KR102772093B1

KR102772093B1 - 시간 계측 장치

Info

Publication number: KR102772093B1
Application number: KR1020207032717A
Authority: KR
Inventors: 타츠키 니시노
Original assignee: 소니 세미컨덕터 솔루션즈 가부시키가이샤
Priority date: 2018-05-24
Filing date: 2019-04-16
Publication date: 2025-02-21
Anticipated expiration: 2039-04-16
Also published as: KR20210011917A; TWI826448B; JP7290632B2; JPWO2019225224A1; US20210208280A1; CN210166496U; EP3805795A4; WO2019225224A1; EP3805795A1; CN110531343A; TW202004219A

Abstract

본 개시는 소비 전력을 저감할 수 있는 시간 계측 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 개시의 시간 계측 장치(1)는, 수광소자(31)를 가지며, 수광소자에 있어서의 수광 결과에 기초하여 논리 펄스를 포함하는 펄스 신호(화소 신호(SIG))를 생성 가능한 화소(PZ)와, 펄스 신호에 기초하여 수광소자에 있어서의 수광 타이밍을 검출 가능한 타이밍 검출부(카운터부(123))와, 펄스 신호에 포함되는 논리 펄스의 펄스 수를 검출 가능한 펄스 수 검출부(시간 계측부(124))와, 펄스 수에 기초하여, 복수의 광 펄스를 사출하는 광원(11)의 동작을 제어 가능한 제어부(27)를 구비한다.

Description

시간 계측 장치

본 개시는 광을 사출(射出)한 타이밍으로부터 광을 검출한 타이밍까지의 시간을 계측하는 시간 계측 장치에 관한 것이다.

측정 대상물까지의 거리를 측정할 때, 종종, TOF(Time Of Flight)법이 사용된다. 이 TOF법에서는, 광을 사출함과 함께, 측정 대상물에 의해 반사된 반사광을 검출한다. 그리고, TOF법에서는, 광을 사출한 타이밍 및 반사광을 검출한 타이밍 간의 시간차를 계측함으로써, 측정 대상물까지의 거리를 계측한다(예를 들면, 특허문헌 1).

특허문헌 1: 일본특허공개 제2010-91377호 공보

그런데, 일반적으로, 전자기기에서는 소비 전력이 낮은 것이 요망되고 있어, 시간 계측 장치에 있어서도, 소비 전력이 낮은 것이 기대되고 있다.

소비 전력을 저감할 수 있는 시간 계측 장치를 제공하는 것이 바람직하다.

본 개시의 일 실시형태에 있어서의 제1 시간 계측 장치는, 화소와, 타이밍 검출부와, 펄스 수 검출부와, 제어부를 구비하고 있다. 화소는 수광소자를 가지며, 수광소자에 있어서의 수광 결과에 기초하여 논리 펄스를 포함하는 펄스 신호를 생성 가능한 것이다. 타이밍 검출부는 펄스 신호에 기초하여 수광소자에 있어서의 수광 타이밍을 검출 가능한 것이다. 펄스 수 검출부는 펄스 신호에 포함되는 논리 펄스의 펄스 수를 검출 가능한 것이다. 제어부는, 펄스 수에 기초하여, 복수의 광 펄스를 사출하는 광원의 동작을 제어 가능한 것이다.

본 개시의 일 실시형태에 있어서의 제2 시간 계측 장치는, 제1 화소와, 제2 화소와, 타이밍 검출부와, 펄스 수 검출부와, 제어부를 구비하고 있다. 제1 화소는 제1 수광소자를 가지며, 제1 수광소자에 있어서의 수광 결과에 기초하여 논리 펄스를 포함하는 제1 펄스 신호를 생성 가능한 것이다. 제2 화소는 제2 수광소자를 가지며, 제2 수광소자에 있어서의 수광 결과에 기초하여 논리 펄스를 포함하는 제2 펄스 신호를 생성 가능한 것이다. 타이밍 검출부는 제1 펄스 신호에 기초하여 제1 수광소자에 있어서의 수광 타이밍을 검출 가능한 것이다. 펄스 수 검출부는 제2 펄스 신호에 포함되는 논리 펄스의 펄스 수를 검출 가능한 것이다. 제어부는, 펄스 수에 기초하여, 복수의 광 펄스를 사출하는 광원의 동작을 제어 가능한 것이다.

본 개시의 일 실시형태에 있어서의 제1 시간 계측 장치에서는, 수광소자에 있어서의 수광 결과에 기초하여 논리 펄스를 포함하는 펄스 신호가 생성되고, 이 펄스 신호에 기초하여 수광소자에 있어서의 수광 타이밍이 검출된다. 또한, 펄스 신호에 포함되는 논리 펄스의 펄스 수가 검출되고, 이 펄스 수에 기초하여, 복수의 광 펄스를 사출하는 광원의 동작이 제어된다.

본 개시의 일 실시형태에 있어서의 제2 시간 계측 장치에서는, 제1 수광소자에 있어서의 수광 결과에 기초하여 논리 펄스를 포함하는 제1 펄스 신호가 생성되고, 이 제1 펄스 신호에 기초하여 제1 수광소자에 있어서의 수광 타이밍이 검출된다. 또한, 제2 수광소자에 있어서의 수광 결과에 기초하여 논리 펄스를 포함하는 제2 펄스 신호가 생성된다. 그리고, 이 제2 펄스 신호에 포함되는 논리 펄스의 펄스 수가 검출되고, 이 펄스 수에 기초하여, 복수의 광 펄스를 사출하는 광원의 동작이 제어된다.

본 개시의 일 실시형태에 있어서의 제1 시간 계측 장치 및 제2 시간 계측 장치에 의하면, 펄스 신호에 포함되는 논리 펄스의 펄스 수에 기초하여 광원의 동작을 제어하도록 하였으므로, 소비 전력을 저감할 수 있다. 한편, 여기에 기재된 효과는 반드시 한정되는 것이 아니고, 본 개시 중에 기재된 어떠한 효과가 있어도 된다.

도 1은 본 개시의 제1 실시형태에 관한 시간 계측 장치의 일 구성예를 나타내는 구성도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 센서부의 일 구성예를 나타내는 블록도이다.
도 3은 도 2에 나타낸 화소 어레이의 일 구성예를 나타내는 회로도이다.
도 4는 도 3에 나타낸 인버터의 일 구성예를 나타내는 회로도이다.
도 5는 도 2에 나타낸 히스토그램 생성 회로가 생성한 히스토그램의 일례를 나타내는 설명도이다.
도 6a는 도 2에 나타낸 광 강도 측정부의 일 동작예를 나타내는 설명도이다.
도 6b는 도 2에 나타낸 광 강도 측정부의 다른 동작 예를 나타내는 설명도이다.
도 6c는 도 2에 나타낸 광 강도 측정부의 다른 동작 예를 나타내는 설명도이다.
도 7은 도 2에 나타낸 센서부의 실장예를 나타내는 설명도이다.
도 8은 도 1에 나타낸 시간 계측 장치의 일 동작예를 나타내는 타이밍 파형도이다.
도 9는 어두운 환경에 있어서의 시간 계측 장치의 일 동작예를 나타내는 타이밍도이다.
도 10은 밝은 환경에 있어서의 시간 계측 장치의 일 동작예를 나타내는 타이밍도이다.
도 11은 어두운 환경에 있어서의 히스토그램의 일례를 나타내는 설명도이다.
도 12는 밝은 환경에 있어서의 히스토그램의 일례를 나타내는 설명도이다.
도 13은 비교예에 관한 히스토그램의 일례를 나타내는 설명도이다.
도 14는 변형예에 관한 시간 계측 장치의 일 구성예를 나타내는 구성도이다.
도 15는 다른 변형예에 관한 센서부의 일 구성예를 나타내는 블록도이다.
도 16은 다른 변형예에 관한 시간 계측 장치의 일 구성예를 나타내는 구성도이다.
도 17은 도 16에 나타낸 센서부의 일 구성예를 나타내는 블록도이다.
도 18은 다른 변형예에 관한 시간 계측 장치의 일 구성예를 나타내는 구성도이다.
도 19는 도 18에 나타낸 센서부의 일 구성예를 나타내는 블록도이다.
도 20은 다른 변형예에 관한 센서부의 일 구성예를 나타내는 블록도이다.
도 21은 다른 변형예에 관한 센서부의 일 구성예를 나타내는 블록도이다.
도 22는 다른 변형예에 관한 센서부의 일 구성예를 나타내는 블록도이다.
도 23은 일 실시형태에 관한 시간 계측 장치의 일 구성예를 나타내는 구성도이다.
도 24는 제2 실시형태에 관한 센서부의 일 구성예를 나타내는 블록도이다.
도 25는 제2 실시형태에 관한 광 펄스의 일례를 나타내는 설명도이다.
도 26은 제3 실시형태에 관한 센서부의 일 구성예를 나타내는 블록도이다.
도 27은 어두운 환경에 있어서의 히스토그램의 일례를 나타내는 설명도이다.
도 28은 밝은 환경에 있어서의 히스토그램의 일례를 나타내는 설명도이다.
도 29는 응용예에 관한 촬상 장치의 일 구성예를 나타내는 구성도이다.
도 30은 도 29에 나타낸 촬상부의 일 구성예를 나타내는 블록도이다.
도 31은 도 30에 나타낸 화소 어레이에 있어서의 화소의 배치예를 나타내는 설명도이다.

이하, 본 개시의 실시형태에 대해, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 또한, 설명은 이하의 순서로 행한다.

1. 제1 실시형태

2. 제2 실시형태

3. 제3 실시형태

4. 응용예(촬상 장치에의 응용)

<1. 제1 실시형태>

[구성예]

도 1은 제1 실시형태에 관한 시간 계측 장치(시간 계측 장치(1))의 일 구성예를 나타내는 것이다. 시간 계측 장치(1)는, 광을 사출함과 함께, 측정 대상물에 의해 반사된 반사광을 검출하여, 광을 사출한 타이밍 및 반사광을 검출한 타이밍 간의 시간차를 계측하는 것이다. 시간 계측 장치(1)는, 광원(11)과, 광원 구동부(12)와, 렌즈(13)와, 센서부(20)를 구비하고 있다.

광원(11)은, 측정 대상물을 향해 광 펄스(L1)를 사출하는 것으로, 예를 들면, 펄스 레이저 광원을 사용하여 구성되는 것이다.

광원 구동부(12)는 센서부(20)로부터의 지시에 기초하여 광원(11)을 구동하는 것이다. 구체적으로는, 광원 구동부(12)는, 센서부(20)로부터 공급된 발광 트리거 신호(S1)에 기초하여, 광원(11)이 발광 트리거 신호(S1)에 포함되는 트리거 펄스에 따른 타이밍에서 발광하도록, 광원(11)의 동작을 제어한다. 또한, 광원 구동부(12)는, 센서부(20)로부터 공급된 광 강도 제어 신호(S2)에 기초하여, 광원(11)이 사출하는 광 펄스(L1)의 광 강도를 제어하는 기능을 갖고 있다.

렌즈(13)는 센서부(20)의 센서면에서 상을 결상시키는 것이다. 이 렌즈(13)에는, 측정 대상물에 의해 반사된 광 펄스(반사광 펄스(L2))가 입사하도록 되어 있다.

센서부(20)는 반사광 펄스(L2)를 검출함으로써, 측정 대상물까지의 거리에 대한 정보를 갖는 심도 화상(depth image)(PIC)을 생성하는 것이다. 심도 화상(PIC)에 포함되는 복수의 화소값의 각각은 심도에 대한 값(심도값(D))을 나타내는 것이다. 그리고, 센서부(20)는 생성된 심도 화상(PIC)을 출력하도록 되어 있다. 또한, 센서부(20)는 발광 트리거 신호(S1) 및 광 강도 제어 신호(S2)를 생성하여, 이들 발광 트리거 신호(S1) 및 광 강도 제어 신호(S2)를 광원 구동부(12)에 공급하는 기능도 갖고 있다.

도 2는 센서부(20)의 일 구성예를 나타내는 것이다. 센서부(20)는, 화소 어레이(21)와, 선택 신호 생성부(22)와, 카운터부(123)와, 시간 계측부(124)와, 히스토그램 생성부(125)와, 처리부(26)와, 제어부(27)를 갖고 있다.

화소 어레이(21)는 매트릭스 형태로 배치된 복수의 화소(PZ)를 갖고 있다.

도 3은 화소 어레이(21)의 일 구성예를 나타내는 것이다. 이 도 3은 화소 어레이(21)에 있어서의, 서로 이웃하는 4개(= 2×2)의 화소(PZ)를 도시하고 있다. 화소 어레이(21)는 복수의 선택선(SEL)과 복수의 신호선(SGL)을 갖고 있다. 복수의 선택선(SEL)의 각각은, 도 2, 도 3에 있어서의 종방향으로 연장하는 것이며, 도 2에 나타낸 바와 같이, 일단은 선택 신호 생성부(22)에 접속된다. 이 선택선(SEL)에는, 선택 신호 생성부(22)에 의해 선택 신호(SSEL)가 인가된다. 복수의 신호선(SGL)의 각각은, 도 2, 도 3에 있어서의 횡방향으로 연장하는 것이며, 도 2에 나타낸 바와 같이, 일단은 카운터부(123) 및 시간 계측부(124)에 접속된다. 화소(PZ)는 수광소자(31)와, 트랜지스터(32, 33)와, 인버터(34)를 갖고 있다.

수광소자(31)는 광을 검출하는 포토다이오드이며, 예를 들면, 단일-광자 애벌런치 다이오드(single-photon avalanche diode, SPAD)를 사용하여 구성된다. 수광소자(31)의 캐소드는 트랜지스터(32, 33)의 드레인 및 인버터(34)의 입력 단자에 접속되고, 애노드에는 소정의 바이어스 전압(Vbias)이 공급된다.

트랜지스터(32)는 P형 MOS(Metal Oxide Semiconductor) 트랜지스터로, 소스에는 전원 전압(Vdd)이 공급되고, 게이트에는 전압(Vg1)이 공급되고, 드레인은 수광소자(31)의 캐소드, 트랜지스터(33)의 드레인, 및 인버터(34)의 입력 단자에 접속된다. 화소 어레이(21)가 동작을 행하는 경우에는, 트랜지스터(32)는, 수광소자(31)에, 전압(Vg1)에 따른 소정의 전류를 흘리는 정전류원으로서 기능한다. 또한, 화소 어레이(21)가 동작을 행하지 않는 경우에는, 전압(Vg1)은 고레벨이 되고, 이에 의해, 트랜지스터(32)는 오프 상태로 설정되도록 되어 있다.

트랜지스터(33)는 N형 MOS 트랜지스터로, 소스는 접지되고, 게이트에는 전압(Vg2)이 공급되고, 드레인은 수광소자(31)의 캐소드, 트랜지스터(32)의 드레인, 및 인버터(34)의 입력 단자에 접속된다. 화소 어레이(21)가 동작을 행하는 경우에는, 전압(Vg2)은 저레벨이 되고, 이에 의해, 트랜지스터(33)는 오프 상태로 설정된다. 또한, 화소 어레이(21)가 동작을 행하지 않는 경우에는, 전압(Vg2)은 고레벨이 되고, 이에 의해, 트랜지스터(33)는 온 상태로 설정되도록 되어 있다.

인버터(34)는 입력 단자에 있어서의 전압을 반전하여, 반전된 전압을 출력 단자로부터 출력하는 것이다. 또한, 인버터(34)는, 제어 단자에 입력된 선택 신호(SSEL)에 기초하여, 출력 임피던스를 하이 임피던스(high impedance)로 하는 기능도 갖고 있다. 인버터(34)의 입력 단자는 수광소자(31)의 캐소드 및 트랜지스터(32, 33)의 드레인에 접속되고, 제어 단자는 선택선(SEL)에 접속되고, 출력 단자는 신호선(SGL)에 접속된다.

도 4는 인버터(34)의 일 구성예를 나타내는 것이다. 인버터(34)는 트랜지스터(35∼38)와 인버터(39)를 갖고 있다.

트랜지스터(35, 36)는 P형 MOS 트랜지스터이다. 트랜지스터(35)의 소스에는 전원 전압(Vdd)이 공급되고, 게이트는 인버터(39)의 출력 단자에 접속되고, 드레인은 트랜지스터(36)의 소스에 접속된다. 트랜지스터(36)의 소스는 트랜지스터(35)의 드레인에 접속되고, 게이트는 인버터(34)의 입력 단자에 접속되고, 드레인은 인버터(34)의 출력 단자에 접속된다. 트랜지스터(37, 38)는 N형 MOS 트랜지스터이다. 트랜지스터(37)의 드레인은 인버터(34)의 출력 단자에 접속되고, 게이트는 인버터(34)의 입력 단자에 접속되고, 소스는 트랜지스터(38)의 드레인에 접속된다. 트랜지스터(38)의 드레인은 트랜지스터(37)의 소스에 접속되고, 게이트는 인버터(34)의 제어 단자에 접속되고, 소스는 접지된다. 인버터(39)의 입력 단자는 인버터(34)의 제어 단자에 접속되고, 출력 단자는 트랜지스터(35)의 게이트에 접속된다.

이 구성에 의해, 인버터(34)는, 제어 단자에 입력된 선택 신호(SSEL)의 전압이 고레벨인 경우에는, 입력 단자에 있어서의 전압을 반전하여, 반전된 전압을 출력 단자로부터 출력한다. 또한, 인버터(34)는, 제어 단자에 입력된 선택 신호(SSEL)의 전압이 저레벨인 경우에는, 출력 임피던스를 하이 임피던스로 하도록 되어 있다.

화소 어레이(21)에서는, 선택 신호(SSEL)에 기초하여 복수의 화소(PZ) 중 1열분의 화소(PZ)가 선택된다. 구체적으로는, 선택 신호 생성부(22)가, 복수의 선택 신호(SSEL) 중 1개의 선택 신호(SSEL)의 전압을 고레벨로 함으로써, 그 고레벨인 선택 신호(SSEL)가 공급된 선택선(SEL)에 접속된 1열분의 화소(PZ)가 선택된다. 선택된 화소(PZ)에서는, 수광소자(31)에 광 펄스(반사광 펄스(L2))가 입사하면, 수광소자(31)에 전류가 흘러, 수광소자(31)의 캐소드에 있어서의 전압이 과도적으로 저하된다. 인버터(34)는, 수광소자(31)의 캐소드에 있어서의 전압에 기초하여 펄스(PU)를 출력 단자로부터 출력한다. 이와 같이 하여, 선택된 화소(PZ)는, 입사된 반사광 펄스(L2)에 따른 펄스(PU)를 포함하는 화소 신호(SIG)를 출력하도록 되어 있다.

선택 신호 생성부(22)(도 2)는, 제어부(27)로부터 공급된 제어 신호에 기초하여 복수의 선택 신호(SSEL)를 생성하고, 이들 복수의 선택 신호(SSEL)를 화소 어레이(21)에 있어서의 화소(PZ)의 복수의 열에 각각 공급하는 것이다. 선택 신호 생성부(22)는, 복수의 선택 신호(SSEL) 중 1개의 선택 신호(SSEL)의 전압을 순차적으로 고레벨로 함으로써, 복수의 화소(PZ)를 열 단위로 순차적으로 선택하도록 되어 있다.

카운터부(123)는 복수의 카운터(23)(카운터(23(1), 23(2), 23(3), …))를 갖고 있다. 복수의 카운터(23)는, 화소 어레이(21)에 있어서의 복수의 신호선(SGL)에 각각 접속된다. 복수의 카운터(23)의 각각은, 제어부(27)로부터 공급된 제어 신호에 기초하여, 화소 어레이(21)로부터 신호선(SGL)을 통해 공급된 화소 신호(SIG)에 포함되는 펄스(PU)의 수를 카운트하는 것이다. 그리고, 카운터부(123)는 복수의 카운터(23)에 있어서의 카운트 결과(카운트값(CNT))를 제어부(27)에 공급하도록 되어 있다.

시간 계측부(124)는 복수의 TDC(Time to Digital Converter)(24)(TDC(24(1), 24(2), 24(3), …))를 갖고 있다. 복수의 TDC(24)는 화소 어레이(21)에 있어서의 복수의 신호선(SGL)에 각각 접속된다. 복수의 TDC(24)의 각각은, 제어부(27)로부터 공급된 제어 신호에 기초하여, 화소 어레이(21)로부터 신호선(SGL)을 통해 공급된 화소 신호(SIG)에 포함되는 펄스(PU)의 타이밍을 계측하는 것이다. 구체적으로는, TDC(24)는, 제어부(27)로부터 공급된 개시 신호(STT)에 기초하여, 제어부(27)로부터 공급된 클록 신호(CK)의 클록 펄스를 카운트하기 시작한다. 그리고, TDC(24)는, 화소 신호(SIG)에 펄스(PU)가 나타날 때마다, 그 때의 카운트값을 출력하도록 되어 있다. 개시 신호(STT)가 나타내는 타이밍은, 광원(11)의 발광 타이밍에 대응하고 있다. 따라서, TDC(24)가 출력하는 카운트값은, 광원(11)이 광 펄스(L1)를 사출한 타이밍 및 화소(PZ)가 반사광 펄스(L2)를 검출한 타이밍 간의 시간차에 대응하고 있으며, 바꿔 말하면, 시간 계측 장치(1)와 측정 대상물 간의 거리에 대응하고 있다. 즉, TDC(24)가 출력하는 카운트값은 심도값(D)이다. 시간 계측부(124)는, 이와 같이 하여, 화소 신호(SIG)에 펄스(PU)가 나타날 때마다, 심도값(D)을 출력하도록 되어 있다.

히스토그램 생성부(125)는 복수의 히스토그램 생성 회로(25)(히스토그램 생성 회로(25(1), 25(2), 25(3), …))를 갖고 있다. 복수의 히스토그램 생성 회로(25)는 복수의 TDC(24)에 각각 대응하여 설치되어 있다. 히스토그램 생성 회로(25(1))는, 제어부(27)로부터 공급된 제어 신호에 기초하여, TDC(24(1))로부터 공급된 심도값(D)의 히스토그램(HY)을 생성하는 것이다. 히스토그램 생성 회로(25(2))는, 제어부(27)로부터 공급된 제어 신호에 기초하여, TDC(24(2))로부터 공급된 심도값(D)의 히스토그램(HY)을 생성하는 것이다. 그 밖의 히스토그램 생성 회로(25)에 대해서도 마찬가지이다.

도 5는 히스토그램 생성 회로(25)가 생성하는 히스토그램(HY)의 일례를 나타내는 것이다. 횡축은 심도값(D)을 나타내고, 종축은 심도값(D)이 나타나는 빈도를 나타낸다. 이 예에서는, 히스토그램(HY)은 피크(W1)와, 그 이외의 플로어(floor)(W2)를 갖고 있다.

피크(W1)는 반사광 펄스(L2)에 따른 펄스(PU)에 기초하는 것이다. 피크(W1)의 중심값(D1)은, 예를 들면, 광원(11)이 광 펄스(L1)를 사출한 타이밍 및 화소(PZ)가 반사광 펄스(L2)를 검출한 타이밍 간의 시간차에 대응하고 있으며, 시간 계측 장치(1)와 측정 대상물 간의 거리에 대응하고 있다. 즉, 예를 들면, 이 중심값(D1)이, 시간 계측 장치(1)가 계측해야 할, 원하는 심도값(D)이다. 이 피크(W1)의 높이는, 예를 들면, 광원(11)이 사출하는 광 펄스(L1)의 광 강도를 크게 함으로써, 높게 할 수 있다.

플로어(W2)는, 랜덤한 타이밍에서 생기는 펄스(PU)에 기초하는 것이다. 즉, 각 화소(PZ)에는, 반사광 펄스(L2) 이외에 환경광이 입사되므로, 각 화소(PZ)는, 이 환경광에 따른 펄스(PU)를 생성한다. 또한, 각 화소(PZ)에서는, 광이 입사하지 않는 경우라 하더라도, 예를 들면, 이른바 암전류에 따른 펄스(PU)를 생성하는 경우도 있다. 이들 펄스(PU)는 랜덤한 타이밍에서 생기므로, 히스토그램(HY)에서는, 도 5에 나타낸 바와 같이, 플로어(W2)로서 나타난다. 예를 들면, 어두운 환경에서는, 이 플로어(W2)는 낮게 되고, 밝은 환경에서는, 이 플로어(W2)는 높게 된다. 피크(W1)의 위치를 검출할 때, 플로어(W2)는 노이즈로 되므로, 플로어(W2)는 낮은 것이 바람직하다. 시간 계측 장치(1)에서는, 후술하는 바와 같이, 피크(W1)의 높이가 플로어(W2)를 상회하도록, 그리고, 피크(W1)의 높이가 플로어(W2)에 비해 지나치게 높아지지 않도록, 광 펄스(L1)의 광 강도가 조절되도록 되어 있다.

복수의 히스토그램 생성 회로(25)의 각각은 이러한 히스토그램(HY)을 생성한다. 그리고, 히스토그램 생성부(125)는 이들 히스토그램 생성 회로(25)가 생성한 히스토그램(HY)에 대한 정보(예를 들면, 각 히스토그램(HY)의 중심값(D1))를 처리부(26)에 공급하도록 되어 있다.

처리부(26)는, 제어부(27)로부터 공급된 제어 신호 및 히스토그램 생성부(125)로부터 공급된 복수의 히스토그램(HY)에 대한 정보에 기초하여, 심도 화상(PIC)을 생성하는 것이다. 심도 화상(PIC)에 포함되는 복수의 화소값의 각각은, 심도에 대한 값(심도값(D))을 나타낸다. 그리고, 처리부(26)는 생성된 심도 화상(PIC)을 출력하도록 되어 있다.

제어부(27)는 선택 신호 생성부(22), 카운터부(123), 시간 계측부(124), 히스토그램 생성부(125) 및 처리부(26)에 대해 제어 신호를 공급함과 함께, 광원 구동부(12)에 대해 발광 트리거 신호(S1) 및 광 강도 제어 신호(S2)를 공급함으로써, 시간 계측 장치(1)의 동작을 제어하는 것이다. 제어부(27)는 발광 타이밍 설정부(28)와 광 강도 설정부(29)를 갖고 있다.

발광 타이밍 설정부(28)는 광원(11)에 있어서의 발광 타이밍을 지시하는 발광 트리거 신호(S1)를 생성하는 것이다. 발광 트리거 신호(S1)는 복수의 트리거 펄스를 포함하고 있다. 제어부(27)는 이 발광 트리거 신호(S1)를 광원 구동부(12)에 공급함으로써, 광원(11)이, 이 발광 트리거 신호(S1)에 포함되는 트리거 펄스에 따른 타이밍에서 발광하도록, 광원(11)의 동작을 제어하도록 되어 있다.

광 강도 설정부(29)는, 카운터부(123)로부터 공급된 복수의 카운트값(CNT)에 기초하여, 광 펄스(L1)의 광 강도를 지시하는 광 강도 제어 신호(S2)를 생성하는 것이다. 카운트값(CNT)은, 반사광 펄스(L2)에 따른 펄스(PU)의 수뿐만 아니라, 환경광이나 암전류에 따른 펄스(PU)의 수도 포함하고 있다. 따라서, 카운트값(CNT)이 작은 경우에는 플로어(W2)는 낮고, 카운트값(CNT)이 큰 경우에는 플로어(W2)가 높다. 광 강도 설정부(29)는, 이러한 카운트값(CNT)에 기초하여, 광 펄스(L1)의 광 강도를 지시하는 광 강도 제어 신호(S2)를 생성한다. 제어부(27)는 이 광 강도 제어 신호(S2)를 광원 구동부(12)에 공급함으로써, 광원(11)이, 이 광 강도 제어 신호(S2)에 따른 광 강도의 광 펄스(L1)를 사출하도록, 광원(11)의 동작을 제어하도록 되어 있다.

이 광 강도 설정부(29)는, 예를 들면, 모든 화소(PZ)에 대한 복수의 카운트값(CNT)의 최대값(최대 카운트값(CNTmax))에 기초하여, 광 펄스(L1)의 광 강도를 설정한다.

도 6a는 광 강도 설정부(29)의 일 동작예를 나타내는 것이다. 횡축은 최대 카운트값(CNTmax)을 나타내고, 종축은 광 펄스(L1)의 광 강도를 나타낸다. 이 예에서는, 광 강도는, 최대 카운트값(CNTmax)이 값 C1 이상이고 값 C2 이하인 경우에, 최대 카운트값(CNTmax)이 클수록, 일차함수적으로 커진다. 또한, 광 강도는, 최대 카운트값(CNTmax)이 값 C1보다 작은 경우에는 변화되지 않고, 마찬가지로, 최대 카운트값(CNTmax)이 값 C2보다 큰 경우에는 변화되지 않는다.

도 6b, 도 6c는 광 강도 설정부(29)의 다른 동작 예를 나타내는 것이다. 도 6b에 나타낸 바와 같이, 최대 카운트값이 클수록, 광 강도를 단계적으로 크게 해도 된다. 또한, 도 6c에 나타낸 바와 같이, 광 강도와 최대 카운트값(CNTmax) 간의 관계는 일차함수 이외의 관계이어도 된다.

이와 같이, 광 강도 설정부(29)는, 최대 카운트값(CNTmax)이 작은 경우에는 광 펄스(L1)의 광 강도를 작게 하고, 최대 카운트값(CNTmax)이 큰 경우에는 광 펄스(L1)의 광 강도를 크게 한다. 이에 의해, 시간 계측 장치(1)에서는, 예를 들면, 플로어(W2)가 낮은 경우에는, 광 펄스(L1)의 광 강도를 작게 하고, 플로어(W2)가 높은 경우에는, 광 펄스(L1)의 광 강도를 크게 할 수 있다.

이 구성에 의해, 시간 계측 장치(1)에서는, 카운터부(123)로부터 공급된 복수의 카운트값(CNT)에 기초하여, 피크(W1)의 높이가 플로어(W2)를 상회하도록, 그리고, 피크(W1)의 높이가 플로어(W2)에 비해 지나치게 높아지지 않도록, 광 펄스(L1)의 광 강도가 조절된다. 이에 의해, 시간 계측 장치(1)에서는, 소비 전력을 효과적으로 저감할 수 있도록 되어 있다.

도 7은 센서부(20)의 실장예를 나타내는 것이다. 이 예에서는, 센서부(20)는 2장의 반도체 기판(111, 112)에 형성되어 있다. 반도체 기판(111)에는, 화소 어레이(21)에 포함되는 복수의 수광소자(31)가 형성되고, 반도체 기판(112)에는, 화소 어레이(21)에 있어서의 복수의 수광소자(31) 이외의 소자, 카운터부(123), 시간 계측부(124), 히스토그램 생성부(125), 처리부(26), 및 제어부(27)가 형성된다. 반도체 기판(111, 112)은 서로 겹쳐지고, 예를 들면, 이른바 TCV(Through Chip Via) 등을 통해 서로 전기적으로 접속되도록 되어 있다. 또한, 이 예에서는, 센서부(20)를 2장의 반도체 기판(111, 112)에 형성하였지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 그 대신에, 예를 들면, 센서부(20) 및 광원 구동부(12)를 2장의 반도체 기판(111, 112)에 형성하여도 된다. 광원 구동부(12)는, 예를 들면, 반도체 기판(112)에 형성할 수 있다. 또한, 예를 들면, 센서부(20)를 1장의 반도체 기판에 형성하여도 된다.

여기서, 화소(PZ)는 본 개시에 있어서의 「화소」의 일 구체예에 대응한다. 화소 신호(SIG)는 본 개시에 있어서의 「펄스 신호」의 일 구체예에 대응한다. 시간 계측부(124)는 본 개시에 있어서의 「타이밍 검출부」의 일 구체예에 대응한다. 카운터부(123)는 본 개시에 있어서의 「펄스 수 검출부」의 일 구체예에 대응한다. 제어부(27)는 본 개시에 있어서의 「제어부」의 일 구체예에 대응한다.

[동작 및 작용]

이어서, 본 실시형태의 시간 계측 장치(1)의 동작 및 작용에 대해 설명한다.

(전체 동작 개요)

먼저, 도 1을 참조하여, 시간 계측 장치(1)의 전체 동작 개요를 설명한다. 광원(11)은 측정 대상물을 향해 광 펄스(L1)를 사출한다. 광원 구동부(12)는, 센서부(20)로부터 공급된 발광 트리거 신호(S1)에 기초하여, 광원(11)이 발광 트리거 신호(S1)에 포함되는 트리거 펄스에 따른 타이밍에서 발광하도록, 광원(11)의 동작을 제어한다. 또한, 광원 구동부(12)는, 센서부(20)로부터 공급된 광 강도 제어 신호(S2)에 기초하여, 광원(11)이 사출하는 광 펄스(L1)의 광 강도를 제어한다.

센서부(20)는 반사광 펄스(L2)를 검출함으로써 심도 화상(PIC)을 생성한다. 구체적으로는, 선택 신호 생성부(22)는, 제어부(27)로부터 공급된 제어 신호에 기초하여, 복수의 선택 신호(SSEL)를 생성함으로써, 복수의 화소(PZ)를 열 단위로 순차적으로 선택한다. 화소 어레이(21)의 선택된 화소(PZ)는, 입사된 반사광 펄스(L2)에 따른 펄스(PU)를 포함하는 화소 신호(SIG)를 출력한다. 카운터부(123)의 카운터(23)는, 제어부(27)로부터 공급된 제어 신호에 기초하여, 화소 신호(SIG)에 포함되는 펄스(PU)의 수를 카운트한다. 시간 계측부(124)의 TDC(24)는, 제어부(27)로부터 공급된 제어 신호에 기초하여, 화소 신호(SIG)에 포함되는 펄스(PU)의 타이밍을 계측함으로써 심도값(D)을 생성한다. 히스토그램 생성부(125)의 히스토그램 생성 회로(25)는, 제어부(27)로부터 공급된 제어 신호에 기초하여, TDC(24)로부터 공급된 심도값(D)의 히스토그램(HY)을 생성한다. 처리부(26)는, 제어부(27)로부터 공급된 제어 신호 및 히스토그램 생성부(125)로부터 공급된 복수의 히스토그램(HY)에 대한 정보에 기초하여, 심도 화상(PIC)을 생성한다. 제어부(27)는 선택 신호 생성부(22), 카운터부(123), 시간 계측부(124), 히스토그램 생성부(125) 및 처리부(26)에 대해 제어 신호를 공급함과 함께, 광원 구동부(12)에 대해 발광 트리거 신호(S1) 및 광 강도 제어 신호(S2)를 공급함으로써, 시간 계측 장치(1)의 동작을 제어한다.

(상세 동작)

도 8은 시간 계측 장치(1)의 일 동작예를 나타내는 것으로, (A)는 광원(11)으로부터 사출된 사출광의 파형을 나타내고, (B)는 화소 어레이(21)에 있어서의 왼쪽으로부터 1열째의 화소(PZ(1))의 동작을 나타내고, (C)는 화소 어레이(21)에 있어서의 왼쪽으로부터 2열째의 화소(PZ(2))의 동작을 나타내고, (D)는 화소 어레이(21)에 있어서의 왼쪽으로부터 3열째의 화소(PZ(3))의 동작을 나타내고, (E)는 화소 어레이(21)에 있어서의 가장 오른쪽의 열(N열째)의 화소(PZ(N))의 동작을 나타내고, (F)는 카운터부(123)의 동작을 나타낸다. 도 8의 (B) 내지 (E)에 있어서, 망점을 넣은 부분은 화소(PZ)가 선택되어 있는 것을 나타내고, 망점을 넣지 않은 부분은, 화소(PZ)가 선택되지 않은 것을 나타낸다. 또한, 도 8의 (F)에 있어서, 망점을 넣은 부분은, 카운터부(123)가 카운트 동작을 행하고 있는 것을 나타내고, 망점을 넣지 않은 부분은, 카운터부(123)가 카운트 동작을 행하고 있지 않은 것을 나타낸다.

타이밍(t1)에 있어서 프레임 기간(F)이 개시하면, 먼저, 타이밍(t1∼t3)의 기간에 있어서, 선택 신호 생성부(22)는 1열째의 화소(PZ(1))을 선택한다(도 8의 (B)). 그리고, 광원 구동부(12)는, 발광 트리거 신호(S1)에 기초하여, 이 타이밍(t1∼t3)의 기간에 있어서, 광원(11)이 광 펄스(L1)를 소정의 발광 주기(발광 주기(T))로 복수 회(예를 들면, 1000회) 사출하도록, 광원(11)의 동작을 제어한다(도 8의 (A)). 이에 의해, 화소(PZ(1))는, 입사된 반사광 펄스(L2)에 따른 펄스(PU)를 포함하는 화소 신호(SIG)를 출력한다. 시간 계측부(124)의 TDC(24)는, 이 화소 신호(SIG)에 펄스(PU)가 나타날 때마다 심도값(D)을 생성한다. 히스토그램 생성부(125)의 히스토그램 생성 회로(25)는, TDC(24)로부터 공급된 심도값(D)의 히스토그램(HY)을 생성하고, 이 히스토그램(HY)에 대한 정보를 처리부(26)에 공급한다.

또한, 카운터부(123)의 카운터(23)는, 타이밍(t1∼t2)의 기간에 있어서, 화소 신호(SIG)에 포함되는 펄스(PU)의 수를 카운트한다. 카운터(23)가 카운트 동작을 행하는 카운트 기간(타이밍(t1∼t2)의 기간)의 길이는, 광원(11)이 광 펄스(L1)를 사출하는 주기(발광 주기(T))에 대응하는 시간보다 긴 시간으로 설정된다. 그리고, 카운터부(123)는, 복수의 카운터(23)에 있어서의 카운트 결과(카운트값(CNT))를 제어부(27)의 광 강도 설정부(29)에 공급한다.

도 9는 시간 계측 장치(1)를 어두운 환경에서 동작시켰을 때의 시간 계측 장치(1)의 일 동작예를 나타내는 것이며, 도 10은 시간 계측 장치(1)를 밝은 환경에서 동작시켰을 때의 시간 계측 장치(1)의 일 동작예를 나타내는 것이다. 도 9, 도 10에 있어서, (A)는 히스토그램(HY)을 나타내고, (B)는 광원(11)으로부터 사출되는 사출광의 파형을 나타내고, (C)는 화소 신호(SIG)의 파형을 나타낸다.

이 예에서는, 타이밍(t11)에 있어서 광원(11)이 광 펄스(L1)를 사출하고, 타이밍(t12)에 있어서, 화소(PZ)가 반사광 펄스(L2)를 검출하고, 그 반사광 펄스(L2)에 따른 펄스(PU)(펄스(PU1))를 생성한다. 이에 의해, 히스토그램(HY)은 타이밍(t12)에 따른 심도값(D)의 위치에 피크(W1)를 갖는다.

또한, 이 타이밍(t11∼t13)의 기간에 있어서, 화소(PZ)는 환경광이나 암전류에 따른 펄스(PU)를 랜덤한 타이밍에서 생성한다. 도 9의 예에서는, 시간 계측 장치(1)를 어두운 환경에서 동작시키고 있으므로, 환경광이나 암전류에 따른 펄스(PU)의 출현 빈도는 낮고, 도 10의 예에서는, 시간 계측 장치(1)를 밝은 환경에서 동작시키고 있으므로, 환경광이나 암전류에 따른 펄스(PU)의 출현 빈도가 높다. 이에 의해, 도 9의 예에서는, 플로어(W2)가 낮게 되고, 도 10의 예에서는, 플로어(W2)가 높게 된다.

다음으로, 타이밍(t3∼t5)의 기간에 있어서, 선택 신호 생성부(22)는 2열째의 화소(PZ(2))를 선택한다(도 8의 (C)). 그리고, 광원 구동부(12)는, 발광 트리거 신호(S1)에 기초하여, 이 타이밍(t3∼t5)의 기간에 있어서, 광원(11)이 광 펄스(L1)를 소정의 발광 주기(발광 주기(T))로 복수 회(예를 들면, 1000회) 사출하도록, 광원(11)의 동작을 제어한다(도 8의 (A)). 이에 의해, 화소(PZ(2))는 입사된 반사광 펄스(L2)에 따른 펄스(PU)를 포함하는 화소 신호(SIG)를 출력한다. TDC(24)는 이 화소 신호(SIG)에 펄스(PU)가 나타날 때마다 심도값(D)을 생성한다. 히스토그램 생성 회로(25)는 TDC(24)로부터 공급된 심도값(D)의 히스토그램(HY)을 생성하고, 이 히스토그램(HY)에 대한 정보를 처리부(26)에 공급한다.

또한, 카운터부(123)의 카운터(23)는, 타이밍(t3∼t4)의 기간에 있어서, 화소 신호(SIG)에 포함되는 펄스(PU)의 수를 카운트한다. 그리고, 카운터부(123)는 복수의 카운터(23)에 있어서의 카운트 결과(카운트값(CNT))를 제어부(27)의 광 강도 설정부(29)에 공급한다.

이와 같이 하여, 센서부(20)는, 타이밍(t1∼t7)의 기간(프레임 기간(F))에 있어서, 복수의 화소(PZ)를 열 단위로 순차적으로 선택하고, 히스토그램 생성부(125)는 화소 어레이(21)의 모든 화소(PZ)에 대한 히스토그램(HY)을 생성하고, 카운터부(123)는 화소 어레이(21)의 모든 화소(PZ)에 대한 카운트값(CNT)을 생성한다.

그리고, 처리부(26)는, 모든 화소(PZ)에 대한 히스토그램(HY)에 대한 정보에 기초하여 심도 화상(PIC)을 생성한다. 또한, 제어부(27)의 광 강도 설정부(29)는, 모든 화소(PZ)에 대한 카운트값(CNT)에 기초하여 광 강도 제어 신호(S2)를 생성하고, 이 광 강도 제어 신호(S2)를 광원 구동부(12)에 공급한다. 이에 의해, 도 8의 (A)에 나타낸 바와 같이, 타이밍(t7)으로부터 시작되는 다음 프레임 기간(F)에 있어서 사출되는 광 펄스(L1)의 광 강도가 설정된다.

(광 강도의 설정에 대하여)

광 강도 설정부(29)는, 예를 들면, 복수의 카운트값(CNT)에 기초하여 광 펄스(L1)의 광 강도를 설정한다. 구체적으로는, 광 강도 설정부(29)는, 도 6a에 나타낸 바와 같이, 최대 카운트값(CNTmax)이 작은 경우에는, 광 펄스(L1)의 광 강도를 작게 하고, 최대 카운트값(CNTmax)이 큰 경우에는, 광 펄스(L1)의 광 강도를 크게 한다. 이에 의해, 시간 계측 장치(1)에서는, 소비 전력을 효과적으로 저감할 수 있다. 이하에, 이 동작에 대해 상세하게 설명한다.

도 11은 시간 계측 장치(1)를 어두운 환경에서 동작시켰을 때의 히스토그램(HY)을 나타내고, 도 12는 시간 계측 장치(1)를 밝은 환경에서 동작시켰을 때의 히스토그램(HY)을 나타낸다.

시간 계측 장치(1)를 어두운 환경에서 동작시킨 경우에는, 도 9에 나타낸 바와 같이, 환경광이나 암전류에 따른 펄스(PU)의 출현 빈도가 낮으므로, 카운트값(CNT)이 작게 되고, 플로어(W2)가 낮게 된다. 광 강도 설정부(29)는, 어떤 프레임 기간(F)에 있어서 얻어진 모든 화소(PZ)에 대한 카운트값(CNT)에 기초하여, 이들 카운트값(CNT)의 최대값(최대 카운트값(CNTmax))을 취득한다. 이 최대 카운트값(CNTmax)은, 시간 계측 장치(1)를 밝은 환경에서 동작시킨 경우의 최대 카운트값(CNTmax)보다 작다. 광 강도 설정부(29)는, 이 최대 카운트값(CNTmax)에 기초하여, 다음 프레임 기간(F)에 있어서의 광 펄스(L1)의 광 강도를 설정한다. 이와 같이 최대 카운트값(CNTmax)이 작은 경우에는, 광 강도 설정부(29)는, 도 6a에 나타낸 바와 같이, 광 펄스(L1)의 광 강도를 작게 한다. 이에 의해, 시간 계측 장치(1)에서는, 도 11에 나타낸 바와 같이, 피크(W1)의 높이가 플로어(W2)에 비해 지나치게 높아지지 않도록 할 수 있다.

또한, 시간 계측 장치(1)를 밝은 환경에서 동작시킨 경우에는, 도 10에 나타낸 바와 같이, 환경광이나 암전류에 따른 펄스(PU)의 출현 빈도가 높으므로, 카운트값(CNT)이 크게 되고, 플로어(W2)가 높게 된다. 광 강도 설정부(29)는, 어떤 프레임 기간(F)에 있어서 얻어진 모든 화소(PZ)에 대한 카운트값(CNT)에 기초하여, 이들 카운트값(CNT)의 최대값(최대 카운트값(CNTmax))을 취득한다. 이 최대 카운트값(CNTmax)은, 시간 계측 장치(1)를 어두운 환경에서 동작시킨 경우의 최대 카운트값(CNTmax)보다 크다. 광 강도 설정부(29)는, 이 최대 카운트값(CNTmax)에 기초하여, 다음 프레임 기간(F)에 있어서의 광 펄스(L1)의 광 강도를 설정한다. 이와 같이 최대 카운트값(CNTmax)이 큰 경우에는, 광 강도 설정부(29)는, 도 6a에 나타낸 바와 같이, 광 펄스(L1)의 광 강도를 크게 한다. 이에 의해, 시간 계측 장치(1)에서는, 도 12에 나타낸 바와 같이, 피크(W1)의 높이가 플로어(W2)를 상회하도록 한다.

이와 같이, 시간 계측 장치(1)에서는, 카운터부(123)로부터 공급된 카운트값(CNT)에 기초하여 광 펄스(L1)의 광 강도를 조절하도록 하였다. 구체적으로는, 광 강도 설정부(29)는, 예를 들면, 도 6a에 나타낸 바와 같이, 최대 카운트값(CNTmax)이 작은 경우에는 광 펄스(L1)의 광 강도를 작게 하고, 최대 카운트값(CNTmax)이 큰 경우에는 광 펄스(L1)의 광 강도를 크게 하였다. 이에 의해, 시간 계측 장치(1)에서는, 피크(W1)의 높이가 플로어(W2)를 상회하도록, 그리고, 피크(W1)의 높이가 플로어(W2)에 비해 지나치게 높아지지 않도록, 광 펄스(L1)의 광 강도를 조절할 수 있다. 그 결과, 시간 계측 장치(1)에서는, 소비 전력을 효과적으로 저감할 수 있다.

즉, 예를 들면, 시간 계측 장치(1)를 어두운 환경에서 동작시키는 경우에 있어서, 광 펄스(L1)의 광 강도를, 밝은 환경에서 동작시키는 경우와 동일한 광 강도로 한 경우에는, 도 13에 나타낸 바와 같이, 플로어(W2)에 대해 피크(W1)의 높이가 지나치게 높아지는 경우가 있다. 이 경우에는, 광원(11)이 많은 전력을 소비해 버린다. 한편, 본 실시형태에서는, 카운터부(123)로부터 공급된 복수의 카운트값(CNT)에 기초하여 광 펄스(L1)의 광 강도를 조절하도록 하였으므로, 도 11에 나타낸 바와 같이, 피크(W1)의 높이가 플로어(W2)에 비해 지나치게 높아지지 않도록 할 수 있다. 이와 같이, 시간 계측 장치(1)에서는, 플로어(W2)에 따라, 광 펄스(L1)의 광 강도를 필요 최소한의 광 강도로 설정할 수 있으므로, 광원(11)에 있어서 소비되는 전력을 억제할 수 있고, 그 결과, 소비 전력을 효과적으로 저감할 수 있다.

또한, 시간 계측 장치(1)에서는, 광 강도 설정부(29)가, 모든 화소(PZ)에 대한 카운트값(CNT)의 최대값(최대 카운트값(CNTmax))에 기초하여 광 펄스(L1)의 광 강도를 조절하도록 하였다. 최대 카운트값(CNTmax)에 관한 화소(PZ)는, 예를 들면, 모든 화소(PZ) 중 플로어(W2)가 가장 높은 화소(PZ)인 경우가 많다. 따라서, 이 최대 카운트값(CNTmax)으로 광 펄스(L1)의 광 강도를 조절함으로써, 일부 화소(PZ)에 관한 히스토그램(HY)에 있어서 피크(W1)가 플로어(W2)에 파묻힐 우려를 저감할 수 있다.

[효과]

이상과 같이 본 실시형태에서는, 카운터부로부터 공급된 카운트값에 기초하여 광 펄스의 광 강도를 조절하도록 하였으므로, 소비 전력을 효과적으로 저감할 수 있다.

본 실시형태에서는, 최대 카운트값에 기초하여 광 펄스의 광 강도를 조절하도록 하였으므로, 히스토그램(HY)에 있어서 피크가 플로어에 파묻힐 우려를 저감할 수 있다.

[변형예 1-1]

상기 실시형태에서는, 센서부(20)가 광원 구동부(12)에 대해 발광 트리거 신호(S1)를 공급함으로써 센서부(20)가 광원(11)의 동작을 제어했지만, 이에 한정되는 것이 아니다. 그 대신에, 예를 들면 도 14에 나타내는 시간 계측 장치(1A)와 같이, 광원 구동부가 센서부에 대해, 동작 타이밍을 지시하는 트리거 신호를 공급하여도 된다. 이 시간 계측 장치(1A)는 광원 구동부(12A)와 센서부(20A)를 구비하고 있다. 광원 구동부(12A)는, 센서부(20A)의 동작 타이밍을 지시하는 트리거 신호(S3)를 생성하여, 이 트리거 신호(S3)를 센서부(20A)에 공급한다. 센서부(20A)는 이 트리거 신호(S3)에 기초하여 동작을 행한다.

[변형예 1-2]

상기 실시형태에서는, 모든 화소(PZ)에 대한 카운트값(CNT)의 최대값(최대 카운트값(CNTmax))에 기초하여 광 펄스(L1)의 광 강도를 조절했지만, 이에 한정되는 것이 아니다. 예를 들면, 모든 화소(PZ)에 대한 카운트값(CNT)이, 서로 대략 동등한 경우에는, 광 강도 설정부(29)는, 모든 화소(PZ)에 대한 카운트값(CNT)의 평균값에 기초하여 광 펄스(L1)의 광 강도를 조절하여도 된다. 이 경우에는, 예를 들면, 고장난 화소(PZ)가 있는 경우라 하더라도, 그 고장난 화소(PZ)의 광 강도에의 영향을 억제할 수 있다.

[변형예 1-3]

상기 실시형태에서는, 복수의 신호선(SGL)의 수와 동일한 수의 복수의 카운터(23)를 설치하고, 모든 화소(PZ)에 관한 카운트값(CNT)을 얻도록 했지만, 이에 한정되는 것이 아니다. 그 대신에, 예를 들면, 더 적은 수의 카운터(23)를 설치하고, 일부 화소(PZ)에 관한 카운트값(CNT)을 얻도록 해도 된다. 카운터(23)의 수는, 복수여도 되고, 예를 들면, 도 15에 나타내는 센서부(20C)와 같이, 1개여도 된다. 이 센서부(20C)는 카운터(23)와 제어부(27C)를 갖고 있다. 카운터(23)는, 화소 어레이(21)의 복수의 신호선(SGL) 중 1개(이 예에서는 맨 위의 신호선(SGL))에 접속되고, 제어부(27C)로부터 공급된 제어 신호에 기초하여, 화소 어레이(21)로부터 이 신호선(SGL)을 통해 공급된 화소 신호(SIG)에 포함되는 펄스(PU)의 수를 카운트한다. 이에 의해, 카운터(23)는, 그 신호선(SGL)에 접속된 복수의 화소(PZ)에 관한 카운트값(CNT)을 얻는다. 그리고, 카운터(23)는 이들 카운트값(CNT)을 제어부(27C)에 공급한다. 제어부(27C)는 광 강도 설정부(29C)를 갖고 있다. 광 강도 설정부(29C)는, 이 카운터(23)로부터 공급된 복수의 카운트값(CNT)에 기초하여 광 펄스(L1)의 광 강도를 지시하는 광 강도 제어 신호(S2)를 생성한다.

[변형예 1-4]

상기 실시형태에서는, 센서부(20)가 광원 구동부(12)에 대해 광 강도 제어 신호(S2)를 공급했지만, 이에 한정되는 것이 아니다. 이하에, 본 변형예에 대해 몇 가지 예를 들어 설명한다.

도 16은 본 변형예에 관한 시간 계측 장치(1D)의 일 구성예를 나타내는 것이다. 시간 계측 장치(1D)는 광원 구동부(12D)와 센서부(20D)를 구비하고 있다. 광원 구동부(12D)는 광 강도 설정부(17D)를 갖고 있다. 광 강도 설정부(17D)는, 상기 실시형태에 관한 광 강도 설정부(29)와 마찬가지로, 센서부(20D)로부터 공급된 카운트값(CNT)에 기초하여, 광원(11)이 사출하는 광 펄스(L1)의 광 강도를 설정하는 것이다.

도 17은 센서부(20D)의 일 구성예를 나타내는 것이다. 센서부(20D)는 카운터(23)와 제어부(27D)를 갖고 있다. 카운터(23)는 화소 어레이(21)의 복수의 신호선(SGL) 중 1개(이 예에서는 맨 위의 신호선(SGL))에 접속되고, 제어부(27C)로부터 공급된 제어 신호에 기초하여, 화소 어레이(21)로부터 이 신호선(SGL)을 통해 공급된 화소 신호(SIG)에 포함되는 펄스(PU)의 수를 카운트한다. 이에 의해, 카운터(23)는 그 신호선(SGL)에 접속된 복수의 화소(PZ)에 관한 카운트값(CNT)을 얻는다. 그리고, 카운터(23)는 이들 카운트값(CNT)을 광원 구동부(12D)의 광 강도 설정부(17D)에 공급하도록 되어 있다. 제어부(27D)는 상기 실시형태에 관한 제어부(27)로부터 광 강도 설정부(29)를 생략한 것이다.

도 18은 본 변형예에 관한 시간 계측 장치(1E)의 일 구성예를 나타내는 것이다. 시간 계측 장치(1E)는 광원 구동부(12E)와 센서부(20E)를 구비하고 있다. 광원 구동부(12E)는 카운터(16E)와 광 강도 설정부(17D)를 갖고 있다. 카운터(16E)는, 상기 실시형태에 관한 카운터(23)와 마찬가지로, 화소 신호(SIG)에 포함되는 펄스(PU)의 수를 카운트하는 것이다. 그리고, 카운터(16E)는 카운트 결과(카운트값(CNT))를 광 강도 설정부(17D)에 공급하도록 되어 있다. 광 강도 설정부(17D)는, 카운터(16E)로부터 공급된 카운트값(CNT)에 기초하여, 광원(11)이 사출하는 광 펄스(L1)의 광 강도를 설정하는 것이다.

도 19는 센서부(20E)의 일 구성예를 나타내는 것이다. 센서부(20E)는 제어부(27E)를 가지고 있다. 센서부(20E)는 화소 어레이(21)가 생성한 복수의 화소 신호(SIG) 중 1개를 광원 구동부(12E)의 카운터(16E)에 공급하도록 되어 있다. 제어부(27E)는 상기 실시형태에 관한 제어부(27)로부터 광 강도 설정부(29)를 생략함과 함께, 카운터(23)의 동작을 제어하는 기능을 생략한 것이다.

[변형예 1-5]

상기 실시형태에서는, 심도값(D)을 구하기 위한 화소(PZ)가 생성한 화소 신호(SIG)를 카운터(23)에 공급했지만, 이에 한정되는 것이 아니다. 그 대신에, 예를 들면, 도 20에 나타내는 센서부(20F)와 같이, 심도값(D)을 구하기 위한 화소(PZ) 이외의 화소가 생성한 화소 신호(SIG)를 카운터(23)에 공급하여도 된다. 센서부(20F)는 화소 어레이(21F)와 카운터(23)를 갖고 있다. 화소 어레이(21F)는 복수의 더미 화소(PDM)를 갖고 있다. 더미 화소(PDM)의 회로 구성은 화소(PZ)의 회로 구성(도 3)과 동일하다. 복수의 더미 화소(PDM)는 1개의 신호선(SGL)에 접속되어 있다. 여기서, 화소(PZ)는 본 개시에 있어서의 「제1 화소」의 일 구체예에 대응한다. 더미 화소(PDM)는 본 개시에 있어서의 「제2 화소」의 일 구체예에 대응한다. 카운터(23)는 복수의 더미 화소(PDM)가 접속된 신호선(SGL)에 접속된다. 카운터(23)는, 더미 화소(PDM)으로부터 공급된 화소 신호(SIG)에 포함되는 펄스(PU)의 수를 카운트한다.

[변형예 1-6]

상기 실시형태에서는, 복수의 카운터(23)를 설치하고, 이들 카운터(23)에 있어서의 카운트값(CNT)에 기초하여 광 펄스(L1)의 광 강도를 설정하였지만, 이에 한정되는 것이 아니다. 그 대신에, 예를 들면, 도 21에 나타내는 센서부(20G)와 같이, 히스토그램 생성 회로(25)가 생성한 히스토그램(HY)에 기초하여 광 펄스(L1)의 광 강도를 설정해도 된다. 센서부(20G)는 히스토그램 생성부(125G)와 제어부(27G)를 갖고 있다. 히스토그램 생성부(125G)는, 복수의 히스토그램 생성 회로(25)가 생성한 히스토그램(HY)에 있어서의 플로어(W2)에 대한 정보를 제어부(27G)에 공급하는 기능을 갖고 있다. 제어부(27G)는 광 강도 설정부(29G)를 갖고 있다. 광 강도 설정부(29G)는, 히스토그램 생성부(125G)로부터 공급된, 플로어(W2)에 대한 정보에 기초하여, 광 펄스(L1)의 광 강도를 설정한다. 구체적으로는, 광 강도 설정부(29G)는, 예를 들면, 복수의 히스토그램(HY)에 포함되는 플로어(W2) 중 가장 높은 플로어(W2)에 기초하여 광 펄스(L1)의 광 강도를 설정한다. 광 강도 설정부(29G)는, 예를 들면, 플로어(W2)가 낮은 경우에는, 광 펄스(L1)의 광 강도를 작게 하고, 플로어(W2)가 높은 경우에는, 광 펄스(L1)의 광 강도를 크게 한다. 그리고, 광 강도 설정부(29G)는, 설정한 광 펄스(L1)의 광 강도에 기초하여 광 펄스(L1)의 광 강도를 지시하는 광 강도 제어 신호(S2)를 생성하도록 되어 있다. 여기서, 히스토그램 생성부(125G)는 본 개시에 있어서의 「펄스 수 검출부」의 일 구체예에 대응한다.

[변형예 1-7]

상기 실시형태에서는, 화소 어레이(21)에 있어서, 1열 단위로 화소(PZ)를 선택하였지만, 이에 한정되는 것이 아니다. 그 대신에, 예를 들면, 도 22에 나타내는 센서부(20H)와 같이, 복수 열 단위(이 예에서는 2열 단위)로 화소(PZ)를 선택하여도 된다. 센서부(20H)는 화소 어레이(21H)를 갖고 있다. 화소 어레이(21H)는 복수의 선택선(SEL)과 복수의 신호선(SGL)과 복수의 화소(PZ)를 갖고 있다. 예를 들면, 왼쪽으로부터 1열째의 복수의 화소(PZ) 및 2열째의 복수의 화소(PZ)는, 왼쪽으로부터 1번째의 선택선(SEL)에 접속된다. 또한, 3열째의 복수의 화소(PZ) 및 4열째의 복수의 화소(PZ)는, 2번째의 선택선(SEL)에 접속된다. 5열째 이후에 대해서도 마찬가지이다. 또한, 예를 들면, 1행째의 복수 화소(PZ) 중 홀수열에 속하는 화소(PZ)와 짝수열에 속하는 화소(PZ)는 서로 다른 신호선(SGL)에 접속된다. 2행째 이후에 대해서도 마찬가지이다. 이 구성에 의해, 센서부(20H)에서는, 화소(PZ)가 2열 단위로 선택된다.

[변형예 1-8]

상기 실시형태에서는, 카운터부(123) 및 시간 계측부(124)가 동일한 기간에 동작을 행하도록 하였지만, 이에 한정되는 것이 아니다. 그 대신에, 예를 들면, 미리, 카운터부(123)가 동작을 행함으로써 광 펄스(L1)의 광 강도를 설정하고, 그 후에, 설정된 광 강도에 기초하여 광원(11)이 광 펄스(L1)를 생성함으로써, 시간 계측 장치(1)가 심도 화상(PIC)을 생성하여도 된다.

[그 밖의 변형예]

또한, 이들 변형예 중 2가지 이상을 조합시켜도 된다.

<2. 제2 실시형태>

다음으로, 제2 실시형태에 관한 시간 계측 장치(2)에 대해 설명한다. 본 실시형태는, 복수의 카운트값(CNT)에 기초하여 광 펄스(L1)의 수를 조절하는 것이다. 또한, 상기 제1 실시형태에 관한 시간 계측 장치(1)와 실질적으로 동일한 구성 부분에는 동일한 부호를 부여하여, 적절히 설명을 생략한다.

도 23은 시간 계측 장치(2)의 일 구성예를 나타내는 것이다. 시간 계측 장치(2)는 광원 구동부(42)와 센서부(40)를 구비하고 있다.

광원 구동부(42)는 센서부(40)로부터의 지시에 기초하여 광원(11)을 구동하는 것이다. 구체적으로는, 광원 구동부(42)는, 센서부(40)로부터 공급된 발광 트리거 신호(S1)에 기초하여, 광원(11)이 발광 트리거 신호(S1)에 포함되는 트리거 펄스에 따른 타이밍에서 발광하도록, 광원(11)의 동작을 제어한다. 이 예에서는, 트리거 펄스의 수가 변화한다. 이에 의해, 시간 계측 장치(2)에서는, 광 펄스(L1)의 수가 변경되도록 되어 있다.

센서부(40)는, 반사광 펄스(L2)를 검출함으로써, 측정 대상물까지의 거리에 대한 정보를 갖는 심도 화상(PIC)을 생성하는 것이다. 또한, 센서부(40)는 발광 트리거 신호(S1)를 생성하여, 이 발광 트리거 신호(S1)를 광원 구동부(42)에 공급하는 기능도 갖고 있다.

도 24는 센서부(40)의 일 구성예를 나타내는 것이다. 센서부(40)는 제어부(47)를 갖고 있다. 제어부(47)는, 선택 신호 생성부(22), 카운터부(123), 시간 계측부(124), 히스토그램 생성부(125), 및 처리부(26)에 대해 제어 신호를 공급함과 함께, 광원 구동부(42)에 대해 발광 트리거 신호(S1)를 공급함으로써, 시간 계측 장치(2)의 동작을 제어하는 것이다. 제어부(47)는, 광 펄스 수 설정부(49)와 발광 타이밍 설정부(48)를 갖고 있다.

광 펄스 수 설정부(49)는, 카운터부(123)로부터 공급된 복수의 카운트값(CNT)에 기초하여, 광원(11)이 사출하는 광 펄스(L1)의 수를 설정하는 것이다. 구체적으로는, 광 펄스 수 설정부(49)는, 예를 들면, 어떤 프레임 기간(F)에 있어서 얻어진 모든 화소(PZ)에 대한 복수의 카운트값(CNT)의 최대값(최대 카운트값(CNTmax))에 기초하여, 다음 프레임 기간(F)에 있어서의 광 펄스(L1)의 수를 설정한다. 예를 들면, 광 펄스 수 설정부(49)는, 최대 카운트값(CNTmax)이 작은 경우에는 광 펄스(L1)의 수를 적게 하고, 최대 카운트값(CNTmax)이 큰 경우에는 광 펄스(L1)의 수를 많게 하도록 되어 있다.

발광 타이밍 설정부(48)는, 광 펄스 수 설정부(49)에 의해 설정된 광 펄스(L1)의 수에 기초하여, 광원(11)에 있어서의 발광 타이밍을 지시하는 발광 트리거 신호(S1)를 생성하는 것이다.

도 25는 시간 계측 장치(2)의 광원(11)이 생성하는 광 펄스(L1)의 일례를 나타내는 것이다. 이 예에서는, 최초의 프레임 기간(F)(타이밍(t21∼t22))에 있어서, 광원(11)은 소정의 발광 주기로 광 펄스(L1)를 사출한다. 그리고, 이 예에서는, 이 프레임 기간(F)에 있어서 얻어진 최대 카운트값(CNTmax)이 작으므로, 광 펄스 수 설정부(49)는 광 펄스(L1)의 수를 적은 수로 설정한다. 발광 타이밍 설정부(48)는, 광 펄스 수 설정부(49)에 의해 설정된 광 펄스(L1)의 수에 기초하여 광 펄스(L1)를 솎아내도록, 광원(11)에 있어서의 발광 타이밍을 설정한다. 이에 의해, 광원(11)은, 도 25에 나타낸 바와 같이, 다음 프레임 기간(F)(타이밍(t22∼t23))에 있어서, 타이밍(t21∼t22)보다 적은 수의 광 펄스(L1)를 사출한다.

이와 같이, 시간 계측 장치(2)에서는, 광 펄스 수 설정부(49)가, 카운터부(123)로부터 공급된 카운트값(CNT)에 기초하여 광 펄스(L1)의 수를 조절하도록 하였다. 구체적으로는, 광 펄스 수 설정부(49)는, 최대 카운트값(CNTmax)이 작은 경우에는 광 펄스(L1)의 수를 적게 하고, 최대 카운트값(CNTmax)이 큰 경우에는 광 펄스(L1)의 수를 많게 하였다. 이에 의해, 시간 계측 장치(2)에서는, 시간 계측 장치(1)와 마찬가지로, 피크(W1)의 높이가 플로어(W2)를 상회하도록, 그리고, 피크(W1)의 높이가 플로어(W2)에 비해 지나치게 높아지지 않도록, 광 펄스(L1)의 수를 조절할 수 있다. 그 결과, 시간 계측 장치(2)에서는, 광원(11)에 있어서의 소비 전력을 효과적으로 저감할 수 있다.

또한, 광 펄스(L1)의 수를 줄이는 경우에는, 카운터부(123) 및 시간 계측부(124)의 동작시간이 짧아져, 히스토그램 생성부(155) 및 처리부(26)에 있어서의 연산량이 적어진다. 이에 의해, 카운터부(123), 시간 계측부(124), 히스토그램 생성부(125), 및 처리부(26)에 있어서의 소비 전력을 효과적으로 저감할 수 있다.

이상과 같이 본 실시형태에서는, 카운터부로부터 공급된 카운트값에 기초하여 광 펄스의 수를 조절하도록 하였으므로, 소비 전력을 효과적으로 저감할 수 있다.

[변형예 2]

상기 실시형태에 관한 시간 계측 장치(2)에, 상기 제1 실시형태의 각 변형예를 적용하여도 된다.

<3. 제3 실시형태>

다음으로, 제3 실시형태에 관한 시간 계측 장치(3)에 대해 설명한다. 본 실시형태는, 히스토그램(HY)에 있어서의 피크(W1)의 높이가 플로어(W2)에 따른 임계값(TH)에 도달했을 때에 광원(11)의 동작을 정지시키는 것이다. 또한, 상기 제1 실시형태에 관한 시간 계측 장치(1)와 실질적으로 동일한 구성 부분에는 동일한 부호를 부여하여, 적절히 설명을 생략한다.

도 23에 나타낸 바와 같이, 시간 계측 장치(3)는 센서부(50)를 갖고 있다. 센서부(50)는 반사광 펄스(L2)를 검출함으로써, 측정 대상물까지의 거리에 대한 정보를 갖는 심도 화상(PIC)을 생성하는 것이다. 또한, 센서부(50)는 발광 트리거 신호(S1)를 생성하여, 이 발광 트리거 신호(S1)를 광원 구동부(42)에 공급하는 기능도 갖고 있다.

도 26은 센서부(50)의 일 구성예를 나타내는 것이다. 센서부(50)는 히스토그램 생성부(155)와 제어부(57)를 갖고 있다.

히스토그램 생성부(155)는 복수의 히스토그램 생성 회로(25)(히스토그램 생성 회로(25(1), 25(2), 25(3), …))를 갖고 있다. 히스토그램 생성부(155)는, 제어부(57)로부터 공급된 임계값(TH)에 기초하여, 복수의 히스토그램 생성 회로(25)가 생성하는 히스토그램(HY)에 있어서의 피크(W1)의 높이가 이 임계값(TH)에 도달하였는지 여부를 확인한다. 그리고, 히스토그램 생성부(155)는, 1열분의 화소(PZ)에 관한 모든 히스토그램(HY)에 있어서의 피크(W1)의 높이가 이 임계값(TH)에 도달했을 때에 정지 신호(STP)를 생성한다. 그리고, 히스토그램 생성부(155)는 이 정지 신호(STP)를 제어부(57)에 공급하도록 되어 있다.

제어부(57)는 선택 신호 생성부(22), 카운터부(123), 시간 계측부(124), 히스토그램 생성부(155) 및 처리부(26)에 대해 제어 신호를 공급함과 함께, 광원 구동부(42)에 대해 발광 트리거 신호(S1)를 공급함으로써, 시간 계측 장치(3)의 동작을 제어하는 것이다. 제어부(57)는 임계값 설정부(59)와 발광 타이밍 설정부(58)를 갖고 있다.

임계값 설정부(59)는 카운터부(123)로부터 공급된 복수의 카운트값(CNT)에 기초하여 임계값(TH)을 생성하는 것이다. 구체적으로는, 임계값 설정부(59)는, 예를 들면, 어떤 프레임 기간(F)에 있어서 얻어진 모든 화소(PZ)에 관한 복수의 카운트값(CNT)의 최대값(최대 카운트값(CNTmax))에 기초하여, 다음 프레임 기간(F)에 있어서 사용할 임계값(TH)을 설정한다. 예를 들면, 임계값 설정부(59)는, 최대 카운트값(CNTmax)이 작은 경우에는 임계값(TH)을 낮게 하고, 최대 카운트값(CNTmax)이 큰 경우에는 임계값(TH)을 높게 하도록 되어 있다.

발광 타이밍 설정부(58)는, 광원(11)에 있어서의 발광 타이밍을 지시하는 발광 트리거 신호(S1)를 생성하는 것이다. 그리고, 발광 타이밍 설정부(58)는, 히스토그램 생성부(155)로부터 공급된 정지 신호(STP)에 기초하여, 발광 트리거 신호(S1)의 생성을 정지하도록 되어 있다.

도 27은 시간 계측 장치(3)를 어두운 환경에서 동작시켰을 때의 히스토그램(HY)을 나타내고, 도 28은 시간 계측 장치(3)를 밝은 환경에서 동작시켰을 때의 히스토그램(HY)을 나타낸다.

시간 계측 장치(3)를 어두운 환경에서 동작시킨 경우에는, 카운트값(CNT)이 작으므로, 임계값 설정부(59)는, 도 27에 나타낸 바와 같이, 임계값(TH)을 낮게 한다. 그리고, 다음 프레임 기간(F)에 있어서, 히스토그램 생성부(155)는, 도 27에 나타낸 바와 같이, 1열째의 화소(PZ)에 관한 모든 히스토그램(HY)에 있어서의 피크(W1)의 높이가 이 임계값(TH)에 도달했을 때에 정지 신호(STP)를 생성한다. 이에 의해, 광원(11)은 광 펄스(L1)의 생성을 정지한다. 2열째 이후에 대해서도 마찬가지이다. 이에 의해, 시간 계측 장치(3)에서는, 도 27에 나타낸 바와 같이, 피크(W1)의 높이가 플로어(W2)에 비해 지나치게 높아지지 않도록 할 수 있다.

또한, 시간 계측 장치(3)를 밝은 환경에서 동작시킨 경우에는, 카운트값(CNT)이 크므로, 임계값 설정부(59)는, 도 28에 나타낸 바와 같이, 임계값(TH)을 높게 한다. 그리고, 다음 프레임 기간(F)에 있어서, 히스토그램 생성부(155)는, 도 28에 나타낸 바와 같이, 1열째의 화소(PZ)에 관한 모든 히스토그램(HY)에 있어서의 피크(W1)의 높이가 이 임계값(TH)에 도달했을 때에 정지 신호(STP)를 생성한다. 이에 의해, 광원(11)은 광 펄스(L1)의 생성을 정지한다. 2열째 이후에 대해서도 마찬가지이다. 이에 의해, 시간 계측 장치(3)에서는, 도 28에 나타낸 바와 같이, 피크(W1)의 높이가 플로어(W2)를 상회하도록 할 수 있다.

이와 같이, 시간 계측 장치(3)에서는, 카운터부(123)로부터 공급된 카운값(CNT)에 기초하여 임계값(TH)을 설정하였다. 구체적으로는, 임계값 설정부(59)는, 최대 카운트값(CNTmax)이 작은 경우에는 임계값(TH)을 낮게 하고, 최대 카운트값(CNTmax)이 큰 경우에는 임계값(TH)을 높게 하였다. 그리고, 시간 계측 장치(3)에서는, 히스토그램(HY)에 있어서의 피크(W1)의 높이가 이 임계값(TH)에 도달했을 때에 광 펄스(L1)의 생성을 정지하도록 하였다. 이에 의해, 시간 계측 장치(3)에서는, 시간 계측 장치(1)와 마찬가지로, 피크(W1)의 높이가 플로어(W2)를 상회하도록, 그리고, 피크(W1)의 높이가 플로어(W2)에 비해 지나치게 높아지지 않도록, 광 펄스(L1)의 수를 조절할 수 있다. 그 결과, 시간 계측 장치(3)에서는, 광원(11)에 있어서의 소비 전력을 효과적으로 저감할 수 있다.

또한, 광 펄스(L1)의 수를 줄이는 경우에는, 카운터부(123) 및 시간 계측부(124)의 동작시간이 짧아져, 히스토그램 생성부(155) 및 처리부(26)에 있어서의 연산량이 적어진다. 이에 의해, 카운터부(123), 시간 계측부(124), 히스토그램 생성부(155), 및 처리부(26)에 있어서의 소비 전력을 효과적으로 저감할 수 있다.

이상과 같이 본 실시형태에서는, 카운터부로부터 공급된 카운트값에 기초하여 임계값을 설정하고, 히스토그램에 있어서의 피크의 높이가 이 임계값에 도달했을 때에 광 펄스의 생성을 정지하도록 하였으므로, 소비 전력을 효과적으로 저감할 수 있다.

<4. 응용예>

다음으로, 상기 실시형태에 관한 시간 계측 장치의 응용예에 대해 설명한다.

도 29는 촬상 장치(9)의 일 구성예를 나타내는 것이다. 이 촬상 장치(9)는, 제1 실시형태에 관한 시간 계측 장치(1)에 관한 기술을 촬상 장치에 적용한 것이다. 또한, 이에 한정되는 것은 아니고, 제2 실시형태에 관한 시간 계측 장치(2)에 관한 기술이나, 제3 실시형태에 관한 시간 계측 장치(3)에 관한 기술을 촬상 장치에 적용하여도 된다. 촬상 장치(9)는 촬상부(60)를 구비하고 있다.

촬상부(60)는 촬상 동작을 행함으로써, 촬상 화상(PIC2)을 생성하는 것이다. 또한, 촬상부(60)는 광원(11)을 동작시켰을 때에 반사광 펄스(L2)를 검출함으로써, 심도 화상(PIC)을 생성하는 기능도 갖고 있다. 그리고, 촬상부(60)는, 생성된 촬상 화상(PIC2) 및 심도 화상(PIC)을 출력하도록 되어 있다. 또한, 촬상부(60)는, 심도 화상(PIC)을 생성할 때, 발광 트리거 신호(S1) 및 광 강도 제어 신호(S2)를 생성하여, 이들 발광 트리거 신호(S1) 및 광 강도 제어 신호(S2)를 광원 구동부(12)에 공급하는 기능도 갖고 있다.

도 30은 촬상부(60)의 일 구성예를 나타내는 것이다. 촬상부(60)는 화소 어레이(61)와 카운터부(163)와 처리부(66)를 갖고 있다.

화소 어레이(61)는 복수의 화소(P)를 갖고 있다. 복수의 화소(P)는 복수의 적색 화소(PR)와 복수의 녹색 화소(PG)와 복수의 청색 화소(PB)와 복수의 화소(PZ)를 포함하고 있다. 적색 화소(PR)는 적색의 광을 검출하는 것이며, 녹색 화소(PG)는 녹색의 광을 검출하는 것이며, 청색 화소(PB)는 청색의 광을 검출하는 것이다. 적색 화소(PR), 녹색 화소(PG), 및 청색 화소(PB)의 회로 구성은, 화소(PZ)의 회로 구성(도 3)과 마찬가지이다. 적색 화소(PR)에는 적색의 컬러 필터가 형성되고, 녹색 화소(PG)에는 녹색의 컬러 필터가 형성되고, 청색 화소(PB)에는 청색의 컬러 필터가 형성되어 있다.

도 31은 화소 어레이(61)에 있어서의 적색 화소(PR), 녹색 화소(PG), 청색 화소(PB), 및 화소(PZ)의 배치예를 나타내는 것이다. 화소 어레이(61)에는, 2행 2열로 배치된 4개의 화소(단위 U)가 반복적으로 배치되어 있다. 단위 U에 있어서, 좌측상부에는 녹색 화소(PG)가 배치되고, 좌측하부에는 청색 화소(PB)가 배치되고, 우측상부에는 적색 화소(PR)가 배치되고, 우측하부에는 화소(PZ)가 배치되어 있다.

또한, 화소 어레이(61)는, 도 30에 나타낸 바와 같이, 복수의 선택선(SEL)과 복수의 신호선(SGL)과 복수의 신호선(SGL2)을 갖고 있다. 복수의 신호선(SGL)의 각각은, 도 30에 있어서의 횡방향으로 연장하는 것으로, 도 30에 나타낸 바와 같이, 일단은 시간 계측부(124)에 접속된다. 복수의 신호선(SGL2)의 각각은, 도 30에 있어서의 횡방향으로 연장하는 것으로, 도 30에 나타낸 바와 같이, 일단은 카운터부(163)에 접속된다.

단위 U에 있어서, 녹색 화소(PG) 및 청색 화소(PB)는 서로 동일한 선택선(SEL)에 접속되고, 적색 화소(PR) 및 화소(PZ)는, 녹색 화소(PG) 및 청색 화소(PB)가 접속된 선택선(SEL)과는 서로 다른 선택선(SEL)에 접속된다. 또한, 단위 U에 있어서, 녹색 화소(PG) 및 적색 화소(PR)는 서로 동일한 신호선(SGL2)에 접속되고, 청색 화소(PB)는, 녹색 화소(PG) 및 적색 화소(PR)가 접속된 신호선(SGL2)과는 서로 다른 신호선(SGL2)에 접속된다. 또한, 화소(PZ)는 신호선(SGL)에 접속된다.

카운터부(163)는 복수의 카운터(63)(카운터(63(1), 63(2), 63(3), 63(4), …))를 갖고 있다. 복수의 카운터(63)는 화소 어레이(21)에 있어서의 복수의 신호선(SGL2)에 각각 접속된다. 복수의 카운터(63)의 각각은, 제어부(27)로부터 공급된 제어 신호에 기초하여, 화소 어레이(61)로부터 신호선(SGL2)을 통해 공급된 화소 신호(SIG)에 포함되는 펄스(PU)의 수를 카운트하는 것이다. 그리고, 카운터부(163)는, 복수의 카운터(63)에 있어서의 카운트 결과를 처리부(66)에 공급하도록 되어 있다. 또한, 카운터부(163)는 복수의 카운터(63)에 있어서의 카운트 결과(카운트값(CNT))를 제어부(27)의 광 강도 설정부(29)에 공급하는 기능도 갖고 있다.

처리부(66)는 카운터부(163)로부터 공급된 카운트 결과에 기초하여 촬상 화상(PIC2)을 생성하는 것이다. 그리고, 처리부(66)는 생성된 촬상 화상(PIC2)을 출력하도록 되어 있다.

여기서, 화소(PZ)는, 본 개시에 있어서의 「제1 화소」의 일 구체예에 대응한다. 적색 화소(PR), 녹색 화소(PG), 및 청색 화소(PB)는, 본 개시에 있어서의 「제2 화소」의 일 구체예에 대응한다.

촬상 장치(9)에서는, 화소 어레이(61)에 있어서의 복수의 적색 화소(PR), 녹색 화소(PG) 및 청색 화소(PB)가 화소 신호(SIG)를 출력하고, 카운터부(163)의 복수의 카운터(63)가, 화소 신호(SIG)에 포함되는 펄스(PU)의 수를 카운트한다. 그리고, 처리부(66)가 복수의 카운터(63)에 있어서의 카운트 결과에 기초하여 촬상 화상(PIC2)을 생성한다.

또한, 촬상 장치(9)가 심도 화상(PIC)을 생성하는 경우에는, 카운터부(163)는, 복수의 카운터(63)에 있어서의 카운트 결과(카운트값(CNT))를 제어부(27)의 광 강도 설정부(29)에 공급한다. 광 강도 설정부(29)는, 카운터부(163)로부터 공급된 복수의 카운트값(CNT)에 기초하여 광 펄스(L1)의 광 강도를 설정한다. 광원(11)은, 설정된 광 강도에 기초하여 광원(11)이 광 펄스(L1)를 생성한다. 화소 어레이(61)에 있어서의 화소(PZ)는, 반사광 펄스(L2)에 따른 펄스(PU)를 포함하는 화소 신호(SIG)를 출력한다. 시간 계측부(124)의 TDC(24)는, 제어부(27)로부터 공급된 제어 신호에 기초하여, 화소 신호(SIG)에 포함되는 펄스(PU)의 타이밍을 계측함으로써 심도값(D)을 생성한다. 히스토그램 생성부(125)의 히스토그램 생성 회로(25)는, 제어부(27)로부터 공급된 제어 신호에 기초하여, TDC(24)로부터 공급된 심도값(D)의 히스토그램(HY)을 생성한다. 처리부(26)는 제어부(27)로부터 공급된 제어 신호 및 히스토그램 생성부(125)로부터 공급된 복수의 히스토그램(HY)에 대한 정보에 기초하여 심도 화상(PIC)을 생성한다.

이와 같이, 촬상 장치(9)에서는, 촬상 동작에 있어서 사용하는 카운터부(163)를 사용하여, 카운트값(CNT)을 취득하고, 이 카운트값(CNT)에 기초하여 광 펄스(L1)의 광 강도를 설정할 수 있다. 이에 의해, 카운터부(163)와는 별개로, 도 2에 나타낸 카운터부(123)를 설치할 필요가 없으므로, 회로 규모를 작게 할 수 있다.

이상, 몇 가지의 실시형태와 변형예, 및 그들의 구체적인 응용예를 들어 본 기술을 설명하였지만, 본 기술은 이들 실시형태 등에는 한정되지 않고, 다양한 변형이 가능하다.

예를 들면, 상기 각 실시형태에서는, 복수의 화소(PZ)를 사용하여 시간 계측 장치를 구성하였지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 그 대신에, 예를 들면, 1개의 화소(PZ)를 사용하여 시간 계측 장치를 구성해도 된다. 이 경우라도, 광을 사출함과 함께, 측정 대상물에 의해 반사된 반사광을 검출함으로써, 광을 사출한 타이밍 및 반사광을 검출한 타이밍 간의 시간차를 계측할 수 있다.

또한, 본명세서에 기재된 효과는 어디까지나 예시이며 한정되는 것이 아니고, 또한 다른 효과가 있어도 된다.

한편, 본 기술은 이하와 같은 구성으로 할 수 있다.

(1) 수광소자를 가지며, 상기 수광소자에 있어서의 수광 결과에 기초하여 논리 펄스를 포함하는 펄스 신호를 생성 가능한 화소와,

상기 펄스 신호에 기초하여 상기 수광소자에 있어서의 수광 타이밍을 검출 가능한 타이밍 검출부와,

상기 펄스 신호에 포함되는 상기 논리 펄스의 펄스 수를 검출 가능한 펄스 수 검출부와,

상기 펄스 수에 기초하여, 복수의 광 펄스를 사출하는 광원의 동작을 제어 가능한 제어부를 구비한 시간 계측 장치.

(2) 상기 제어부는 상기 펄스 수에 기초하여 상기 복수의 광 펄스의 각각의 광 강도를 제어 가능한 상기 (1)에 기재된 시간 계측 장치.

(3) 상기 제어부는, 상기 펄스 수가 제1 펄스 수인 경우에 상기 광 강도를 제1 광 강도로 설정 가능하고, 상기 펄스 수가 상기 제1 펄스 수보다 많은 제2 펄스 빈도인 경우에 상기 광 강도를 상기 제1 광 강도보다 강한 제2 광 강도로 설정 가능한 상기 (2)에 기재된 시간 계측 장치.

(4) 상기 제어부는 상기 펄스 수에 기초하여 상기 복수의 광 펄스의 광 펄스 수를 제어 가능한 상기 (1)에 기재된 시간 계측 장치.

(5) 상기 제어부는, 상기 펄스 수가 제1 펄스 수인 경우에 상기 광 펄스 수를 제1 광 펄스 수로 설정 가능하고, 상기 펄스 수가 상기 제1 펄스 수보다 많은 제2 펄스 수인 경우에 상기 광 펄스 수를 상기 제1 광 펄스 수보다 많은 제2 광 펄스 수로 설정 가능한 상기 (4)에 기재된 시간 계측 장치.

(6) 상기 수광 타이밍에 기초하여 상기 수광 타이밍에 대한 히스토그램을 생성 가능한 히스토그램 생성부를 더 구비한 상기 (1)에 기재된 시간 계측 장치.

(7) 상기 제어부는, 상기 히스토그램의 피크값이 상기 펄스 수에 따른 임계값에 도달했을 때에 상기 광원의 동작을 정지시킬 수 있는 상기 (6)에 기재된 시간 계측 장치.

(8) 상기 제어부는, 상기 펄스 수가 제1 펄스 수인 경우에 상기 임계값을 제1 임계값으로 설정 가능하고, 상기 펄스 수가 상기 제1 펄스 수보다 많은 제2 펄스 수인 경우에 상기 임계값을 상기 제1 임계값보다 큰 제2 임계값으로 설정 가능한 상기 (7)에 기재된 시간 계측 장치.

(9) 상기 펄스 수 검출부는 상기 펄스 신호에 기초하여 상기 펄스 수를 검출 가능한 상기 (1) 내지 (8) 중 어느 하나에 기재된 시간 계측 장치.

(10) 상기 펄스 수 검출부는, 상기 수광 타이밍에 기초하여 상기 수광 타이밍에 대한 히스토그램을 생성함으로써 상기 펄스 수를 검출 가능한 상기 (1) 내지 (8) 중 어느 하나에 기재된 시간 계측 장치.

(11) 상기 타이밍 검출부는, 상기 광 펄스의 발광 타이밍을 기준으로 하여, 상기 수광 타이밍을 검출 가능한 상기 (1) 내지 (10) 중 어느 하나에 기재된 시간 계측 장치.

(12) 상기 광원을 더 구비한 상기 (1) 내지 (11) 중 어느 하나에 기재된 시간 계측 장치.

(13) 제1 수광소자를 가지며, 상기 제1 수광소자에 있어서의 수광 결과에 기초하여 논리 펄스를 포함하는 제1 펄스 신호를 생성 가능한 제1 화소와,

제2 수광소자를 가지며, 상기 제2 수광소자에 있어서의 수광 결과에 기초하여 논리 펄스를 포함하는 제2 펄스 신호를 생성 가능한 제2 화소와,

상기 제1 펄스 신호에 기초하여 상기 제1 수광소자에 있어서의 수광 타이밍을 검출 가능한 타이밍 검출부와,

상기 제2 펄스 신호에 포함되는 상기 논리 펄스의 펄스 수를 검출 가능한 펄스 수 검출부와,

(14) 상기 제2 수광소자는 미리 정해진 색의 광을 수광 가능한 상기 (13)에 기재된 시간 계측 장치.

본 출원은, 일본국 특허청에서 2018년 5월 24일에 출원된 일본 특허 출원 번호 2018-099515호를 기초로 하여 우선권을 주장하는 것이며, 이 출원의 모든 내용을 참조에 의해 본 출원에 원용한다.

당업자라면, 설계상의 요건이나 다른 요인에 따라, 다양한 수정, 콤비네이션, 서브콤비네이션, 및 변경을 생각할 수 있지만, 그들은 첨부된 청구범위나 그 균등물의 범위에 포함되는 것이라는 것이 이해된다.

Claims

수광소자를 가지며, 광원이 복수의 광 펄스를 사출(射出)하는 기간에 있어서, 상기 수광소자에 있어서의 수광 결과에 기초하여 논리 펄스를 포함하는 펄스 신호를 생성 가능한 화소와,
상기 펄스 신호에 기초하여 상기 수광소자에 있어서의 수광 타이밍을 검출 가능한 타이밍 검출부와,
상기 펄스 신호에 포함되는 상기 논리 펄스의 펄스 수를 검출 가능한 펄스 수 검출부와,
상기 펄스 수에 기초하여, 상기 광원의 동작을 제어 가능한 제어부를 구비한, 시간 계측 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어부는 상기 펄스 수에 기초하여 상기 복수의 광 펄스의 각각의 광 강도를 제어 가능한, 시간 계측 장치.
제2항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 펄스 수가 제1 펄스 수인 경우에 상기 광 강도를 제1 광 강도로 설정 가능하고, 상기 펄스 수가 상기 제1 펄스 수보다 많은 제2 펄스 빈도인 경우에 상기 광 강도를 상기 제1 광 강도보다 강한 제2 광 강도로 설정 가능한, 시간 계측 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어부는 상기 펄스 수에 기초하여 상기 복수의 광 펄스의 광 펄스 수를 제어 가능한, 시간 계측 장치.
제4항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 펄스 수가 제1 펄스 수인 경우에 상기 광 펄스 수를 제1 광 펄스 수로 설정 가능하고, 상기 펄스 수가 상기 제1 펄스 수보다 많은 제2 펄스 수인 경우에 상기 광 펄스 수를 상기 제1 광 펄스 수보다 많은 제2 광 펄스 수로 설정 가능한, 시간 계측 장치.
제1항에 있어서,
상기 수광 타이밍에 기초하여 상기 수광 타이밍에 대한 히스토그램을 생성 가능한 히스토그램 생성부를 더 구비한, 시간 계측 장치.
제6항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 히스토그램의 피크값이 상기 펄스 수에 따른 임계값에 도달했을 때에 상기 광원의 동작을 정지시킬 수 있는, 시간 계측 장치.
제7항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 펄스 수가 제1 펄스 수인 경우에 상기 임계값을 제1 임계값으로 설정 가능하고, 상기 펄스 수가 상기 제1 펄스 수보다 많은 제2 펄스 수인 경우에 상기 임계값을 상기 제1 임계값보다 큰 제2 임계값으로 설정 가능한, 시간 계측 장치.
제1항에 있어서,
상기 펄스 수 검출부는 상기 펄스 신호에 기초하여 상기 펄스 수를 검출 가능한, 시간 계측 장치.
제1항에 있어서,
상기 펄스 수 검출부는, 상기 수광 타이밍에 기초하여 상기 수광 타이밍에 대한 히스토그램을 생성함으로써 상기 펄스 수를 검출 가능한, 시간 계측 장치.
제1항에 있어서,
상기 타이밍 검출부는, 상기 광 펄스의 발광 타이밍을 기준으로 하여, 상기 수광 타이밍을 검출 가능한, 시간 계측 장치.
제1항에 있어서,
상기 광원을 더 구비한, 시간 계측 장치.
제1 수광소자를 가지며, 광원이 복수의 광 펄스를 사출(射出)하는 기간에 있어서, 상기 제1 수광소자에 있어서의 수광 결과에 기초하여 논리 펄스를 포함하는 제1 펄스 신호를 생성 가능한 제1 화소와,
제2 수광소자를 가지며, 상기 제2 수광소자에 있어서의 수광 결과에 기초하여 논리 펄스를 포함하는 제2 펄스 신호를 생성 가능한 제2 화소와,
상기 제1 펄스 신호에 기초하여 상기 제1 수광소자에 있어서의 수광 타이밍을 검출 가능한 타이밍 검출부와,
상기 제2 펄스 신호에 포함되는 상기 논리 펄스의 펄스 수를 검출 가능한 펄스 수 검출부와,
상기 펄스 수에 기초하여, 상기 광원의 동작을 제어 가능한 제어부를 구비한, 시간 계측 장치.
제13항에 있어서,
상기 제2 수광소자는 미리 정해진 색의 광을 수광 가능한, 시간 계측 장치.