[發明專利]光傳感器及電子設備

有效

• 申請號: 201780054790.3
• 申請日: 2017-06-09
• 公開（公告）號: CN109690342B
• 公開（公告）日: 2023-03-24
• 發明（設計）人: 佐藤秀樹;生田吉紀;清水隆行;平松卓磨
• 申請（專利權）人: 夏普株式會社
• 主分類號: G01S7/4861
• 分類號: G01S7/4861;G01C3/06;G01J1/42;G01S17/14
• 代理公司: 深圳市賽恩倍吉知識產權代理有限公司 44334
• 代理人: 汪飛亞;習冬梅

本發明實現能夠在保持其精度的狀態下縮短測量時間的光傳感器。初始設定電路(19)具有對將基準時鐘的各周期分別n等分得到的第一區間至第n區間中的、來自第一光接收部(11)的脈沖輸出的數量進行計數的計數器，在上述第一區間至上述第n區間內確定計數值為最大的區間，在上述已確定的區間內使第一DLL電路(17)進行收斂動作。

技術領域

本發明涉及光傳感器及內置有光傳感器的電子設備。

背景技術

以往，在光通信、飛行時間計測(TOF)中，作為高速檢測微弱光的光接收元件，使用利用了光電二極管的雪崩放大(雪崩，avalanche)效應的雪崩光電二極管。雪崩光電二極管在施加低于擊穿電壓(breakdown電壓)的反向偏壓時以線性模式動作，輸出電流以相對于光接收量具有正相關的方式變化。另一方面，雪崩光電二極管在施加擊穿電壓以上的反向偏壓時以蓋革模式動作。蓋革模式的雪崩光電二極管由于即使射入單一光子也會引起雪崩現象，因此能夠獲得很大的輸出電流。因此，蓋革模式的雪崩光電二極管被稱為單光子雪崩二極管(SPAD：Single Photon Avalanche Diode)。

通過在蓋革模式的雪崩光電二極管中串聯加入滅弧電阻，能夠獲得與光子入射同步的脈沖輸出。這種電路如圖14所示，由光電二極管PD14、主動滅弧電阻R14(MOS晶體管的電阻成分)和緩沖器BUF14構成。在此處，光電二極管PD14為蓋革模式的雪崩光電二極管，在施加擊穿電壓以上的偏置電壓時，針對單一光子的入射而引起雪崩現象，產生電流。并且，通過向與光電二極管PD14串聯連接的主動滅弧電阻R14通入電流，主動滅弧電阻R14的端子間電壓增加，與之相伴，光電二極管PD14的偏置電壓下降，雪崩現象停止。若由雪崩現象引起的電流消失，則主動滅弧電阻R14的端子間電壓降低，恢復至再次對光電二極管PD14施加擊穿電壓以上的偏置電壓的狀態。在緩沖器BUF14的作用下，光電二極管PD14與主動滅弧電阻R14間的電壓變化作為與光子入射同步的脈沖輸出被取出。

在專利文獻1中公開了一種距離測量方法，其使用上述的單光子雪崩二極管(SPAD)，將來自發光元件的反射光和直射光分別輸入至獨立的兩個延遲鎖相環(DLL，DelayLocked Loop電路)，將這兩個DLL電路的輸出脈沖間的相位延遲量轉換為數字值。

在專利文獻2中公開了一種在飛行時間計測(TOF)方式的傳感器中，高速且高精度地實現距離測量的距離測量方法。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：美國專利公開2014/0231631(2014年8月21日公開)

專利文獻2：日本公開專利公報“日本特開2001-108747號”公報(2001年4月20日公開)

發明內容

本發明所要解決的技術問題

但是，在上述專利文獻1公開的距離測量方法中，由于使DLL電路的相位收斂于具有與感測對象物在空間光路上的距離相當的延遲量而產生的脈沖輸出位置，因此為了獲得高精度的測量結果，需要從單光子雪崩二極管獲得一定數量的脈沖輸出，但在感測對象物遠或反射率低的情況下，單光子雪崩二極管的脈沖發生率降低，因此存在獲得大量脈沖需要長測量時間的問題。另外，在測量時間短、所獲得的脈沖數少的情況下，存在無法到達收斂位置或每次測量距離值波動的情況，存在精度降低的問題。

在上述專利文獻2公開的距離測量方法中，事先存儲信號發送時刻(距離0的位置)的光接收量、發送光量、放大率等多個動作條件，測量時僅獲取光接收時刻(空間光路上的到感測對象物的距離)的數據，從存儲器中選擇相似狀況的發送時刻的動作條件，根據光接收時刻和從存儲器選出的發送時刻這兩個數據計算距離。