光传感器及电子设备制造技术

本发明专利技术的光传感器即使在光传感器的前方存在侦测对象物的情况下，也更新串扰值。光传感器(1)包括：时间差提取电路(7)，基于来自第一受光部(5)的第一受光脉冲信号、基准周期及来自第二受光部(6)的第二受光脉冲信号，提取基于与对象物(19)之间的距离的时间差；以及判定电路(8)，基于由时间差提取电路所提取的时间差与基准周期，判定可否算出串扰值。

【技术实现步骤摘要】
光传感器及电子设备
本专利技术涉及一种基于飞行时间测量(TOF)来测量与对象物之间的距离的光传感器及电子设备。
技术介绍
以往，已知有使用雪崩光电二极管作为高速地检测微弱光的受光元件的飞行时间测量(TOF、Time-Of-Flight)技术，该雪崩光电二极管利用了光电二极管的雪崩倍增(avalanche)效应(专利文献1及专利文献2)。雪崩光电二极管在被施加了不足击穿电压(breakdownvoltage)的反向偏压后，以线性模式进行动作，输出电流以相对于受光量具有正相关的方式发生变动。另一方面，雪崩光电二极管在被施加了击穿电压以上的反向偏压后，以盖革模式进行动作。对于盖革模式的雪崩光电二极管来说，即使单一光子射入，也会引起雪崩现象，所以可获得大输出电流。因此，盖革模式的雪崩光电二极管也被称为单光子雪崩二极管(SPAD：SinglePhotonAvalancheDiode)。通过对盖革模式的雪崩光电二极管串联地添加淬灭电阻，能够获得与光子入射同步的脉冲输出。图14是表示使用了盖革模式的雪崩光电二极管的受光部的结构例的电路图。受光部由光电二极管PD11、有源淬灭电阻R11(MOS晶体管的电阻成分)、缓冲器BUF11构成。光电二极管PD11是盖革模式的雪崩光电二极管，在施加了击穿电压以上的偏压的情况下，会因单一光子的入射而引起雪崩现象，电流流动。电流流动至串联连接于光电二极管PD11的有源淬灭电阻R11，由此，有源淬灭电阻R11的端子间电压增加，光电二极管PD11的偏压随之下降，雪崩现象停止。由雪崩现象引起的电流消失后，有源淬灭电阻R11的端子间电压下降，恢复至再次对光电二极管PD11施加击穿电压以上的偏压的状态。通过缓冲器BUF11，取出光电二极管PD11与有源淬灭电阻R11之间的电压变化作为与光子入射同步的脉冲输出。TOF传感器基于光射出至对象物的时刻、与接收该射出的光被对象物反射的反射光的时刻之间的时间差来算出距离，由此，测量TOF传感器与对象物之间的距离。专利文献1中公开了如下距离测量方法，该距离测量方法是将从发光元件射出且被对象物反射的反射光与来自发光元件的直射光分别输入至不同的两个延迟锁相环(DelayLockedLoop)电路(DLL电路)，将两个DLL输出脉冲之间的相位延迟量转换为数字值。专利文献2中公开了如下方法，该方法是通过求出来自SPAD的输出脉冲频率的直方图的极大值来测量距离。现有技术文献专利文献[专利文献1]美国专利公开第2014/0231631号(2014年8月21日公开)[专利文献2]日本专利第6020547号说明书(2016年10月14日注册)
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在多数情况下，TOF传感器在搭载于电子设备时，在光传感器的光收发面的前表面附近包括盖板，该盖板使从发光元件发出的光的一部分透过，并对其他部分进行反射。在所述专利文献1所公开的距离测量方法下，来自发光元件的光脉冲不仅会成为来自侦测对象物的反射光，而且也会成为来自盖板的反射光，因此，基于来自侦测对象物的反射光的信号与基于来自盖板的反射光的信号以混杂状态输入至输入基于反射光的信号的DLL电路。因此，TOF传感器内的DLL电路会误以为在侦测对象物的位置与盖板的位置(从TOF传感器算起的距离几乎为零)之间的距离中存在侦测对象物，导致算出错误的距离。另外，在专利文献2所公开的使用了直方图的距离测量方法下，能够分离基于来自盖板的反射光的信号成分与基于来自侦测对象物的反射光的信号成分，从而可正确地测量出直到侦测对象物为止的距离，但与DLL电路方式相比，在分辨率方面不利。为了实现高分辨率，需要接近于分辨率的范围内的发光脉冲，直方图的直条数也增多，因此，存在会因工艺或电路规模而变得昂贵的缺点。在使用了DLL电路方式的距离测量过程中，若能够知道来自盖板的反射光成分量(串扰值)，则能够进行将错误距离修正为正确距离的计算。但是，串扰值会因盖板的指纹污渍等而发生变化，因此，需要定期地更新串扰值。在TOF传感器的前方，完全无来自盖板的反射光成分以外的由侦测对象物产生的反射光成分的状态下，对固定期间的反射光成分的SPAD输出脉冲数进行计数，由此，求出串扰值。但是，在多数情况下，当使用TOF传感器时，在TOF传感器的前方存在侦测对象物。在TOF传感器的前方存在侦测对象物的状态下，无法更新串扰值，TOF传感器无法迅速追随由盖板的指纹污渍等引起的串扰值的变动。本专利技术的一方式的目的在于提供如下光传感器及电子设备，该光传感器即使在光传感器的前方存在侦测对象物的情况下，也能够更新串扰值，且即使在存在盖板的情况下，也能够实施正确的距离测量。解决问题的手段为了解决所述问题，本专利技术的一方式的光传感器的特征在于包括：基准脉冲产生电路，产生基准脉冲信号；发光元件，基于所述基准脉冲信号，向对象物射出光；盖板，使所述光的一部分透过，并对其他部分进行反射；光子计数型的第一受光元件，被设置成可接收由所述对象物反射的对象物反射光与由所述盖板反射的盖板反射光；光子计数型的第二受光元件，配置得比所述第一受光元件更靠近所述发光元件，接收所述盖板反射光、传感器封装内部的反射光及来自所述发光元件的直射光；时间差提取电路，基于来自所述第一受光元件的第一受光脉冲信号、基于所述基准脉冲信号的基准周期及来自所述第二受光元件的第二受光脉冲信号，提取基于与所述对象物之间的空间光路上的距离的时间差；以及判定电路，基于所述时间差提取电路所提取的时间差与所述基准周期，判定可否算出表示所述盖板反射光的成分量的串扰值。专利技术效果根据本专利技术的一方式，即使在光传感器的前方存在侦测对象物的情况下，也能够更新串扰值，且即使在存在盖板的情况下，也能够实施正确的距离测量。附图说明图1是模式性地表示实施方式1的光传感器的结构的方框图。图2是模式性地表示所述光传感器中所设置的第一受光部的结构的电路图。图3是模式性地表示所述光传感器中所设置的第一DLL电路的结构的电路图。图4(a)、图4(b)是表示所述第一DLL电路的动作的波形图。图5是对所述光传感器在测量期间中的动作状态进行说明的图，图5(a)是表示来自第一受光部的第一受光脉冲信号的波形图，图5(b)是表示发光期间及非发光期间中的来自第一受光部的第一受光脉冲信号的波形图，图5(c)是用以对实际测量期间中的基于基准脉冲信号的光传感器的动作进行说明的图。图6是用以对图1所示的光传感器所包括的第一计数器及第二计数器、第一计数算出电路及第二计数算出电路在发光期间中的动作进行说明的曲线图。图7是用以对图1所示的光传感器所包括的第一计数器及第二计数器、第一计数算出电路及第二计数算出电路在非发光期间中的动作进行说明的曲线图。图8(a)、图8(b)是用以说明时间区域中的由第一受光部接收来自盖板的反射脉冲光的时间区域的比例与图6的例子不同的情况的曲线图，图8(c)是用以说明基准周期与基准脉冲周期不同的情况的曲线图。图9是针对三种情况(A-C)，表示发光期间中的来自盖板的反射光成分与来自侦测对象物的反射光成分的曲线图。图10表示第一DLL电路的锁相状态的波形图，图10(a)是来自侦测对象物的反射光成分的受光波形与来自盖板的反射光成分的受光波形的时间差小于基准周期的半个周本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光传感器，其特征在于包括：基准脉冲产生电路，产生基准脉冲信号；发光元件，基于所述基准脉冲信号，向对象物射出光；盖板，使所述光的一部分透过，并对其他部分进行反射；光子计数型的第一受光元件，被设置成可接收由所述对象物反射的对象物反射光与由所述盖板反射的盖板反射光；光子计数型的第二受光元件，配置得比所述第一受光元件更靠近所述发光元件，接收所述盖板反射光、传感器封装内部的反射光及来自所述发光元件的直射光；时间差提取电路，基于来自所述第一受光元件的第一受光脉冲信号、基于所述基准脉冲信号的基准周期及来自所述第二受光元件的第二受光脉冲信号，提取基于与所述对象物之间的空间光路上的距离的时间差；以及判定电路，基于由所述时间差提取电路所提取的时间差与所述基准周期，判定可否算出表示所述盖板反射光的成分量的串扰值。

【技术特征摘要】
2017.11.14 JP 2017-2192631.一种光传感器，其特征在于包括：基准脉冲产生电路，产生基准脉冲信号；发光元件，基于所述基准脉冲信号，向对象物射出光；盖板，使所述光的一部分透过，并对其他部分进行反射；光子计数型的第一受光元件，被设置成可接收由所述对象物反射的对象物反射光与由所述盖板反射的盖板反射光；光子计数型的第二受光元件，配置得比所述第一受光元件更靠近所述发光元件，接收所述盖板反射光、传感器封装内部的反射光及来自所述发光元件的直射光；时间差提取电路，基于来自所述第一受光元件的第一受光脉冲信号、基于所述基准脉冲信号的基准周期及来自所述第二受光元件的第二受光脉冲信号，提取基于与所述对象物之间的空间光路上的距离的时间差；以及判定电路，基于由所述时间差提取电路所提取的时间差与所述基准周期，判定可否算出表示所述盖板反射光的成分量的串扰值。2.根据权利要求1所述的光传感器，其特征在于还包括：第一计数器，在包含由所述第一受光元件接收来自所述盖板的盖板反射光的脉冲宽度时间区域的一部分或全部的基准脉冲宽度内的时间区域的时间范围内，算出来自所述第一受光元件的第一受光脉冲信号的数量；第一算出电路，基于发光期间中的因包含所述盖板反射光及环境光的光的入射而产生的来自所述第一受光元件的第一输出脉冲数、非发光期间中的因环境光的入射而产生的来自所述第一受光元件的第二输出脉冲数、以及所述发光元件的发光期间与非发光期间之间的比率，算出因所述盖板反射光的入射而产生的来自所述第一受光元件的第三输出脉冲数；以及串扰值算出电路，基于所述第三输出脉冲数而算出所述串扰值，当在所述时间区域(Ta)的时间范围t1内，由所述第一受光元件接收所述盖板反射光的时间区域的比例为x％时，所述串扰值算出电路根据第三输出脉冲数...

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