光传感器、电子设备制造技术

本发明专利技术的光传感器(101)，在判断期间内，根据从第一数字计算部(13)输出的数字值是否超过参考值，来改变发光元件(18)的发光周期和在时间差提取电路(19)中使用的参考时钟的周期。因此，实现了一种光传感器，其能够兼顾维持近距离的测量精度，以及维持在与检测对象物之间存在壳体面板的情况下的远距离的测量精度。

Optical sensors and electronic devices

The light sensor (101) of the present invention changes the light-emitting period of the light-emitting element (18) and the period of the reference clock used in the time difference extraction circuit (19) according to whether the digital value output from the first digital computing unit (13) exceeds the reference value during the judgment period. Therefore, a kind of optical sensor is realized, which can maintain both the measurement accuracy of close distance and the measurement accuracy of long distance when there is a shell panel between the object and the object to be detected.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光传感器、电子设备
本专利技术涉及一种光传感器以及内置有所述光传感器的电子设备。
技术介绍
在现有的光通信和飞行时间测量(TOF)中，使用雪崩光电二极管作为快速检测微弱光的光接收元件，其利用了光电二极管的雪崩倍增(雪崩)效应(例如，专利文献1)。当施加小于击穿电压(击穿电压)的反向电压时，雪崩光电二极管在线性模式下工作，且其输出电流是波动的，以与接收光量成正相关。另一方面，当施加等于或高于击穿电压的反向电压时，雪崩光电二极管在盖革模式下工作。盖革模式下的雪崩光电二极管，即使有单个光子入射时，也会发生雪崩现象，因此可以获得大的输出电流。因此，盖革模式下的雪崩光电二极管被称为单光子雪崩二极管(SPAD：SinglePhotonAvalancheDiode)。通过将淬灭电阻串联到盖革模式下的雪崩光电二极管，可以获得二进制脉冲输出。如图27所示，这种电路由例如光电二极PD10、有源淬灭电阻R10(MOS晶体管的电阻元件)和缓冲器BUF10组成。光电二极管PD10是盖革模式下的雪崩光电二极管，当施加高于或等于击穿电压的偏压时，响应于单个光子的入射发生雪崩现象从而产生电流。当电流通过与光电二极管PD10串联连接的有源淬灭电阻R10时，有源淬灭电阻R10的端子间电压增加，同时光电二极管PD10的偏压下降，雪崩现象停止。当雪崩现象产生的电流消失时，有源淬灭电阻R10的端子间的电压降低，光电二极管PD10则恢复之前的状态，再次被施加超过击穿电压的偏压。通过缓冲器BUF10，取出光电二极管PD10和有源淬灭电阻R10之间的电压变化，作为二进制脉冲输出。另外，专利文献2公开了一种方法，其使用所述SPAD，将来自发光元件的反射光和直射光，分别输入到单独的DelayLockedLoop电路(延迟锁相环，DLL)中，并且通过将两个DLL输出脉冲之间的延迟量转换为数字，来进行距离测量。现有技术文献非专利文件专利文献1：日本专利公报“专利第5644294号公报(2014年11月14日公告)”专利文献2：美国专利公开“US2004/0231631(2014年8月21日公开)”。
技术实现思路
本专利技术要解决的问题然而，在专利文献2中公开的方法中，如图9所示，当在检测对象物和光传感器(光接收部1、光接收部2、发光元件)之间存在壳体面板时，由于在近距离侧(壳体面板侧)产生SPAD信号，因此壳体面板的存在与否决定测量距离误差的产生。尤其是，存在远距离侧发生大误差的问题(参见图10)。此外，专利文献2中公开了一种方法，其通过壳体面板信号的计数值和测量后的距离，来校正在远距离侧产生的误差。在所述校正中，需要将发光元件的发光宽度(发光周期)设置得比较长，并且制造出壳体面板的反射产生的信号和检测对象物的反射产生的信号的宽度重叠的部分(延迟量)。在这种情况下，如果发光宽度变长，则信号中可能发生偏差，从而导致误差。而且，由于近距离侧的延迟量小，为了获得校正所需的信号宽度重叠的部分，必须使发光宽度相对较长，而距离测量值的误差也变得相对较大。特别是，当作为远距离对策而延长发光宽度时，所述问题会更加突出。因此，现有的光传感器，不能兼顾维持近距离的测量精度，以及维持在与检测对象物之间存在壳体面板的情况下的远距离的测量精度。本专利技术是鉴于所述问题点远距离提出的，目的是实现一种光传感器，其能够兼顾维持近距离的测量精度，以及维持在与检测对象物之间存在壳体面板的情况下的远距离的测量精度。解决问题的方案为了解决上述问题，本专利技术的一个实施方式的光传感器特征在于：具有发光元件；光子计数型的第一光接收部，其输出脉冲，所述脉冲与来自物体的反射光的入射光子同步；光子计数型的第二光接收部，其设置在所述发光元件附近，并输出脉冲，所述脉冲与传感器封装件内部的反射光的入射光子同步；时间差提取电路，其使用参考时钟和来自所述第一和第二光接收部的输出脉冲，来提取与空间光路上的距离相对应的时间差；第一数字计算部，其对所述第一光接收部的输出脉冲的脉冲数进行计数并输出数字值；以及周期变更电路，当将能够获得距所述物体的测量距离的足够的测量精度的脉冲数作为参考值时，在距离测量期间内，所述周期变更电路根据由所述第一数字计算部输出的数字值是否超过所述参考值，来变更所述发光元件的发光周期和所述参考时钟的周期。专利技术效果根据本专利技术的一个实施方式，其具有以下效果，其能够兼顾维持近距离的测量精度，以及维持在与检测对象物之间存在壳体面板的情况下的远距离的测量精度。附图说明图1是根据本专利技术的实施方式1的光传感器的框图。图2是构成图1所示光传感器的光接收部的框图。图3是用于说明图1所示的光传感器的动作的图。图4是构成图1所示的光传感器的DLL的框图。图5是表示图1所示的光传感器中的DLL动作的波形图。图6是构成图1所示光传感器的参考脉冲发生电路的框图。图7是表示图1所示的光传感器的模式切换处理流程的流程图。图8是表示检测对象物和计数值的特性的图。图9是表示光传感器的每个光接收部的光接收路径的示意图。图10是表示壳体面板的反射对测量距离的影响的图。图11是表示用于通过壳体面板的反射来说明DLL锁定位置的示例的图。图12是表示用于通过壳体面板的反射来说明DLL锁定位置的另一示例的图。图13是表示用于通过壳体面板的反射来说明DLL锁定位置的又一示例的图。图14是表示用于通过壳体面板的反射来说明DLL锁定位置的又一示例的图。图15是根据本专利技术的实施方式2的光传感器的框图。图16是构成图15中所示的光传感器的参考脉冲发生电路的框图。图17是示出图15中所示的光传感器中的掩模模式下的动作的波形图。图18是表示图15所示的光传感器的判定期间的动作的波形图。图19是表示图15所示的光传感器的正常模式下的动作的波形图。图20是构成图15所示的光传感器的掩模电路的框图。图21是示出图15所示的光传感器的模式切换处理流程的流程图。图22是示出在图15中所示的光传感器中转换到正常模式的条件的波形图。图23是表示图15所示的光传感器的正常模式下的动作的波形图。图24是表示在图15所示的光传感器中转换到掩模模式的条件的波形图。图25是示出图15中所示的光传感器中的掩模模式下的动作的波形图。图26是构成根据本专利技术实施方式3的光传感器的DLL的框图。图27是构成根据本专利技术实施方式3的光传感器的参考脉冲发生电路的框图。图28是示出图26中所示的DLL的初始值设置的波形图。图29是示出图26中所示的DLL的初始值与对应于检测对象物的延迟之间的关系的波形图。图30是根据本专利技术的实施方式4的光传感器的框图。图31是根据本专利技术的实施方式5的光传感器的框图。图32是用于说明数字计算部电路的动作的图。图33是用于说明数字计算部电路的动作的图。图34是SPAD的二进制输出电路图。具体实施方式〔实施方式1〕下面将详细描述本专利技术的实施方式。(光学传感器的概述)图1是示出根据本实施方式的光传感器101的概略构成的框图。光传感器101，如图1所示，包括光子计数型的第一光接收部11，其输出脉冲，所述脉冲与来自检测对象物S(物体)的反射光的入射光子同步；光子计数型的第二光接收部12，其设置在发光元件18的附近，并输出脉冲，所述脉冲与传感器封装件内部的反射光(包括来自发光元件18的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光传感器，其特征在于，其具有：发光元件；光子计数型的第一光接收部，其输出脉冲，所述脉冲与来自物体的反射光的入射光子同步；光子计数型的第二光接收部，其设置在所述发光元件附近，并输出脉冲，所述脉冲与传感器封装件内部的反射光的入射光子同步；时间差提取电路，其使用参考时钟和来自所述第一和第二光接收部的输出脉冲，来提取与空间光路上的距离相对应的时间差；第一数字计算部，其对所述第一光接收部的输出脉冲的脉冲数进行计数并输出数字值；以及周期变更电路，当将能够获得距所述物体的测量距离的足够的测量精度的脉冲数作为参考值时，在距离测量期间内，所述周期变更电路根据由所述第一数字计算部输出的数字值是否超过所述参考值，来变更所述发光元件的发光周期和所述参考时钟的周期。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.06.02 JP 2016-1112911.一种光传感器，其特征在于，其具有：发光元件；光子计数型的第一光接收部，其输出脉冲，所述脉冲与来自物体的反射光的入射光子同步；光子计数型的第二光接收部，其设置在所述发光元件附近，并输出脉冲，所述脉冲与传感器封装件内部的反射光的入射光子同步；时间差提取电路，其使用参考时钟和来自所述第一和第二光接收部的输出脉冲，来提取与空间光路上的距离相对应的时间差；第一数字计算部，其对所述第一光接收部的输出脉冲的脉冲数进行计数并输出数字值；以及周期变更电路，当将能够获得距所述物体的测量距离的足够的测量精度的脉冲数作为参考值时，在距离测量期间内，所述周期变更电路根据由所述第一数字计算部输出的数字值是否超过所述参考值，来变更所述发光元件的发光周期和所述参考时钟的周期。2.根据权利要求1所述的光传感器，其特征在于，在距离测量期间内，在判断出从所述第一数字计算部输出的数字值超过所述参考值的情况下，所述周期变更电路将所述发光元件的发光周期和所述参考时钟的周期变更为预设倍率的周期。3.根据权利要求1所述的光传感器，其特征在于，所述时间差提取电路具有：第一DLL，其输入来自所述第一光接收部的输出脉冲；以及第二DLL，其输入来自第二光接收部的输出脉冲，在距离测量期间内，在从所述第一数字计算部输出的数字值没有超过所述参考值的情况下，所述周期变更电路切换成将在发光周期的半周期内重复的第二掩模周期以外的期间的，来自第一光接收部的脉冲输入到所述第一DLL的状态，在超过所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：生田吉纪，佐藤秀树，平松卓磨，清水隆行，
申请(专利权)人：夏普株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP