[發(fā)明專利]光檢測(cè)器以及便攜式電子設(shè)備

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201880032451.X
• 申請(qǐng)日: 2018-03-29
• 公開（公告）號(hào): CN110651199B
• 公開（公告）日: 2023-01-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 清水隆行;平松卓磨;生田吉紀(jì);佐藤秀樹
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 夏普株式會(huì)社
• 主分類號(hào): G01S17/14
• 分類號(hào): G01S17/14;G01C3/06;H01L31/12
• 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: 郝家歡

本發(fā)明抑制干擾光的影響而高精度地測(cè)定至檢測(cè)對(duì)象物為止的距離。測(cè)距傳感器(100)具備：VCSEL(1)；SPAD陣列(3)，其具有多個(gè)對(duì)VCSEL(1)發(fā)出的脈沖光的光子進(jìn)行檢測(cè)的SPAD(3a)；SPAD陣列(4)，其具有多個(gè)對(duì)脈沖光被檢測(cè)對(duì)象物(200)反射的反射光的光子進(jìn)行檢測(cè)的SPAD(4a)；DLL(7)，其對(duì)從SPAD陣列(3)的SPAD(3a)輸出的脈沖信號(hào)與從SPAD陣列(4)的SPAD(4a)輸出的脈沖信號(hào)之間的時(shí)間差進(jìn)行計(jì)測(cè)；干擾光入射SPAD判定部(10)，其基于VCSEL(1)未發(fā)光時(shí)的從SPAD陣列(4)的各SPAD(4a)輸出的脈沖信號(hào)，對(duì)入射有干擾光的SPAD(4a)進(jìn)行判定；以及SPAD前端電路(6)，其使被判定為入射有干擾光的SPAD(4a)的動(dòng)作停止。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光學(xué)地測(cè)定至檢測(cè)對(duì)象物為止的距離的光檢測(cè)器。

背景技術(shù)

近年來，智能手機(jī)等便攜式信息終端正在廣泛普及。通過相機(jī)、接近傳感器、方位傳感器、加速度傳感器、角速度傳感器、照度傳感器等的小型化，可在上述那樣的便攜式信息終端搭載有各種傳感器。智能手機(jī)內(nèi)置的相機(jī)的自動(dòng)對(duì)焦以往通常使用利用圖像的對(duì)比度進(jìn)行相機(jī)的自動(dòng)對(duì)焦(AF)的方法。但是，對(duì)比度AF在暗處等拍攝對(duì)象物的對(duì)比度低的情況下，AF速度極端降低，存在透鏡的調(diào)焦變慢這樣的弱點(diǎn)。因此，期望在暗處也能夠?qū)崿F(xiàn)高速的AF的小型并且能夠高速動(dòng)作的測(cè)距傳感器。接受這樣的要求，近年來，TOF(Time ofFlight)方式的AF用測(cè)距傳感器開始搭載于移動(dòng)電話。

另外，在無人機(jī)等機(jī)器人用途中，也謀求小型輕型的測(cè)距傳感器。相對(duì)于此，與使用了三角測(cè)量方式的PSD受光元件的測(cè)距傳感器比較有利于小型化的TOF方式的測(cè)距傳感器較為有用。

以蓋革模式動(dòng)作的雪崩效應(yīng)光電二極管亦即SPAD(Single-Photon-Avalanche-Diode：?jiǎn)喂庾友┍涝霰豆怆姸O管)能夠檢測(cè)單一的光子(Photon)。如圖26中A點(diǎn)所示，該單一光子檢測(cè)通過以比擊穿電壓更高電壓對(duì)SPAD進(jìn)行偏置來實(shí)現(xiàn)。若光子到達(dá)并產(chǎn)生雪崩放大則SPAD成為準(zhǔn)穩(wěn)定狀態(tài)(圖26的B點(diǎn))。該雪崩放大因連接于SPAD的淬滅電阻而消失(圖26的C點(diǎn))，偏置電壓比擊穿電壓降低。其后，偏置電壓復(fù)原，成為以蓋革模式的待機(jī)狀態(tài)，保持圖26所示的A點(diǎn)的狀態(tài)，至下一次光子入射為止。這樣，SPAD以蓋革模式進(jìn)行動(dòng)作，因此相對(duì)于光的靈敏度非常高，光子檢測(cè)效率根據(jù)波長(zhǎng)而不同，達(dá)到數(shù)％～數(shù)十％。

能夠以多個(gè)陣列狀配置SPAD而進(jìn)一步提高光子檢測(cè)效率。這樣，在將高靈敏度的SPAD用于TOF方式測(cè)距傳感器的情況下，存在容易受到太陽(yáng)光、人工照明光等干擾光的影響這一問題。

圖27是表示以往的TOF方式的測(cè)距傳感器的構(gòu)造的剖視圖。在測(cè)距傳感器中，參考側(cè)的SPAD陣列301和返回側(cè)的SPAD陣列302通過遮光壁303而分離。在參考側(cè)的SPAD陣列301僅入射VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting LASER：垂直腔面發(fā)射激光器)304發(fā)出的光。另一方面，返回側(cè)的SPAD陣列302成為僅供來自檢測(cè)對(duì)象物的反射光經(jīng)由光學(xué)濾波器305而入射那樣的構(gòu)造。

光學(xué)濾波器306作為使VCSEL304的發(fā)光波長(zhǎng)附近的波長(zhǎng)通過的帶通濾波器發(fā)揮功能。因此，光學(xué)濾波器306構(gòu)成為難以由于干擾光而產(chǎn)生SPAD的誤反應(yīng)。

圖28是太陽(yáng)光(AM1.5)的光譜圖。如圖28所示，940nm附近存在基于水蒸氣的吸收帶，為了使野外的太陽(yáng)光的影響成為最小限度而多使用940nm附近的波長(zhǎng)的光。

考慮使用具有圖29所示那樣的光學(xué)帶通濾波器的透過分光光譜的光學(xué)濾波器和具有圖30所示那樣的發(fā)光光譜的發(fā)光元件。由此，能夠成為除波長(zhǎng)為940nm附近以外的干擾光成分不向參考側(cè)的SPAD陣列301和返回側(cè)的SPAD陣列302入射那樣的構(gòu)造。作為其結(jié)果，S/N比提高。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)