[發(fā)明專(zhuān)利]光傳感器、電子設(shè)備

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201780034497.0
• 申請(qǐng)日: 2017-04-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109219758B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-06-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 生田吉紀(jì);佐藤秀樹(shù);平松卓磨;清水隆行
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 夏普株式會(huì)社
• 主分類(lèi)號(hào): G01S7/497
• 分類(lèi)號(hào): G01S7/497;G01S17/14
• 代理公司: 深圳市賽恩倍吉知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44334
• 代理人: 汪飛亞;習(xí)冬梅

本發(fā)明的光傳感器(101)，在判斷期間內(nèi)，根據(jù)從第一數(shù)字計(jì)算部(13)輸出的數(shù)字值是否超過(guò)參考值，來(lái)改變發(fā)光元件(18)的發(fā)光周期和在時(shí)間差提取電路(19)中使用的參考時(shí)鐘的周期。因此，實(shí)現(xiàn)了一種光傳感器，其能夠兼顧維持近距離的測(cè)量精度，以及維持在與檢測(cè)對(duì)象物之間存在殼體面板的情況下的遠(yuǎn)距離的測(cè)量精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種光傳感器以及內(nèi)置有所述光傳感器的電子設(shè)備。

背景技術(shù)

在現(xiàn)有的光通信和飛行時(shí)間測(cè)量(TOF)中，使用雪崩光電二極管作為快速檢測(cè)微弱光的光接收元件，其利用了光電二極管的雪崩倍增(雪崩)效應(yīng)(例如，專(zhuān)利文獻(xiàn)1)。當(dāng)施加小于擊穿電壓(擊穿電壓)的反向電壓時(shí)，雪崩光電二極管在線性模式下工作，且其輸出電流是波動(dòng)的，以與接收光量成正相關(guān)。另一方面，當(dāng)施加等于或高于擊穿電壓的反向電壓時(shí)，雪崩光電二極管在蓋革模式下工作。蓋革模式下的雪崩光電二極管，即使有單個(gè)光子入射時(shí)，也會(huì)發(fā)生雪崩現(xiàn)象，因此可以獲得大的輸出電流。因此，蓋革模式下的雪崩光電二極管被稱(chēng)為單光子雪崩二極管(SPAD：S?i?ng?l?ePhoton?Ava?l?anche?D?i?ode)。

通過(guò)將淬滅電阻串聯(lián)到蓋革模式下的雪崩光電二極管，可以獲得二進(jìn)制脈沖輸出。如圖34所示，這種電路由例如光電二極PD?10、有源淬滅電阻R10(MOS晶體管的電阻元件)和緩沖器BUF?10組成。

光電二極管PD10是蓋革模式下的雪崩光電二極管，當(dāng)施加高于或等于擊穿電壓的偏壓時(shí)，響應(yīng)于單個(gè)光子的入射發(fā)生雪崩現(xiàn)象從而產(chǎn)生電流。當(dāng)電流通過(guò)與光電二極管PD10串聯(lián)連接的有源淬滅電阻R10時(shí)，有源淬滅電阻R10的端子間電壓增加，同時(shí)光電二極管PD10的偏壓下降，雪崩現(xiàn)象停止。當(dāng)雪崩現(xiàn)象產(chǎn)生的電流消失時(shí)，有源淬滅電阻R10的端子間的電壓降低，光電二極管PD10則恢復(fù)之前的狀態(tài)，再次被施加超過(guò)擊穿電壓的偏壓。通過(guò)緩沖器BUF10，取出光電二極管PD?10和有源淬滅電阻R10之間的電壓變化，作為二進(jìn)制脈沖輸出。

另外，專(zhuān)利文獻(xiàn)2公開(kāi)了一種方法，其使用所述SPAD，將來(lái)自發(fā)光元件的反射光和直射光，分別輸入到單獨(dú)的De?l?ay?Locked?Loop電路(延遲鎖相環(huán)，DLL)中，并且通過(guò)將兩個(gè)DLL輸出脈沖之間的延遲量轉(zhuǎn)換為數(shù)字，來(lái)進(jìn)行距離測(cè)量。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

非專(zhuān)利文件

專(zhuān)利文獻(xiàn)1：日本專(zhuān)利公報(bào)“專(zhuān)利第5644294號(hào)公報(bào)(2014年11月14日公告)”

專(zhuān)利文獻(xiàn)2：美國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)“US2014/0231631(2014年8月21日公開(kāi))”。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的問(wèn)題

然而，在專(zhuān)利文獻(xiàn)2中公開(kāi)的方法中，如圖9所示，當(dāng)在檢測(cè)對(duì)象物和光傳感器(第一光接收部、第二光接收部、發(fā)光元件)之間存在殼體面板時(shí)，由于在近距離側(cè)(殼體面板側(cè))產(chǎn)生SPAD信號(hào)，因此殼體面板的存在與否決定測(cè)量距離誤差的產(chǎn)生。尤其是，存在遠(yuǎn)距離側(cè)發(fā)生大誤差的問(wèn)題(參見(jiàn)圖10)。

此外，專(zhuān)利文獻(xiàn)2中公開(kāi)了一種方法，其通過(guò)殼體面板信號(hào)的計(jì)數(shù)值和測(cè)量后的距離，來(lái)校正在遠(yuǎn)距離側(cè)產(chǎn)生的誤差。在所述校正中，需要將發(fā)光元件的發(fā)光時(shí)間寬度(發(fā)光周期)設(shè)置得比較長(zhǎng)，并且制造出殼體面板的反射產(chǎn)生的信號(hào)和檢測(cè)對(duì)象物的反射產(chǎn)生的信號(hào)的寬度重疊的部分(延遲量)。在這種情況下，如果發(fā)光時(shí)間寬度變長(zhǎng)，則信號(hào)中可能發(fā)生偏差，從而導(dǎo)致誤差。而且，由于近距離側(cè)的延遲量小，為了獲得校正所需的信號(hào)寬度重疊的部分，必須使發(fā)光時(shí)間寬度相對(duì)較長(zhǎng)，而距離測(cè)量值的誤差也變得相對(duì)較大。特別是，當(dāng)作為遠(yuǎn)距離對(duì)策而延長(zhǎng)發(fā)光時(shí)間寬度時(shí)，所述問(wèn)題會(huì)更加突出。

因此，現(xiàn)有的光傳感器，不能兼顧維持近距離的測(cè)量精度，以及維持在與檢測(cè)對(duì)象物之間存在殼體面板的情況下的遠(yuǎn)距離的測(cè)量精度。