测量距离及旋转角度的光电芯片及光电系统技术方案

本公开提供了一种测量距离及旋转角度的光电芯片，包括时钟电路、逻辑电路、光源、光源驱动电路、光电探测器阵列、光电探测器驱动电路、及计时器，通过计算光源发出光线的时间至光电探测器阵列接收到光线的时间之间的时间间隔，通过确定光源与光电探测器阵列中的探测到光线的光电探测器的间距来确定光线的偏移距离，并且所述时间间隔及偏移距离来计算距离及旋转角度。本公开还提供了一种测量距离及旋转角度的光电系统。

Photoelectric Chip and Photoelectric System for Measuring Distance and Rotation Angle

The present disclosure provides a photoelectric chip for measuring distance and rotation angle, including clock circuit, logic circuit, light source, light source driving circuit, photoelectric detector array, photoelectric detector driving circuit, and timer. By calculating the time interval between light emitted by light source and light received by photoelectric detector array, the light source and photoelectric detection can be determined. The distance between the photoelectric detectors detected in the array determines the offset distance of the light, and the time interval and the offset distance are used to calculate the distance and rotation angle. The present disclosure also provides an optoelectronic system for measuring distance and rotation angle.

【技术实现步骤摘要】
测量距离及旋转角度的光电芯片及光电系统
本公开涉及一种测量距离及旋转角度的光电芯片及光电系统。
技术介绍
微机电系统(MEMS,Micro-Electro-MechanicalSystem)，也称为微电子机械系统、微系统、微机械等，是指尺寸在几毫米乃至更小的高科技装置。其具有微型化、智能化、多功能、高集成度和适于大批量生产的特点。在国民经济和军事系统方面有着广泛的应用前景。MEMS器件中，有时需要测量其中移动机构的移动距离以及移动过程中的旋转角度。例如MEMS微镜系统中的反光镜，实时监测其位置以及偏转角度，将大大提升系统的工作性能。但是，由于MEMS器件尺寸小，传统的测量方法完全没办法适用。
技术实现思路
为了解决上述技术问题中的至少之一，本公开提供了测量距离及旋转角度的光电芯片及光电系统。根据本公开的一个方面，一种测量距离及旋转角度的光电芯片，包括：时钟电路，用于产生预定频率的时钟信号；逻辑电路，接收所述时钟电路的时钟信号，并且输出控制信号；光源，用于发出光线；光源驱动电路，接收所述逻辑电路的控制信号并且根据控制信号来控制所述光源发出光线；光电探测器阵列，接收所述光源发出的光线；光电探测器驱动电路，接收所述逻辑电路的控制信号并且根据控制信号来控制所述光电探测器阵列接收所述光线；以及计时器，用于计算所述光源发出光线的时间至所述光电探测器阵列接收到所述光线的时间之间的时间间隔，其中，通过确定所述光源与所述光电探测器阵列中的探测到光线的光电探测器的间距来确定所述光线的偏移距离，并且根据所述时间间隔及所述偏移距离来计算距离及旋转角度。根据本公开的至少一个实施方式，所述逻辑电路根据所述时钟信号的上升沿来生成控制信号，使得所述光源驱动电路驱动所述光源发出光线、所述光电探测器驱动电路驱动所述光电探测器阵列接收光线；当所述光电探测器阵列接收到所述光线后，所述计时器停止计时。根据本公开的至少一个实施方式，所述光电探测器阵列包括矩阵形状的多个光电探测器，并且通过确定多个光电探测器中接收到光线的光电探测器与所述光源的间距来确定所述偏移距离。根据本公开的另一方面，一种测量距离及旋转角度的光电系统，包括：所述的光电芯片；以及微机电系统，所述微机电系统包括微镜，所述微镜设置在所述光源的上方，通过所述微镜反射所述光源发出的光线，所述光电芯片用于测量所述微镜的距离及旋转角度。根据本公开的至少一个实施方式，所述微机电系统还包括驱动臂及基板，所述驱动臂的一端与所述微镜固接，用于支撑及转动所述微镜，并且所述驱动臂的另一端与所述基板固定连接，用于支撑所述微镜，所述基板设有供所述光源发出的光线及所述微镜反射的光线通过的第一开口部。根据本公开的至少一个实施方式，所述光电系统还包括上部基板，所述微机电系统固定设置在所述上部基板上，并且所述上部基板包括与所述第一开口部对应的第二开口部，以供所述光源发出的光线及所述微镜反射的光线通过。根据本公开的至少一个实施方式，所述光电系统还包括下部基板，所述光电芯片固定设置在所述下部基板上。根据本公开的至少一个实施方式，所述光电系统还包括连接柱，所述连接柱用于连接所述上部基板与下部基板。根据本公开的至少一个实施方式，所述光源为红外发光二极管，并且所述光电探测器为光电二极管。根据本公开的至少一个实施方式，所述光源布置在所述光电探测器阵列的中心位置处。附图说明附图示出了本公开的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本公开的原理，其中包括了这些附图以提供对本公开的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。需要注意的是，本公开的附图中的各个部分为了示例性的目的，并未按照比例进行绘制。图1示出了根据本公开的一个实施方式的微机电系统的结构示意图。图2示出了根据本公开的一个实施方式光电集成芯片与微机电系统组装成型的系统示意图。图3示出了根据本公开的一个实施方式的光电集成芯片的结构示意图。图4示出了根据本公开的一个实施方式的光电集成芯片的控制时序的示意图。图5示出了根据本公开的一个实施方式的测量旋转角度的示意图。图6示出了根据本公开的一个实施方式的光电集成芯片来测量微机电系统的结构示意图。具体实施方式下面结合附图和实施方式对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本公开的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本公开相关的部分。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本公开。参照图1，示出了一种微机电系统(MEMS,Micro-Electro-MechanicalSystem)的机构示意图。该MEMS包括微镜11、驱动臂12及基板13。微镜11可以为反光微镜，用于发射其所接收的光线。驱动臂12用于将微镜11支撑在基板13上，如图1所述，驱动臂12的数量可以为4个，并且驱动臂12的一端设置在微镜11的四个角端处，驱动臂12的另一端设置在基板13上。通过对驱动臂12施加合适的信号，驱动臂12可以驱动微镜11进行上下移动、绕X轴、Y轴转动等。但是通常，微镜11的尺寸很小，通常为1×1mm,因此其上下移动距离也在1mm以内，由于其尺寸很小，因此测量难度很大。图2示出了根据本公开的测量距离和旋转角度的光电集成芯片以及其与MEMS微镜组装成型的系统示意图。如图2所示，该系统包括：微镜21、驱动臂22、基板23、上基板24、下基板25、连接柱26及光电集成芯片27。其中，包括微镜21、驱动臂22、基板23的MEMS与图1所示的结构及相关描述相同。MEMS固定在上基板24上，并且光电集成芯片27通过标准的芯片封装工艺固定在下基板25上。上基板24与下基板25通过连接柱26键合在一起，以通过连接柱26将上基板24支撑在下基板25上。如图2所示，连接柱26的数量为四个，但是本领域的技术人员应当理解，连接柱26的数量可以为其他合适的数量。如图2所示，在基板23和上基板24的与微镜21相对的位置处设置有开口部28。并且光电集成芯片27设置在与该开口部28对应的下基板25的相应位置处。这样，通过光电集成芯片27发出的光，穿过开口部28后，到达微镜21，并且经微镜21的反射后，光电集成芯片27接收反射光。图3示出了根据本公开的光电集成芯片27的结构示意图。光电集成芯片27包括时钟电路271、逻辑电路272、计时电路273、LED驱动电路274、光电探测器驱动电路275、LED光源276及光电探测器阵列277。时钟电路271用于产生预定频率的方波信号(时钟信号CLK)，来作为整个系统的时钟信号。逻辑电路272接收时钟电路271的时钟信号，并且逻辑电路272的输出端分别连接计时电路273、LED驱动电路274及光电探测器驱动电路275，以便向各电路输出控制信号，例如根据时钟信号的上升沿来生成各个控制信号。LED驱动电路274接收到逻辑电路272的控制信号后，驱动LED。光电探测器驱动电路275接收到逻辑电路272的控制信号后驱动光电探测器阵列来进行检测。计时电路273接收到逻辑电路272的控制信号后开始工作来进行计时。上述具体时序控制内容将在下面详细描述。LED光源276可以是红外发光二本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种测量距离及旋转角度的光电芯片，其特征在于，包括：时钟电路，用于产生预定频率的时钟信号；逻辑电路，接收所述时钟电路的时钟信号，并且输出控制信号；光源，用于发出光线；光源驱动电路，接收所述逻辑电路的控制信号并且根据控制信号来控制所述光源发出光线；光电探测器阵列，接收所述光源发出的光线；光电探测器驱动电路，接收所述逻辑电路的控制信号并且根据控制信号来控制所述光电探测器阵列接收所述光线；以及计时器，用于计算所述光源发出光线的时间至所述光电探测器阵列接收到所述光线的时间之间的时间间隔，其中，通过确定所述光源与所述光电探测器阵列中的探测到光线的光电探测器的间距来确定所述光线的偏移距离，并且根据所述时间间隔及所述偏移距离来计算距离及旋转角度。

【技术特征摘要】
1.一种测量距离及旋转角度的光电芯片，其特征在于，包括：时钟电路，用于产生预定频率的时钟信号；逻辑电路，接收所述时钟电路的时钟信号，并且输出控制信号；光源，用于发出光线；光源驱动电路，接收所述逻辑电路的控制信号并且根据控制信号来控制所述光源发出光线；光电探测器阵列，接收所述光源发出的光线；光电探测器驱动电路，接收所述逻辑电路的控制信号并且根据控制信号来控制所述光电探测器阵列接收所述光线；以及计时器，用于计算所述光源发出光线的时间至所述光电探测器阵列接收到所述光线的时间之间的时间间隔，其中，通过确定所述光源与所述光电探测器阵列中的探测到光线的光电探测器的间距来确定所述光线的偏移距离，并且根据所述时间间隔及所述偏移距离来计算距离及旋转角度。2.如权利要求1所述的光电芯片，其特征在于，所述逻辑电路根据所述时钟信号的上升沿来生成控制信号，使得所述光源驱动电路驱动所述光源发出光线、所述光电探测器驱动电路驱动所述光电探测器阵列接收光线；当所述光电探测器阵列接收到所述光线后，所述计时器停止计时。3.如权利要求1或2所述的光电芯片，其特征在于，所述光电探测器阵列包括矩阵形状的多个光电探测器，并且通过确定多个光电探测器中接收到光线的光电探测器与所述光源的间距来确定所述偏移距离。4.一种测量距离及旋转角度的光电系统，其特征在于，包括：如权利要求1至3中任一项所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘岩，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：福建,35