
JP7043218B2 JP7043218B2 (ja) | 2022-03-29 |
Family
ID=66243743
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2017207315A Active JP7043218B2 (ja) | 2017-10-26 | 2017-10-26 | 光センサ、距離測定装置、および電子機器 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US11366205B2 (ja) |
JP (1) | JP7043218B2 (ja) |
CN (1) | CN109709531B (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP7446192B2 (ja) | 2020-09-24 | 2024-03-08 | シャープセミコンダクターイノベーション株式会社 | 形状測定装置 |
Families Citing this family (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP7321713B2 (ja) * | 2019-01-30 | 2023-08-07 | キヤノン株式会社 | 光電変換装置、撮像システム、移動体 |
JP7079753B2 (ja) | 2019-06-11 | 2022-06-02 | 株式会社東芝 | 光検出装置、電子装置及び光検出方法 |
JP7133523B2 (ja) | 2019-09-05 | 2022-09-08 | 株式会社東芝 | 光検出装置及び電子装置 |
CN110987201B (zh) * | 2019-12-20 | 2020-11-10 | 国开启科量子技术(北京)有限公司 | 一种单光子探测器死时间控制电路实现方法及装置 |
US11885915B2 (en) | 2020-03-30 | 2024-01-30 | Stmicroelectronics (Research & Development) Limited | Time to digital converter |
TWI759213B (zh) * | 2020-07-10 | 2022-03-21 | 大陸商廣州印芯半導體技術有限公司 | 光感測器及其感測方法 |
EP3989535A1 (en) * | 2020-10-20 | 2022-04-27 | Canon Kabushiki Kaisha | Photoelectric conversion device, method of controlling photoelectric conversion device, and information processing apparatus |
US11977186B2 (en) | 2021-06-07 | 2024-05-07 | Stmicroelectronics (Research & Development) Limited | ToF system |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014514553A (ja) * | 2011-04-05 | 2014-06-19 | コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェ | 向上された時間精度を有する時間−デジタル変換を用いる検出器アレイ |
JP2015108629A (ja) * | 2014-12-26 | 2015-06-11 | トヨタ自動車株式会社 | 画像取得装置及び方法 |
US20160033644A1 (en) * | 2014-07-31 | 2016-02-04 | Stmicroelectronics (Research & Development) Ltd. | Time of flight determination |
Family Cites Families (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4104991B2 (ja) * | 2003-01-16 | 2008-06-18 | 株式会社トプコン | 光波距離計 |
JP5771195B2 (ja) * | 2009-05-28 | 2015-08-26 | コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェ | デジタル・シリコン光電子増倍管の時間分解能を向上する方法 |
JP5644294B2 (ja) | 2010-09-10 | 2014-12-24 | 株式会社豊田中央研究所 | 光検出器 |
CN103257569B (zh) * | 2013-05-23 | 2015-10-21 | 龙芯中科技术有限公司 | 时间测量电路、方法和*** |
US9874629B2 (en) * | 2013-12-23 | 2018-01-23 | Oulun Yliopisto | Distance measurement device, receiver thereof and method of distance measurement |
EP3098626B1 (de) * | 2015-05-29 | 2021-05-19 | Hexagon Technology Center GmbH | Zeitmessschaltung und optoelektronischer distanzmesser mit einer ebensolchen zeitmessschaltung |
CN107027336A (zh) * | 2015-11-27 | 2017-08-08 | 三菱电机株式会社 | 光接收器、光通信装置以及控制方法 |
US10132921B2 (en) * | 2016-11-02 | 2018-11-20 | Stmicroelectronics (Research & Development) Ltd | Light communications receiver and decoder with time to digital converters |
US10275610B2 (en) * | 2016-11-28 | 2019-04-30 | Stmicroelectronics, Inc. | Time of flight sensing for providing security and power savings in electronic devices |
US10962628B1 (en) * | 2017-01-26 | 2021-03-30 | Apple Inc. | Spatial temporal weighting in a SPAD detector |
DE102017113674B4 (de) * | 2017-06-21 | 2019-03-28 | Sick Ag | Optoelektronischer Sensor und Verfahren zur Messung der Entfernung zu einem Objekt |
-
2017
- 2017-10-26 JP JP2017207315A patent/JP7043218B2/ja active Active
-
2018
- 2018-09-29 US US16/147,738 patent/US11366205B2/en active Active
- 2018-10-18 CN CN201811217442.6A patent/CN109709531B/zh active Active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014514553A (ja) * | 2011-04-05 | 2014-06-19 | コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェ | 向上された時間精度を有する時間−デジタル変換を用いる検出器アレイ |
US20160033644A1 (en) * | 2014-07-31 | 2016-02-04 | Stmicroelectronics (Research & Development) Ltd. | Time of flight determination |
JP2015108629A (ja) * | 2014-12-26 | 2015-06-11 | トヨタ自動車株式会社 | 画像取得装置及び方法 |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP7446192B2 (ja) | 2020-09-24 | 2024-03-08 | シャープセミコンダクターイノベーション株式会社 | 形状測定装置 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN109709531B (zh) | 2023-06-16 |
JP7043218B2 (ja) | 2022-03-29 |
US20190129012A1 (en) | 2019-05-02 |
US11366205B2 (en) | 2022-06-21 |
CN109709531A (zh) | 2019-05-03 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP7043218B2 (ja) | 光センサ、距離測定装置、および電子機器 | |
US10545239B2 (en) | Distance-measuring imaging device and solid-state imaging device | |
US10073164B2 (en) | Distance-measuring/imaging apparatus, distance measuring method of the same, and solid imaging element | |
US11644573B2 (en) | Higher pixel density histogram time of flight sensor with higher pixel density | |
JP6665873B2 (ja) | 光検出器 | |
US9316735B2 (en) | Proximity detection apparatus and associated methods having single photon avalanche diodes for determining a quality metric based upon the number of events | |
JP6709335B2 (ja) | 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 | |
TWI544232B (zh) | 用於飛行時間成像系統之校準電路與方法 | |
US9007118B2 (en) | Circuit for combining signals | |
CN109115334B (zh) | 光检测装置 | |
TW201822491A (zh) | 飛行時間光感測器 | |
US20190302240A1 (en) | Dual mode stacked photomultipliers suitable for use in long range time of flight applications | |
US20190129015A1 (en) | Optical sensor and electronic device | |
CN109374139B (zh) | 一种单光子飞行时间检测电路及测量方法 | |
WO2018211801A1 (ja) | 光センサ及び電子機器 | |
JP7100049B2 (ja) | 光測距システム用シストリックプロセッサシステム | |
WO2017208651A1 (ja) | 光センサ、および電子機器 | |
WO2018181013A1 (ja) | 光検出器 | |
CN107272010B (zh) | 距离传感器及其距离测量方法、3d图像传感器 | |
US20200092540A1 (en) | Detection device and detection method using avalanche diode array and calibration matrix generating method thereof | |
JP6728369B2 (ja) | 光センサおよび電子機器 | |
KR101928581B1 (ko) | 광검출 장치 | |
CN210155522U (zh) | 一种像素级的高精度幅度时间转换电路 | |
WO2023080044A1 (ja) | 撮像素子および測距装置 | |
WO2023058591A1 (ja) | 撮像素子および測距装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20200917 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20210616 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20210629 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20210825 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20220118 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20220131 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20220215 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20220316 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7043218 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |