JP7109906B2 - 光センサ及び電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、飛行時間計測（ＴＯＦ）に基づいて対象物との間の距離を測定する光センサ及び電子機器に関する。

従来、微弱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飛行時間計測（ＴＯＦ、Time-Of-Flight）技術が知られている（特許文献１及び特許文献２）。

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ので、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。

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、クエンチング抵抗を直列に加えることで、フォトン入射に対して同期するパルス出力を得ることができる。

図１４は、ガイガーモードのアバランシェフォトダイオードを用いた受光部の構成例を示す回路図である。受光部は、フォトダイオードＰＤ１１と、アクティブクエンチング抵抗Ｒ１１（ＭＯＳトランジスタの抵抗成分）と、バッファーＢＵＦ１１とで構成される。

フォトダイオードＰＤ１１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。フォトダイオードＰＤ１１に直列で接続されているアクティブクエンチング抵抗Ｒ１１に電流が流れることで、アクティブクエンチング抵抗Ｒ１１の端子間電圧が増加し、それに伴いフォトダイオードＰＤ１１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アクティブクエンチング抵抗Ｒ１１の端子間電圧が低下し、フォトダイオードＰＤ１１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。バッファーＢＵＦ１１により、フォトダイオードＰＤ１１とアクティブクエンチング抵抗Ｒ１１間の電圧変化はフォトン入射に対して同期するパルス出力として取り出される。

ＴＯＦセンサは、対象物に光を出射した時刻と、当該出射された光が対象物により反射された反射光を受光した時刻との間の時間差に基づいて距離を算出することで、ＴＯＦセンサと対象物との間の距離を測定するものである。

特許文献１には、発光素子から出射されて対象物で反射された反射光と発光素子からの直接光とをそれぞれ別の二つのＤｅｌａｙ Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ回路（ＤＬＬ回路）に入力し、２つのＤＬＬ出力パルス間の位相遅延量をデジタル値に変換する距離測定方法が開示されている。

特許文献２には、ＳＰＡＤからの出力パルス頻度のヒストグラムの極大値を求めることにより距離測定を行う方法が開示されている。

米国特許公開第2014/0231631号（2014年8月21日公開） 特許第6020547号明細書（2016年10月14日登録）

ＴＯＦセンサは、電子機器に搭載される際に、光センサ受発光面の前面近傍に発光素子から発光された光の一部を透過し、他の一部を反射するカバーパネルを備える場合が多い。

上記特許文献１に開示されている距離測定方法においては、発光素子からの光パルスは、検知対象物からの反射光のみならずカバーパネルからの反射光にもなることから、反射光に基づく信号が入力されるＤＬＬ回路には、検知対象物からの反射光に基づく信号とカバーパネルからの反射光に基づく信号とが混ざった状態で入力される。このため、ＴＯＦセンサ内のＤＬＬ回路は、検知対象物の位置とカバーパネルの位置（ＴＯＦセンサからの距離がほぼ零）との間の距離に検知対象物が存在すると誤認識してしまい、間違った距離を算出してしまう。

また、特許文献２に開示されているヒストグラムを用いた距離測定方法においては、カバーパネルからの反射光に基づく信号成分と検知対象物からの反射光に基づく信号成分とを分離することができ、検知対象物までの距離を正しく測定可能であるが、ＤＬＬ回路方式に比べ分解能の点で不利である。高い分解能を実現する為には、分解能に近い幅での発光パルスが必要となりヒストグラムのビン数も多くなることで、プロセスや回路規模により高価になるという欠点がある。

ＤＬＬ回路方式を用いた距離測定においては、カバーパネルからの反射光成分量（クロストーク値）を知ることが出来れば、間違った距離を正しい距離に補正する計算を行うことはできる。しかしながら、クロストーク値は、カバーパネルの指紋汚れ等によって変化する為、定期的にクロストーク値を更新する必要がある。

クロストーク値は、ＴＯＦセンサの前にカバーパネルからの反射光成分以外の検知対象物による反射光成分が何も無い状態にして、一定期間の反射光成分のＳＰＡＤ出力パルス数をカウントすることで求められる。

しかしながら、ＴＯＦセンサの使用時においては、検知対象物がＴＯＦセンサの前に存在する場合が多い。ＴＯＦセンサの前に検知対象物が存在する状態ではクロストーク値を更新することができず、カバーパネルの指紋汚れ等によるクロストーク値の変動に対してＴＯＦセンサがすばやく追随することができない。

本発明の一態様は、光センサの前に検知対象物が存在する場合においても、クロストーク値を更新し、カバーパネルが存在する場合においても正しい距離測定を実施可能とすることができる光センサ及び電子機器を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る光センサは、基準パルス信号を生成する基準パルス生成回路と、前記基準パルス信号に基づいて対象物に向かって光を出射する発光素子と、前記光の一部を透過し他の一部を反射するカバーパネルと、前記対象物により反射された対象物反射光と前記カバーパネルにより反射されたカバーパネル反射光とを受光可能に設けられたフォトカウント型の第１受光素子と、前記第１受光素子よりも前記発光素子の近くに配置されて、前記カバーパネル反射光、センサパッケージ内部の反射光、及び、前記発光素子からの直接光を受光するフォトカウント型の第２受光素子と、前記第１受光素子からの第１受光パルス信号と前記基準パルス信号に基づく基準周期と前記第２受光素子からの第２受光パルス信号とに基づいて、前記対象物との間の空間光路上の距離に基づく時間差を抽出する時間差抽出回路と、前記時間差抽出回路により抽出された時間差と前記基準周期とに基づいて、前記カバーパネル反射光の成分量を表すクロストーク値を算出可能であるかを判定する判定回路とを備えることを特徴とする。

本発明の一態様によれば、光センサの前に検知対象物が存在する場合においても、クロストーク値を更新し、カバーパネルが存在する場合においても正しい距離測定を実施可能とすることができる。

実施形態１に係る光センサの構成を模式的に示すブロック図である。 上記光センサに設けられた第１受光部の構成を模式的に示す回路図である。 上記光センサに設けられた第１ＤＬＬ回路の構成を模式的に示す回路図である。 （ａ）（ｂ）は上記第１ＤＬＬ回路の動作を示す波形図である。 上記光センサの測定期間の動作状態を説明する図であり、（ａ）は第１受光部からの第１受光パルス信号を示す波形図であり、（ｂ）は発光期間及び非発光期間における第１受光部からの第１受光パルス信号を示す波形図であり、（ｃ）は実測定期間における基準パルス信号に基づく光センサの動作を説明するための図である。 図１に示す光センサに備えられた第１及び第２カウンタ、第１及び第２カウント算出回路の発光期間における動作を説明するためのグラフである。 図１に示す光センサに備えられた第１及び第２カウンタ、第１及び第２カウント算出回路の非発光期間における動作を説明するためのグラフである。 （ａ）（ｂ）は、時間領域の中で第１受光部がカバーパネルからの反射パルス光を受ける時間領域の割合が、図６の例と異なる場合を説明するためのグラフであり、（ｃ）は、基準周期と基準パルス周期とが異なる場合を説明するためのグラフである。 発光期間における、カバーパネルからの反射光成分と検知対象物からの反射光成分を３つの場合（Ａ－Ｃ）について示すグラフである。 第１ＤＬＬ回路のロック状態の波形図を示し、（ａ）は検知対象物からの反射光成分の受光波形とカバーパネルからの反射光成分の受光波形の時間差が、基準周期の半周期よりも小さい場合の波形図であり、（ｂ）は上記反射光成分の受光波形の時間差が、基準周期の半周期よりも大きい場合の波形図である。 実施形態２に係る光センサの発光期間及び非発光期間を示す図である。 （ａ）～（ｄ）は上記光センサの開始発光期間、終了発光期間、開始非発光期間、非終了非発光期間を説明するための図である。 （ａ）は実施形態３に係るスマートフォンの外観を示す斜視図であり、（ｂ）は上記スマートフォンの正面図である。 ガイガーモードのアバランシェフォトダイオードを用いた受光部の構成例を示す回路図である。

以下、本発明の実施形態について、詳細に説明する。

〔実施形態１〕
（光センサ１の構成）
図１は、実施形態１に係る光センサ１の構成を模式的に示すブロック図である。光センサ１は、基準パルス信号ＴＸを生成する基準パルス生成回路２と、基準パルス生成回路２により生成された基準パルス信号ＴＸに基づいて対象物１９に向かって光を出射する発光素子３と、発光素子３から出射された光の一部を透過し他の一部を反射するカバーパネル４と、対象物１９により反射された対象物反射光Ｌ１とカバーパネル４により反射されたカバーパネル反射光Ｌ２とを受光可能に設けられたフォトカウント型の第１受光部５（第１受光素子）とを備える。基準パルス生成回路２は、生成した基準パルス信号ＴＸをドライバ１６に供給する。ドライバ１６は、基準パルス生成回路２から供給された基準パルス信号ＴＸに基づいて発光素子３をパルス駆動する。

光センサ１には、第１受光部５がカバーパネル４からのカバーパネル反射光Ｌ２を受けるパルス幅時間領域の一部または全てを含む基準パルス幅ＰＷ内の時間領域Ｔａの時間幅ｔ１内において、第１受光部５からの第１受光パルス信号ＳＰＡＤ＿ＳＧ１の数を算出する第１カウンタ９と、発光期間Ｔ３における、カバーパネル反射光Ｌ２および外乱光を含む光の入射による第１受光部５からの第１出力パルス数Ｃ１、非発光期間Ｔ４における外乱光の入射による第１受光部５からの第２出力パルス数Ｃ２、および、発光素子３の発光期間Ｔ３と非発光期間Ｔ４との間の比率に基づいて、カバーパネル反射光Ｌ２の入射による第１受光部５からの第３出力パルス数Ｃ３を算出する第１算出回路１０と、第３出力パルス数Ｃ３に基づいてクロストーク値を算出するクロストーク値算出回路１１とが設けられる。

クロストーク値算出回路１１は、時間領域Ｔａの時間幅ｔ１内において、第１受光部５がカバーパネル反射光Ｌ２を受ける時間領域の割合がｘ％であるとき、
第３出力パルス数Ｃ３×（基準周期Ｔｂ×基準パルス幅ＰＷ／基準パルス周期Ｔｐ）／（時間幅t1×ｘ/100）、
によりクロストーク値を算出する。

また、光センサ１は、第１受光部５よりも発光素子３の近くに配置されて、カバーパネル反射光Ｌ２、センサパッケージ内部の反射光、及び、発光素子３からの直接光を受光するフォトカウント型の第２受光部６と、第１受光部５からの第１受光パルス信号ＳＰＡＤ＿ＳＧ１と基準パルス信号ＴＸに基づく基準周期Ｔｂと第２受光部６からの第２受光パルス信号ＳＰＡＤ＿ＳＧ２とに基づいて、対象物１９との間の空間光路上の距離に基づく時間差を抽出する時間差抽出回路７と、上記時間差抽出回路７により抽出された時間差と基準周期Ｔｂとに基づいて、カバーパネル反射光Ｌ２の成分量を表すクロストーク値を算出可能であるかを判定する判定回路８とを備える。

時間差抽出回路７は、第１受光部５からの第１受光パルス信号ＳＰＡＤ＿ＳＧ１と基準周期Ｔｂとが入力される第１ＤＬＬ回路２５と、第２受光部６からの第２受光パルス信号ＳＰＡＤ＿ＳＧ２と基準周期Ｔｂとが入力される第２ＤＬＬ回路２６と、対象物１９との間の空間光路上の距離に基づく時間差を抽出する遅延差測定回路１８とを含む。

対象物１９は、光センサ１との間の距離を検出するための検出対象物である。但し、対象物１９は、発光素子３から出射された光が向う方向に配置された非検出対象物であってもよい。非検出対象物は、例えば、検出対象物の背後に配置された壁又はタンス等の物体であり得る。

光センサ１には、第１受光部５からのパルス出力の数を算出する第２カウンタ１２と、発光期間Ｔ３における対象物１９により反射された対象物反射光Ｌ１、カバーパネル反射光Ｌ２および外乱光を含む光の入射による第１受光部５からの第４出力パルス数Ｃ４、非発光期間Ｔ４における外乱光の入射による第１受光部５からの第５出力パルス数Ｃ５、および、発光素子３の発光期間Ｔ３と非発光期間Ｔ４との間の比率に基づき、カバーパネル反射光Ｌ２の入射による第１受光部５からの第６出力パルス数Ｃ６を算出する第２算出回路１３と、第２算出回路１３により算出された第６出力パルス数Ｃ６と、時間差抽出回路７により抽出された時間差と、クロストーク値算出回路１１により算出されたクロストーク値とに基づいて、対象物１９までの距離を算出する距離算出回路１４とがさらに設けられる。

基準パルス周期Ｔｐの各周期において、第１受光部５がカバーパネル反射光Ｌ２のパルス光の先頭を受け始める時間を起点（０ｓｅｃ）とした際に、時間領域Ｔａが、
ｔｂ≦基準周期Ｔｂ／２≦（基準周期Ｔｂ＋時刻ｔａ―基準パルス幅ＰＷ）
を満たす、時刻ｔａから時刻ｔｂ（時刻ｔａ＜時刻ｔｂ）の時間領域にあるとき、判定回路８は、時間差抽出回路７により抽出された時間差ｔ２が、
時刻ｔｂ≦ｔ２≦基準周期Ｔｂ＋時刻ｔａ－基準パルス幅ＰＷ、
の範囲内にある場合において、クロストーク算出可能と判断とする。

（光センサ１の動作）
上記構成の光センサ１は、以下のようにして、発光素子３からの光を反射する検知すべき対象物１９までの距離を求める。

まず、光センサ１に設けられた発光素子３及び第１受光部５に係る受発光面の前面近傍にカバーパネル４が存在しない場合について説明する。

発光素子３からパルス光が照射される。そして、検知すべき対象物１９からの対象物反射光Ｌ１が第１受光部５に入射され、光センサ１のパッケージ内部からの反射光（発光素子３からの直接光を含む）が第２受光部６に入射される。すると、入射された対象物反射光Ｌ１、パッケージ内部からの反射光の光量に応じた頻度で、第１受光部５から第１受光パルス信号ＳＰＡＤ＿ＳＧ１が出力され、第２受光部６から第２受光パルス信号ＳＰＡＤ＿ＳＧ２が出力される。

これらの第１受光パルス信号ＳＰＡＤ＿ＳＧ１及び第２受光パルス信号ＳＰＡＤ＿ＳＧ２は、空間光路上の距離の差分に相当する時間差を持つパルス信号として時間差抽出回路７に入力される。第２受光部６から出力される第２受光パルス信号ＳＰＡＤ＿ＳＧ２は空間光路上の距離がほぼ零とみなすことができる。このため、時間差抽出回路７は、この二つの入力（第１受光パルス信号ＳＰＡＤ＿ＳＧ１及び第２受光パルス信号ＳＰＡＤ＿ＳＧ２）と、基準パルス生成回路２により生成された基準周期Ｔｂとを用いて空間光路上の距離に相当する時間差を抽出し、検知すべき対象物１９までの距離を距離算出回路１４が求める。

また、発光素子３からの発光に基づく受光に対して、第１受光部５からの第１受光パルス信号ＳＰＡＤ＿ＳＧ１、第２受光部６からの第２受光パルス信号ＳＰＡＤ＿ＳＧ２は、発光幅内で時間的にランダムに発生する。このため、時間差抽出回路７には、ＤＬＬ（Delay Locked Loop）回路である第１ＤＬＬ回路２５及び第２ＤＬＬ回路２６を使用する。そして、第１受光部５の受光幅の中心に第１ＤＬＬ回路２５の出力をロックさせ、第２受光部６の受光幅の中心に第２ＤＬＬ回路２６の出力をロックさせることにより時間差を抽出する。

（第１受光部５の構成）
図２は光センサ１に設けられた第１受光部５の構成を模式的に示す回路図である。ここで、第１受光部５と第２受光部６との構成は同じであるので、第１受光部５を例に説明する。

第１受光部５は、図２に示すように、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）、バッファーＢＵＦ１で構成されたセル２１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る。そして、フォトダイオードＰＤ１に入射される入射光の光量が、アクティブクエンチング抵抗Ｒ１、バッファーＢＵＦ１により、パルス出力（第１受光パルス信号ＳＰＡＤ＿ＳＧ１）として取り出される。第１受光部５からのパルス出力は、パルス幅整形回路２２を通過し、パルス幅が一定時間幅ｔ_ｏｃに整形された後、演算器ＯＲ１（図１）でＯＲ演算が行われる。

（第１ＤＬＬ回路２５の構成）
図３は光センサ１の時間差抽出回路７に設けられた第１ＤＬＬ回路２５の構成を模式的に示す回路図である。第１ＤＬＬ回路２５と第２ＤＬＬ回路２６とは同じ構成であるので、以下では、第１ＤＬＬ回路２５について説明する。第１ＤＬＬ回路２５は、図３に示すように、位相検出器２３、電圧制御遅延回路２４、および、電圧制御遅延回路２４の制御電圧を保持する容量素子ＣＤＬＬを有する。

位相検出器２３には、演算器ＡＮＤ１・ＡＮＤ２及び反転器ＩＮＶ１が設けられる。演算器ＡＮＤ２による演算により、（Ｅ）電圧制御遅延回路２４から供給される遅延信号ＤＬＬ１＿ＰＵＬＳＥ＝１、（Ｄ）第１受光パルス信号ＳＰＡＤ＿ＳＧ１＝１の時に信号（Ｂ）＝１となり、電流ＩＢが容量ＣＤＬＬに流れる。演算器ＡＮＤ１と反転器ＩＮＶ１との演算により、（Ｅ）遅延信号ＤＬＬ１＿ＰＵＬＳＥ＝０、（Ｄ）第１受光パルス信号ＳＰＡＤ＿ＳＧ１＝１の時に信号（Ａ）＝１となり、電流ＩＡが容量ＣＤＬＬから流れる。前述の動作によって電圧制御遅延回路２４の入力電圧が容量素子ＣＤＬＬの電圧により決まり、（Ｃ）基準周期Ｔｂ（ｄｕｔｙ５０％）がｔ_{ｄｅｌａｙ}分遅延した波形が（Ｅ）遅延信号ＤＬＬ１＿ＰＵＬＳＥとなる。

（Ｄ）第１受光パルス信号ＳＰＡＤ＿ＳＧ１に発光素子３に起因する受光以外の外乱光成分が一様に入っている場合、十分な時間積分では電流ＩＡ＝ＩＢとなるため、外乱光成分を除去することができる。なお、時間差抽出回路７内の第２ＤＬＬ回路２６についても第１ＤＬＬ回路２５の構成と同様である。

（第１ＤＬＬ回路２５の動作）
図４（ａ）（ｂ）は第１ＤＬＬ回路２５の動作を示す波形図である。第１ＤＬＬ回路２５の動作と第２ＤＬＬ回路２６の動作とは同じであるので、第１ＤＬＬ回路２５の動作を例に説明する。図４（ａ）は第１ＤＬＬ回路２５のロック状態を示す波形図である。

図４（ａ）に示すように、第１受光部５が対象物反射光Ｌ１を受光したときの波形（受光波形）に対して、ランダムに発生した第１受光パルス信号ＳＰＡＤ＿ＳＧ１の波形を積分した波形が等しく２分される位置に、遅延信号ＤＬＬ１＿ＰＵＬＳＥの立ち上がりエッジが来た場合に、図４（ａ）中のＩＢ積分表示におけるＩＢの積分値と図４（ａ）中のＩＡ積分表示におけるＩＡの積分値とが一致する。このため、この状態がロック状態となる。

（測定動作の１周期における光センサ１の動作）
図５は、光センサ１の測定期間の動作状態を説明する図であり、（ａ）は第１受光部５からの第１受光パルス信号ＳＰＡＤ＿ＳＧ１を示す波形図であり、（ｂ）は発光期間Ｔ３及び非発光期間Ｔ４における第１受光部５からの第１受光パルス信号ＳＰＡＤ＿ＳＧ１を示す波形図であり、（ｃ）は測定期間における基準パルス信号ＴＸに基づく光センサ１の動作を説明するための図である。

測定期間の１周期において、発光素子３は発光期間Ｔ３、非発光期間Ｔ４を繰り返している。図５の（ｂ）は測定期間の１周期分の第１受光部５からの出力パルスを示し、図５（ａ）は図５（ｂ）の部分拡大図である。図５（ｃ）は測定期間のｎ周期の動作全体を示している。なお第２受光部６においても同様に動作する。

測定期間の１周期における発光素子３の発光期間Ｔ３と非発光期間Ｔ４とは、図５（ｂ）に示すように、発光期間Ｔ３と非発光期間Ｔ４とが、発光期間Ｔ３＞非発光期間Ｔ４となるように設定されている。また光センサ１は図５（ｃ）に示すように測定期間の全体において、一定の時間比率（発光期間：非発光期間＝Ｔ３：Ｔ４）で実施される期間を１周期として動作が繰り返される。１周期は、発光期間Ｔ３の環境と非発光期間Ｔ４の環境とが変化しない程度に出来るだけ短く設定することが望ましい。第１受光部５から出力される第１受光パルス信号ＳＰＡＤ＿ＳＧ１には、反射光成分による出力パルスに加えて、外乱光によるノイズパルスも含まれる。

具体的には、図５（ａ）に示すように、発光期間Ｔ３では、反射光成分による出力パルスと外乱光によるノイズパルスとが混合したパルスが第１受光部５から出力される。そして、非発光期間Ｔ４においては、ノイズパルスのみが第１受光部５から出力される。

図１に示す第２算出回路１３は、測定期間において、以下のように第２カウンタ１２より取得した１周期のパルス数を演算する。発光期間Ｔ３において取得した第４出力パルス数Ｃ４から、非発光期間Ｔ４において取得した第５出力パルス数Ｃ５に所定の時間比（発光期間Ｔ３／非発光期間Ｔ４）の係数を掛けた値を第２算出回路１３は減算する。つまり、第２算出回路１３は、１周期終了時のパルス数（第６出力パルス数Ｃ６）を、
Ｃ６＝Ｃ４－Ｃ５×（Ｔ３／Ｔ４）・・・（式１）、
により求める。

外乱光等の外的環境の変化に対して、１周期の短い時間に発光期間Ｔ３と非発光期間Ｔ４とが連続的に行われる。上記（式１）の右辺の第２項は、ノイズパルスが発光期間Ｔ３においていくつ発生したかを導出している。第４出力パルス数Ｃ４から、第５出力パルス数Ｃ５に所定時間比の係数（Ｔ３／Ｔ４）を掛けた値を減算することで、発光期間Ｔ３における対象物反射光Ｌ１によるパルスのみを求めることができる。また発光期間Ｔ３＞非発光期間Ｔ４と設定することが望ましい。これにより、１周期における発光素子３がパルス発光を繰り返している発光期間Ｔ３の比率を上げることができるので、ノイズパルスのみが発生する非発光期間Ｔ４による時間のロスを低減できる。

測定期間内においてｎ周期実施され、ｎ周期終了時における第２算出回路１３による第６出力パルス数Ｃ６は、下記（式２）で演算される。

ここで、Ｃ４＿ｋはｋ周期目の発光期間Ｔ３において取得した第４出力パルス数Ｃ４を示し、Ｃ５＿ｋはｋ周期目の非発光期間Ｔ４において取得した第５出力パルス数Ｃ５を示す。第２算出回路１３により、パルス数が加算されていくことで、ｎ周期終了時における対象物反射光Ｌ１の成分による出力パルス数（第６出力パルス数Ｃ６）が演算される。

次に、光センサ１の受発光面の前面近傍にカバーパネル４が存在する場合について説明する。

図４（ｂ）は、第１ＤＬＬ回路２５のロック状態の波形図である。図４（ｂ）に示すように、第１受光部５が受光したときの波形（受光波形）は、カバーパネル４からのカバーパネル反射光Ｌ２の成分を表す波形と、検知する対象物１９からの対象物反射光Ｌ１の成分を表す波形との２つの波形があり、空間光路上の距離の差分に相当する時間分ずれたパルス出力となる。

受光波形に対してランダムに発生した第１受光パルス信号ＳＰＡＤ＿ＳＧ１の波形を積分した波形が等しく２分される位置に遅延信号ＤＬＬ１＿ＰＵＬＳＥの立ち上がりエッジが来た場合に図４（ｂ）中のＩＢ積分表示におけるＩＢの積分値と図４（ｂ）中のＩＡ積分表示におけるＩＡの積分値が一致するため、この状態がロック状態となる。

第２受光部６が受光したときの波形（受光波形）は、カバーパネル４からのカバーパネル反射光Ｌ２の成分を表す波形と、センサパッケージ内部からの反射光の成分（直接光を含む）の２つの波形を表す波形とがあるが、空間光路上の距離はともにほぼ０に等しい為、図４（ａ）の受光波形に等しい。

図４（ｂ）は、カバーパネル４からのカバーパネル反射光Ｌ２の成分と、検知する対象物１９からの対象物反射光Ｌ１の成分との大小によって、第１ＤＬＬ回路２５のロック状態の遅延信号ＤＬＬ１＿ＰＵＬＳＥの立ち上がりエッジ位置が異なる（第１ＤＬＬ回路２５のロック状態の位置は等しい）ことを意味しており、正しい時間差抽出を行えない。

正しい時間差抽出を行うためには、カバーパネル４が存在しないときの第１ＤＬＬ回路２５のロック状態の位置を推測する必要がある。その為には、第２算出回路１３により算出した反射光成分（カバーパネル反射光Ｌ２の成分と対象物反射光Ｌ１による成分とを含む）による第６出力パルス数Ｃ６と、カバーパネル４からのカバーパネル反射光Ｌ２の成分のカウント値（クロストーク値）とを知る必要がある。

後述する判定回路８が、クロストーク値算出可能と判断した場合に、クロストーク値算出回路１１により算出されたクロストーク値で、事前に保持しているクロストーク値をクロストーク値算出回路１１が更新する。これにより、カバーパネル４の最新状態でのクロストーク値を距離算出回路１４が使用することができる。

（クロストーク値算出方法）
基準パルス信号ＴＸの基準パルス周期Ｔｐが基準周期Ｔｂと等しい場合について説明する。まず、光センサ１の前にカバーパネル４以外の対象物が存在しない場合での発光期間Ｔ３における光センサ１の動作を説明する。

図６は、発光期間Ｔ３における図１に示す光センサ１に備えられた第１カウンタ９、第２カウンタ１２、第１算出回路１０、第２算出回路１３の動作を説明するためのグラフである。

図１に示す光センサ１に備えられた基準パルス生成回路２は、基準パルスＴＸをドライバ１６に与え、発光素子３をパルス発光させる。なお、基準パルス生成回路２がドライバ１６に出力する基準パルスＴＸの基準パルス周期Ｔｐと、時間差抽出回路７に基準パルス生成回路２が出力する基準周期Ｔｂとは、同一周期であってもよい。本実施形態においては、基準パルス周期Ｔｐと基準周期Ｔｂとは同一周期であるとして説明する。

図６に示されているように、カバーパネル４からのカバーパネル反射光Ｌ２の成分（第１受光部５の受光波形）は、基準パルスＴＸの受信遅延による発光素子３の発光遅延がある為、基準パルスＴＸに対して一定時間遅れた波形になる。

第１受光部５のカバーパネル４からのカバーパネル反射光Ｌ２のパルス成分の受光波形（パルス幅時間領域）の一部を含む基準パルス周期Ｔｐ内の時間領域Ｔａ（時間幅ｔ１）が、カバーパネル反射光Ｌ２の先頭のパルス光を受け始める時間を起点（０ｓｅｃ）とした際に、時刻ｔａから時刻ｔｂ（時刻ｔａ＜時刻ｔｂ）の時間領域に存在する場合を考える。

発光期間Ｔ３の全領域における第１受光部５からの第１受光パルス信号ＳＰＡＤ＿ＳＧ１の立ち上がりを、図６に示すように、第２カウンタ１２がカウントする（第４出力パルス数Ｃ４）。

時間領域ＴａがＨｉｇｈ電圧となる波形Ｗ１を用いて、発光期間Ｔ３の時間領域Ｔａにおける第１受光部５からの第１受光パルス信号ＳＰＡＤ＿ＳＧ１の立ち上がりを、図６に示すように、第１カウンタ９がカウントする（第１出力パルス数Ｃ１）。

第１受光部５の受光波形の時間領域内において発生する、第１受光部５からの第１受光パルス信号ＳＰＡＤ＿ＳＧ１のパルスＰ１は、図６に示すように、第１受光部５の受光波形に同期したパルス（カバーパネル反射光Ｌ２によるパルス）と、外乱光や熱的に発生したキャリアにより発生した第１受光部５の受光波形に同期しないノイズパルスとが含まれる。

第１受光部５の受光波形の時間領域外に発生する、第１受光部５からの出力パルス（ＳＰＡＤ＿ＳＧ１）のパルスＰ２は、外乱光や熱的に発生したキャリアにより発生した第１受光部５の受光波形に同期しないノイズパルスである。

発光期間Ｔ３において第１カウンタ９より得られた第１出力パルス数Ｃ１、第２カウンタ１２より得られた第４出力パルス数Ｃ４は、カバーパネル反射光Ｌ２と外乱光とを含む光の入射により発生したノイズパルスが混ざった状態であり、第１受光部５の受光波形に同期したパルスとノイズパルスを区別することができない。しかしながら、後述の非発光期間Ｔ４におけるカウンタのカウント値を用いて区別することができる。

次に、光センサ１の前にカバーパネル４以外の対象物が存在しない場合の非発光期間Ｔ４における光センサ１の動作を考える。

図７は、非発光期間Ｔ４における図１に示した光センサ１に備えられた第１カウンタ９、第２カウンタ１２、第１算出回路１０、第２算出回路１３の動作を説明するためのグラフである。（カバーパネル４以外の対象物が無い状態の説明を行う。）
非発光期間Ｔ４においてはドライバ１６への基準パルスＴＸをＬｏｗに固定し、発光素子３を光らせずに、発光期間Ｔ３と同様の動作を行う。発光期間Ｔ３と非発光期間Ｔ４における各測定時間の比率は任意である。

非発光期間Ｔ４の全領域における第１受光部５からの第１受光パルス信号ＳＰＡＤ＿ＳＧ１の立ち上がりを、図７に示すように、第２カウンタ１２でカウントする（第５出力パルス数Ｃ５）。

時間領域ＴａがＨｉｇｈ電圧となる波形Ｗ１を用いて、非発光期間Ｔ４の時間領域Ｔａにおける第１受光部５からの第１受光パルス信号ＳＰＡＤ＿ＳＧ１の立ち上がりを、図７に示すように、第１カウンタ９でカウントする（第２出力パルス数Ｃ２）。

第１受光部５の受光波形に同期したパルスは存在せず、ノイズパルスのみが発生する為、図６に示す発光期間Ｔ３に比べて第１受光部５からの第１受光パルス信号ＳＰＡＤ＿ＳＧ１のパルス発生頻度は低くなる。

発光期間Ｔ３と非発光期間Ｔ４との比率に基づき、発光期間Ｔ３のカウント値から非発光期間Ｔ４のカウント値を減算し、発光期間Ｔ３の全領域におけるカバーパネル反射光Ｌ２の入射による第１受光部５からの出力パルス数（第６出力パルス数Ｃ６）および発光期間Ｔ３の時間領域Ｔａ内におけるカバーパネル反射光Ｌ２の入射による第１受光部５からの出力パルス数（第３出力パルス数Ｃ３）を算出する。

外乱光や熱的に発生したキャリアにより発生したノイズパルスは時間的に均等に発生すると考えられることから、
発光期間Ｔ３、非発光期間Ｔ４とすると、
第３出力パルス数Ｃ３＝第１出力パルス数Ｃ１―第２出力パルス数Ｃ２×Ｔ３／Ｔ４
第６出力パルス数Ｃ６＝第４出力パルス数Ｃ４―第５出力パルス数Ｃ５×Ｔ３／Ｔ４
とすることで、第１出力パルス数Ｃ１、第４出力パルス数Ｃ４の中に含まれるノイズパルスを除去することができ、第３出力パルス数Ｃ３、第６出力パルス数Ｃ６を算出できる。

第３出力パルス数Ｃ３を算出する別の方法としては、第２算出回路１３の算出結果を第１算出回路１０が使える構成の場合、
第３出力パルス数Ｃ３＝第１出力パルス数Ｃ１－第５出力パルス数Ｃ５×（Ｔ３／Ｔ４）×（時間幅ｔ１／基準パルス周期Ｔｐ）、
とすることも可能である。第２出力パルス数Ｃ２よりも第５出力パルス数Ｃ５の方が大きい為、測定期間が短いためにカウント値のバラツキが無視できない場合においては算出精度の向上が期待できる。

図６、図７では、第１周期から第４周期までしか図示していないが、発光期間Ｔ３は約６．８ｍｓであり、非発光期間Ｔ４は約１．７ｍｓであり、第１受光部５の受光波形はその周期が１５ｎｓであり、発光期間Ｔ３は上記受光波形の約４５万周期を含み、非発光期間Ｔ４は上記受光波形の約１１万周期を含む。

また、図６、図７は、説明の為、第１受光部５からの第１受光パルス信号ＳＰＡＤ＿ＳＧ１の検出頻度を多く書いてあるが、実際にカバーパネル反射光Ｌ２の成分のパルス発生数は、６．８ｍｓで、数十～数百カウント程度の少ない検出頻度になる。（検知する対象物１９が存在する場合は、対象物反射光Ｌ１の成分のパルス発生数は距離に依存する。０～数万カウント程度。）
第３出力パルス数Ｃ３のカウント値が全てカバーパネル反射光Ｌ２の成分である場合は、時間領域Ｔａの時間幅ｔ１内において、第１受光部５がカバーパネル反射光Ｌ２のパルス光を受ける時間領域の割合ｘ％が分かっていれば、（本実施形態では１００％。時間領域Ｔａの時間幅ｔ１を覆うように第１受光部５の受光波形の基準パルス幅ＰＷが存在する為）、第３出力パルス数Ｃ３の、発光期間Ｔ３の全領域におけるカバーパネル反射光Ｌ２のパルス成分のカウント値に対する比率が分かることから、
第３出力パルス数Ｃ３×（基準周期Ｔｂ×基準パルス幅ＰＷ／基準パルス周期Ｔｐ）／（時間幅ｔ１×ｘ／１００）・・・式（３）
により、クロストーク値をクロストーク値算出回路１１が算出することができる（基準パルス幅ＰＷ／基準パルス周期Ｔｐは発光ｄｕｔｙに相当）。

しかしながら、第３出力パルス数Ｃ３のカウント値が全てカバーパネル反射光Ｌ２の成分であるか否か（カバーパネル４からの反射光成分に加えて検知する対象物１９からの反射光成分を上記カウント値が含んでいるか否か）は、カウント値から判断することはできない。このため、上記式（３）によるクロストーク値算出は常に行うことはできない。

図８（ａ）（ｂ）には、時間領域Ｔａの中で第１受光部５がカバーパネル反射光Ｌ２を受ける時間領域の割合が、前述した図６の例の割合と異なる場合について示す。

図８（ａ）に示す時間領域Ｔａ－１の場合においては、ｘ＝（基準パルス幅ＰＷ―時刻ｔａ）／時間幅ｔ１×１００、
図８（ｂ）に示す時間領域Ｔａ－２の場合においては、ｘ＝（基準パルス幅ＰＷ）／時間幅ｔ１×１００、
となる。

図８（ｃ）には、基準周期Ｔｂと基準パルス周期Ｔｐとが異なる場合（基準パルス周期Ｔｐ＝基準周期Ｔｂ×２）について示す。（図６、図８（ａ）（ｂ）に示す例と異なる。）
基準パルス周期Ｔｐが基準周期Ｔｂの２倍の場合は、ドライバ１６への基準パルスＴＸ、第１受光部５の受光波形（カバーパネル反射光Ｌ２の成分）、時間領域Ｔａはいずれも基準周期Ｔｂの２周期毎に発生することとなる。基準パルス周期Ｔｐが基準周期Ｔｂのｎ倍の場合は、いずれも基準周期Ｔｂのｎ周期毎に発生することとなる。

次に、光センサ１の前にカバーパネル４以外の対象物１９が存在する場合の動作を考える。

図９に発光期間Ｔ３における、カバーパネル反射光Ｌ２の成分と、３つの場合の対象物反射光Ｌ１＿Ａ・Ｌ１＿Ｂ・Ｌ１＿Ｃの成分とを図示している。

対象物反射光Ｌ１＿Ａ・Ｌ１＿Ｂ・Ｌ１＿Ｃは、対象物１９との間の距離がそれぞれ異なり、その距離に相当する時間遅延を有した第１受光部５の受光波形を示している。

対象物反射光Ｌ１＿Ｃが対象物１９から受光される場合、基準パルス幅ＰＷが時間領域Ｔａの時間幅ｔ１の少なくとも一部と重複する。このため、測定期間内において発光期間Ｔ３、非発光期間Ｔ４を経て、第１カウンタ９により算出される第３出力パルス数Ｃ３は、カバーパネル反射光Ｌ２の成分のみではなく、対象物反射光Ｌ１の成分も混ざったカウント値となる。従って、第３出力パルス数Ｃ３を式（３）に代入してしまうと、正しいクロストーク値よりも大き目のクロストーク値を出してしまい、正確なクロストーク値をクロストーク値算出回路１１が算出できない。

対象物反射光Ｌ１＿Ａ又は対象物反射光Ｌ１＿Ｂが対象物１９から受光される場合、基準パルス幅ＰＷが時間領域Ｔａの時間幅ｔ１と重複しない。このため、測定期間内において発光期間Ｔ３、非発光期間Ｔ４を経て、第１カウンタ９により算出される第３出力パルス数Ｃ３は、カバーパネル反射光Ｌ２の成分のみである。従って、式（３）に代入することで正しいクロストーク値をクロストーク値算出回路１１が算出することができる。

図９より、対象物反射光Ｌ１＿Ａに対応する位置と対象物反射光Ｌ１＿Ｂに対応する位置との間に検知される対象物１９が存在する場合において、基準パルス幅ＰＷが時間領域Ｔａの時間幅ｔ１と重複しない。このため、カバーパネル反射光Ｌ２の成分（ほぼ０の距離）に対して、時刻ｔａ＜時刻ｔｂで、時刻ｔｂ以上、かつ（基準周期Ｔｂ＋時刻ｔａ－基準パルス幅ＰＷ）以下の時間差に相当する距離に検知する対象物１９が存在する場合には、式（３）により正しいクロストーク値をクロストーク値算出回路１１が算出することができる。

時刻ｔａ＜時刻ｔｂで、時刻ｔｂ以上、かつ（基準周期Ｔｂ＋時刻ｔａ－基準パルス幅ＰＷ）以下の時間差に相当する距離に検知する対象物１９が存在するか否かを判断するためには、時間差抽出回路７により抽出される時間差の結果を利用する方法が考えられる。しかしながら、カバーパネル反射光Ｌ２の成分が存在する場合、カバーパネル反射光Ｌ２の成分と対象物反射光Ｌ１の成分との大小関係によって、第１ＤＬＬ回路２５のロック状態の遅延信号ＤＬＬ１＿ＰＵＬＳＥの立ち上がりエッジ位置が異なり（第２ＤＬＬ回路２６はカバーパネル反射光Ｌ２の成分が存在しない為ロック状態の位置は等しい）、正しい時間差抽出をクロストーク値算出回路１１が行えない（図４（ａ）、（ｂ））。第２受光部６が受光したときの波形（受光波形）は、カバーパネル４からのカバーパネル反射光Ｌ２の成分を表す波形と、センサパッケージ内部からの反射光の成分（直接光を含む）の２つの波形を表す波形とがあるが、空間光路上の距離はともにほぼ０に等しい為、図４（ａ）の受光波形に等しい。

図１０は、対象物反射光Ｌ１の成分の受光波形とカバーパネル反射光Ｌ２の成分の受光波形との間の時間差ＴＤ（検知する対象物１９までの距離に相当する時間差）が、基準周期Ｔｂの半周期よりも小さい場合（図１０（ａ））と、基準周期Ｔｂの半周期よりも大きい場合（図１０（ｂ））の第１ＤＬＬ回路２５のロック状態の波形図である。

カバーパネル反射光Ｌ２の成分が存在しない場合においては、対象物反射光Ｌ１の成分の第１受光パルス信号ＳＰＡＤ＿ＳＧ１の積分表示波形の中心位置で、ＩＢ積分表示におけるＩＢの積分値とＩＡ積分表示におけるＩＡの積分値が一致するロック状態となる（図４（ａ））。しかしながら、カバーパネル反射光Ｌ２の成分が存在し、上記受光波形の時間差ＴＤが基準周期Ｔｂの半周期よりも小さい場合（図１０（ａ））においては、ＤＬＬ１＿ＰＵＬＳＥの立ち上がりエッジ位置は、対象物反射光Ｌ１の成分の第１受光パルス信号ＳＰＡＤ＿ＳＧ１の積分表示波形の中心位置よりも時間的に早くなる。カバーパネル反射光Ｌ２の成分の積分表示波形の中心位置とＤＬＬ１＿ＰＵＬＳＥの立ち上がりエッジ位置との時間差ＴＤ’は時間差ＴＤよりも小さくなる。また上記受光波形の時間差ＴＤが基準周期Ｔｂの半周期よりも大きい場合（図１０（ｂ））においては、ＤＬＬ１＿ＰＵＬＳＥの立ち上がりエッジ位置は、対象物反射光Ｌ１の成分の第１受光パルス信号ＳＰＡＤ＿ＳＧ１の積分表示波形の中心位置よりも時間的に遅くなる。カバーパネル反射光Ｌ２の成分の積分表示波形の中心位置とＤＬＬ１＿ＰＵＬＳＥの立ち上がりエッジ位置との時間差ＴＤ’は時間差ＴＤよりも大きくなる。

第２ＤＬＬ回路２６は、カバーパネル反射光Ｌ２とセンサパッケージ内部からの反射光（直接光を含む）による第２受光部６からの第２受光パルス信号ＳＰＡＤ＿ＳＧ２を受け取り、カバーパネル反射光Ｌ２とセンサパッケージ内部からの反射光（直接光を含む）との成分の積分波形中心位置にロック状態となる。センサパッケージ内部からの反射光は、カバーパネル反射光Ｌ２の成分と同様の距離（ほぼ０距離）に対応するため、第１受光部５が受けるカバーパネル反射光Ｌ２の成分の積分波形中心位置とＤＬＬ１＿ＰＵＬＳＥの立ち上がりエッジ位置との時間差ＴＤ’と、時間差抽出回路７から抽出された時間差は、等しい時間差になる。従って、時間差抽出回路７により抽出された時間差の結果は、時間差ＴＤ’に等しい。

つまり、時間差ＴＤが、基準周期Ｔｂの半周期よりも小さい場合においては、時間差抽出回路７により抽出された時間差の結果は、真の距離に相当する時間差よりも小さく出る。また、時間差ＴＤが、基準周期Ｔｂの半周期よりも大きい場合においては、時間差抽出回路７により抽出された時間差の結果は、真の距離に相当する時間差よりも大きく出る。

言い換えると、時間差抽出回路７により抽出された時間差の結果が、基準周期Ｔｂの半周期よりも小さい場合においては、時間差ＴＤは基準周期Ｔｂの半周期よりも小さく、また基準周期Ｔｂの半周期よりも大きい場合においては、時間差ＴＤは、基準周期Ｔｂの半周期よりも大きいと言える。

時刻ｔａ＜時刻ｔｂで、時刻ｔｂ以上、かつ（基準周期Ｔｂ＋時刻ｔａ－基準パルス幅ＰＷ）以下の時間差に相当する距離に対象物１９が存在するかを判断する方法として、
時刻ｔｂ≦基準周期Ｔｂ／２、
になるように時刻ｔｂを設定した場合において、例えば、時間差抽出回路７の時間差抽出結果が時刻ｔｂの値となった時、時刻ｔｂは基準周期Ｔｂの半周期よりも小さい為、時間差ＴＤは、時刻ｔｂよりも大きい時間差に相当すると言える。また、時間差抽出結果が時刻ｔｂ以上基準周期Ｔｂ／２以下の場合も、時間差ＴＤは、時刻ｔｂよりも大きい時間差に相当すると言える。

また、（基準周期Ｔｂ＋時刻ｔａ－基準パルス幅ＰＷ）≧基準周期Ｔｂ／２になるように（基準周期Ｔｂ＋時刻ｔａ－基準パルス幅ＰＷ）を設定した場合において、例えば時間差抽出回路７の時間差抽出結果が（基準周期Ｔｂ＋時刻ｔａ－基準パルス幅ＰＷ）となった時、（基準周期Ｔｂ＋時刻ｔａ－基準パルス幅ＰＷ）は基準周期Ｔｂの半周期よりも大きい為、時間差ＴＤは、（基準周期Ｔｂ＋時刻ｔａ－基準パルス幅ＰＷ）よりも小さい時間差に相当すると言える。

また、時間差抽出結果が基準周期Ｔｂ／２以上（基準周期Ｔｂ＋時刻ｔａ－基準パルス幅ＰＷ）以下の場合も、時間差ＴＤは、（基準周期Ｔｂ＋時刻ｔａ－基準パルス幅ＰＷ）よりも小さい時間差に相当すると言える。

つまり、時間領域Ｔａの波形Ｗ１が、時刻ｔｂ≦基準周期Ｔｂ／２≦（基準周期Ｔｂ＋時刻ｔａ－基準パルス幅ＰＷ）を満たす、時刻ｔａから時刻ｔｂ（時刻ｔａ＜時刻ｔｂ）の時間領域に存在するとき、時間差抽出回路７により抽出された時間差ｔ２が、
時刻ｔｂ≦時間差ｔ２≦基準周期Ｔｂ＋時刻ｔａ－基準パルス幅ＰＷ、
を満足する範囲内に存在すれば、時間差ＴＤ（検知する対象物１９までの距離に相当する時間差）は、必ず、時刻ｔｂ以上、（基準周期Ｔｂ＋時刻ｔａ－基準パルス幅ＰＷ）以内であると言える為、クロストーク値算出可能であると判定回路８が判断することができる。この結果、式（３）よりクロストーク値をクロストーク値算出回路１１が算出することができる。

距離測定を行いながらも、上記範囲内の時間差ｔ２の抽出結果を得るたびに、最新のクロストーク値をクロストーク値算出回路１１が更新することが可能である。この結果、カバーパネル４の指紋汚れ等によるクロストーク値の変動に対して光センサ１が追随することができる。

正しいクロストーク値（カバーパネル反射光Ｌ２の成分のカウント値）を取得できれば、クロストーク値と、第６出力パルス数Ｃ６（対象物反射光Ｌ１の成分のカウント値＋カバーパネル反射光Ｌ２の成分のカウント値）と、時間差ｔ２の抽出結果を用いて、距離算出回路１４により光センサ１から対象物１９までの正しい距離を補正計算することが可能になる。

〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態について、図１１～図１２に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前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。

図１１は、実施形態２に係る光センサの発光期間Ｔ３及び非発光期間Ｔ４を示す図である。実施形態１に比べて、発光期間Ｔ３を複数の期間に分割し、非発光期間Ｔ４を複数の期間に分割して実施している点が異なり、その他の構成は実施形態１と同様である。

実施形態２では、図１１に示すように、発光期間Ｔ３と非発光期間Ｔ４とがそれぞれ分割されて交互に実施される。具体的には、発光期間Ｔ３は、三つの発光期間Ｔ３－１・Ｔ３－２・Ｔ３－３に分割される。非発光期間Ｔ４は二つの非発光期間Ｔ４－１・Ｔ４－２に分割される。分割された発光期間Ｔ３－１・Ｔ３－２・Ｔ３－３と非発光期間Ｔ４－１・Ｔ４－２とは図１１に示すように交互に実施される。

発光期間Ｔ３の合計は（Ｔ３＝（Ｔ３－１）＋（Ｔ３－２）＋（Ｔ３－３））である。非発光期間Ｔ４の合計は（Ｔ４＝（Ｔ４－１）＋（Ｔ４－２））である。測定動作における発光期間Ｔ３と非発光期間Ｔ４との間の比率は所定の時間比で決定される。

発光期間Ｔ３での測定間隔と非発光期間Ｔ４での測定間隔とは、外乱光環境下における測定精度向上の為、測定環境が変化しない程度に出来るだけ短く設定することが望ましい。

このように発光期間Ｔ３と非発光期間Ｔ４とを分割して測定を実施することにより、発光期間Ｔ３と非発光期間Ｔ４とを分割せずに１回ずつ実施する場合よりも、発光期間Ｔ３と非発光期間Ｔ４の各測定時間をより短くすることが可能になる。

図１２（ａ）～（ｄ）は光センサ１の開始発光期間Ｔ３ｓ、終了発光期間Ｔ３ｅ、開始非発光期間Ｔ４ｓ、終了非発光期間Ｔ４ｅを説明するための図である。

分割して実施する際、図１２（ａ）に示すように、発光期間から開始する時においては、発光期間で終了とし、図１２（ｂ）に示すように、非発光期間から開始する時においては、非発光期間で終了とすることで、外乱光量が時間的にリニアに変化する環境下における測定精度を向上させることができる。

このように、発光期間Ｔ３が、最初に実施される開始発光期間Ｔ３ｓと、最後に実施される終了発光期間Ｔ３ｅとの少なくとも二つに分割して実施されるか、又は、非発光期間Ｔ４が、最初に実施される開始非発光期間Ｔ４ｓと、最後に実施される終了非発光期間Ｔ４ｅとの少なくとも二つに分割して実施される。

図１２（ａ）において、発光期間Ｔ３ｓ、発光期間Ｔ３ｅの合計時間が非発光期間Ｔ４に等しい場合を考える。外乱光強度が図１２（ｃ）に示す状態Ａの場合において、発光期間Ｔ３ｓでの外乱光によるノイズパルス発生頻度は低く、発光期間Ｔ３ｅでの外乱光によるノイズパルス発生頻度は高い。非発光期間Ｔ４での外乱光によるノイズパルス発生頻度は、発光期間Ｔ３ｓと発光期間Ｔ３ｅとの中間値になる。このため、発光期間Ｔ３ｓ・Ｔ３ｅにおけるカウント値から非発光期間Ｔ４におけるカウント値を減算した結果において、外乱光によるノイズパルス成分に基づくカウント値を除去することができる。

外乱光強度が図１２（ｄ）に示す状態Ｂの場合において、発光期間Ｔ３ｓでの外乱光によるノイズパルス発生頻度は高く、発光期間Ｔ３ｅでの外乱光によるノイズパルス発生頻度は低い。非発光期間Ｔ４での外乱光によるノイズパルス発生頻度は、発光期間Ｔ３ｓと発光期間Ｔ３ｅとの中間値になる。このため、状態Ａと同様に、発光期間Ｔ３ｓ・Ｔ３ｅにおけるカウント値から非発光期間Ｔ４におけるカウント値を減算した結果において、外乱光によるノイズパルス成分に基づくカウント値を除去することができる。

発光期間Ｔ３と非発光期間Ｔ４とを入れ替えた図１２（ｂ）の場合においても同様の効果があることは自明である。

実施形態１及び２は、ＤＬＬ方式において、光センサ１の前に対象物１９が存在する場合においても、多くのカウンタを必要とせず、光センサ１内の時間差抽出回路７の時間差が、基準周期Ｔｂの半周期に相当する時間差から一定値範囲以内にあれば、クロストーク値を更新し、カバーパネル４が存在する場合においても正しい距離測定を実施可能とすることができる。

（実施形態３）
図１３（ａ）は実施形態３に係るスマートフォン３０の外観を示す斜視図であり、（ｂ）はスマートフォン３０の正面図である。実施形態１及び２に係る光センサ１はスマートフォン３０（電子機器）に備えることができる。スマートフォン３０は、対象物を撮像するカメラ３１と、カメラ３１により撮像される対象物を照明するためのフラッシュ３３と、カメラ３１により撮像される対象物までの距離を検知する光センサ（ＴＯＦセンサ）１とを備える。これにより、カメラ３１のオートフォーカス機能に必要な、対象物までの距離を正確に検知することができる。

〔まとめ〕
本発明の態様１に係る光センサ１は、基準パルス信号ＴＸを生成する基準パルス生成回路２と、前記基準パルス信号ＴＸに基づいて対象物１９に向かって光を出射する発光素子３と、光の一部を透過し他の一部を反射するカバーパネル４と、前記対象物１９により反射された対象物反射光Ｌ１と前記カバーパネル４により反射されたカバーパネル反射光Ｌ２とを受光可能に設けられたフォトカウント型の第１受光素子（第１受光部５）と、前記第１受光素子（第１受光部５）よりも前記発光素子３の近くに配置されて、前記カバーパネル反射光Ｌ２、センサパッケージ内部の反射光、及び、前記発光素子３からの直接光を受光するフォトカウント型の第２受光素子（第２受光部６）と、前記第１受光素子（第１受光部５）からの第１受光パルス信号ＳＰＡＤ＿ＳＧ１と前記基準パルス信号ＴＸに基づく基準周期Ｔｂと前記第２受光素子（第２受光部６）からの第２受光パルス信号ＳＰＡＤ＿ＳＧ２とに基づいて、前記対象物１９との間の空間光路上の距離に基づく時間差を抽出する時間差抽出回路７と、前記時間差抽出回路により抽出された時間差と前記基準周期Ｔｂとに基づいて、前記カバーパネル反射光Ｌ２の成分量を表すクロストーク値を算出可能であるかを判定する判定回路８とを備えている。

上記の構成によれば、前記時間差が前記基準周期の半周期に相当する時間差から一定範囲以内の時にクロストーク値を算出することができるので、カバーパネルが存在する場合においても正しく距離を測定することができる。

本発明の態様２に係る光センサ１は、上記態様１において、前記第１受光素子（第１受光部５）が前記カバーパネル４からのカバーパネル反射光Ｌ２を受けるパルス幅時間領域の一部または全てを含む基準パルス幅ＰＷ内の時間領域Ｔａの時間幅ｔ１内において、上記第１受光素子（第１受光部５）からの第１受光パルス信号ＳＰＡＤ＿ＳＧ１の数を算出する第１カウンタ９と、発光期間Ｔ３における、前記カバーパネル反射光Ｌ２および外乱光を含む光の入射による前記第１受光素子（第１受光部５）からの第１出力パルス数Ｃ１、非発光期間Ｔ４における外乱光の入射による前記第１受光素子（第１受光部５）からの第２出力パルス数Ｃ２、および、前記発光素子３の発光期間Ｔ３と非発光期間Ｔ４との比率に基づいて、前記カバーパネル反射光Ｌ２の入射による前記第１受光素子（第１受光部５）からの第３出力パルス数Ｃ３を算出する第１算出回路１０と、前記第３出力パルス数Ｃ３に基づいて前記クロストーク値を算出するクロストーク値算出回路１１とをさらに備え、前記クロストーク値算出回路１１は、前記時間領域Ｔａの時間幅ｔ１内において、前記第１受光素子（第１受光部５）が前記カバーパネル反射光Ｌ２を受ける時間領域の割合がｘ％であるとき、第３出力パルス数×（基準周期×基準パルス幅ＰＷ／基準パルス周期）／（t1×ｘ/100）、により前記クロストーク値を算出してもよい。

上記の構成によれば、簡単な構成によりクロストーク値を算出することができる。

本発明の態様３に係る光センサ１は、上記態様１または２において、基準パルス周期の各周期において、前記第１受光素子（第１受光部５）が前記カバーパネル４からのカバーパネル反射光Ｌ２のパルス光の先頭を受け始める時間を起点（０ｓ）とした際に、前記時間領域Ｔａが、ｔｂ≦基準周期／２≦（基準周期＋ｔａ―基準パルス幅ＰＷ）を満たす、時間ｔａからｔｂ（ｔａ＜ｔｂ）の時間領域にあるとき、前記判定回路は、前記時間差抽出回路により抽出された時間差ｔ２が、ｔｂ≦ｔ２≦基準周期＋ｔａ－基準パルス幅ＰＷ、の範囲内にある場合において、クロストーク算出可能と判断してもよい。

上記の構成によれば、検知対象物によるカウント値の影響を受けることなく、カバーパネルによる反射光成分量のカウント値（クロストーク値）を算出することができる。

本発明の態様４に係る光センサ１は、上記態様２において、前記第１受光素子（第１受光部５）からのパルス出力の数を算出する第２カウンタ１２と、発光期間Ｔ３のカバーパネル反射光Ｌ２および外乱光を含む光の入射による前記第１受光素子（第１受光部５）からの第４出力パルス数Ｃ４、非発光期間Ｔ４における外乱光の入射による前記第１受光素子（第１受光部５）からの第５出力パルス数Ｃ５、および、前記発光素子３の発光期間Ｔ３と非発光期間Ｔ４との比率に基づき、前記カバーパネル反射光Ｌ２の入射による前記第１受光素子（第１受光部５）からの第６出力パルス数Ｃ６を算出する第２算出回路１３と、前記第２算出回路１３により算出された第６出力パルス数Ｃ６と、前記時間差抽出回路７により抽出された時間差と、前記クロストーク値算出回路１１により算出されたクロストーク値とに基づいて、前記対象物１９までの距離を算出する距離算出回路１４とをさらに備えてもよい。

上記の構成によれば、光センサはクロストーク値がある状態においても、検知対象物との間の正しい距離を出力することができる。

本発明の態様５に係る光センサ１は、上記態様１から４の何れか一態様において、前記発光期間Ｔ３および前記非発光期間Ｔ４は、前記発光期間Ｔ３と前記非発光期間Ｔ４との間の比率が所定の比率となるように、所定期間において分割して交互に実施してもよい。

上記の構成によれば、外乱光照射時におけるカバーパネルによる反射光成分量のカウント値（クロストーク値）の算出精度を向上させることができる。

本発明の態様６に係る光センサ１は、上記態様５において、前記発光期間Ｔ３が、最初に実施される開始発光期間Ｔ３ｓと、最後に実施される終了発光期間Ｔ３ｅとの少なくとも二つに分割して実施されるか、又は、前記非発光期間Ｔ４が、最初に実施される開始非発光期間Ｔ４ｓと、最後に実施される終了非発光期間Ｔ４ｅとの少なくとも二つに分割して実施されてもよい。

上記の構成によれば、外乱光照射時におけるカバーパネルによる反射光成分量のカウント値（クロストーク値）の算出精度を向上させることができる。

本発明の態様７に係る電子機器は、態様１から６の何れか一態様に係る光センサ１を備えている。

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。

１ 光センサ
２ 基準パルス生成回路
３ 発光素子
４ カバーパネル
５ 第１受光素子
６ 第２受光素子
７ 時間差抽出回路
８ 判定回路
９ 第１カウンタ
１０ 第１算出回路
１１ クロストーク値算出回路
１２ 第２カウンタ
１３ 第２算出回路
１４ 距離算出回路
ＳＰＡＤ＿ＳＧ１ 第１受光パルス信号
ＳＰＡＤ＿ＳＧ２ 第２受光パルス信号
Ｃ１ 第１出力パルス数
Ｃ２ 第２出力パルス数
Ｃ３ 第３出力パルス数
Ｃ４ 第４出力パルス数
Ｃ５ 第５出力パルス数
Ｃ６ 第６出力パルス数
Ｔ３ 発光期間
Ｔ４ 非発光期間
ＰＷ 基準パルス幅
Ｔａ 時間領域
ｔ１ 時間幅
ｔ２ 時間差
ｔａ 時刻
ｔｂ 時刻

Claims (6)

1. 基準パルス信号を生成する基準パルス生成回路と、
   前記基準パルス信号に基づいて対象物に向かって光を出射する発光素子と、
   前記光の一部を透過し他の一部を反射するカバーパネルと、
   前記対象物により反射された対象物反射光と前記カバーパネルにより反射されたカバーパネル反射光とを受光可能に設けられたフォトカウント型の第１受光素子と、
   前記第１受光素子よりも前記発光素子の近くに配置されて、前記カバーパネル反射光、センサパッケージ内部の反射光、及び、前記発光素子からの直接光を受光するフォトカウント型の第２受光素子と、
   前記第１受光素子からの第１受光パルス信号と前記基準パルス信号に基づく基準周期を表す波形と前記第２受光素子からの第２受光パルス信号とに基づいて、前記第１受光パルス信号が前記第１受光素子から出力される時間と前記第２受光パルス信号が前記第２受光素子から出力される時間との間の時間差を抽出する時間差抽出回路と、
   前記カバーパネル反射光の成分量を表すクロストーク値を算出可能であるかを判定する判定回路とを備え、
   前記時間差抽出回路が、前記第１受光パルス信号を基に、前記基準周期を表す波形を第１遅延量分遅延させた波形を生成し、前記第２受光パルス信号を基に、前記基準周期を表す波形を第２遅延量分遅延させた波形を生成し、前記第１遅延量と前記第２遅延量とに基づいて前記時間差を抽出し、
   前記第１受光素子が前記カバーパネルからのカバーパネル反射光を受けるパルス幅時間領域の一部または全てを含む基準パルス幅内の時間領域の時間幅内において、上記第１受光素子からの第１受光パルス信号の数を算出する第１カウンタと、
   発光期間における、前記カバーパネル反射光および外乱光を含む光の入射による前記第１受光素子からの第１出力パルス数、非発光期間における外乱光の入射による前記第１受光素子からの第２出力パルス数、および、前記発光素子の発光期間と非発光期間との比率に基づいて、前記カバーパネル反射光の入射による前記第１受光素子からの第３出力パルス数を算出する第１算出回路と、
   前記第３出力パルス数に基づいて前記クロストーク値を算出し、前記判定回路が前記クロストーク値を算出可能であると判定した場合に、前記算出されたクロストーク値で、事前に保持しているクロストーク値を更新する、クロストーク値算出回路と、
   前記第１受光素子からのパルス出力の数を算出する第２カウンタと、
   前記発光期間のカバーパネル反射光および外乱光を含む光の入射による前記第１受光素子からの第４出力パルス数、非発光期間における外乱光の入射による前記第１受光素子からの第５出力パルス数、および、前記発光素子の発光期間と非発光期間との比率に基づき、前記カバーパネル反射光の入射による前記第１受光素子からの第６出力パルス数を算出する第２算出回路と、
   前記第２算出回路により算出された第６出力パルス数と、前記クロストーク値算出回路により算出されたクロストーク値と、前記時間差抽出回路により抽出された時間差とに基づいて、前記対象物までの距離を補正計算する距離算出回路とをさらに備えることを特徴とする光センサ。
2. 前記クロストーク値算出回路は、前記時間領域（Ｔａ）の時間幅ｔ１内において、前記第１受光素子が前記カバーパネル反射光を受ける時間領域の割合がｘ％であるとき、
   第３出力パルス数×（基準周期×基準パルス幅ＰＷ／基準パルス周期）／（t1×ｘ/100）、
   により前記クロストーク値を算出する請求項１に記載の光センサ。
3. 前記クロストーク値算出回路は、前記第１受光パルス信号のパルス幅が前記時間領域の時間幅と重複するときに前記クロストーク値を更新せず、前記第１受光パルス信号のパルス幅が前記時間領域の時間幅と重複しないときに前記クロストーク値を更新する請求項２に記載の光センサ。
4. 前記発光期間および前記非発光期間は、前記発光期間と前記非発光期間との間の比率が所定の比率となるように、所定期間において分割して交互に実施される請求項１に記載の光センサ。
5. 前記発光期間が、最初に実施される開始発光期間と、最後に実施される終了発光期間との少なくとも二つに分割して実施されるか、又は、前記非発光期間が、最初に実施される開始非発光期間と、最後に実施される終了非発光期間との少なくとも二つに分割して実施される請求項４に記載の光センサ。
6. 請求項１から５の何れか一項に記載の光センサを備えていることを特徴とする電子機器。

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