光传感器及电子设备制造技术

用于对串扰值适当地进行更新的光传感器(1)具备：光子计数型的第一光接收部(5)，其用于接收对象物反射光(L1)和罩面板反射光(L2)；以及判断电路(6)，其根据基于对象物反射光(L1)及罩面板反射光(L2)中的至少一方的第一光接收脉冲信号(SPAD_SG1)、和基准脉冲信号(TX)，判断由对象物反射光(L1)的第一光接收部(5)进行的光接收的有无。

Optical sensor and electronic equipment

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】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)对与对象物之间的距离进行测定的光传感器及电子设备。
技术介绍
当前，作为对微弱光高速地进行检测的光接收元件，已知一种使用雪崩光电二极管的飞行时间测量(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放大(雪崩)效果(专利文献1及专利文献2)。作为雪崩光电二极管，如果施加低于降伏电压(击穿电压)的逆失调电压，则作为直线模式进行动作，以相对于接收光量具有正相关的方式输出电流产生变动。另一方面，作为雪崩光电二极管，如果施加降伏电压以上的逆失调电压，则作为盖革模式进行动作。盖革模式的雪崩光电二极管，由于即使单一光子的入射也会引起雪崩现象，因此获得大的输出电流。因此，盖革模式的雪崩光电二极管被称为单光子雪崩二极管(SPAD：SinglePhotonAvalancheDiode)。通过相对于盖革模式的雪崩光电二极管，串联地增加猝灭电阻，从而可以获得相对于光子入射而同步的脉冲输出。图16是表示使用了盖革模式的雪崩光电二极管的光接收部的结构例的电路图。光接收部由光电二极管PD15、主动猝灭电阻R15(MOS晶体管的电阻成分)、缓存器BUF15构成。光电二极管PD15是盖革模式的雪崩光电二极管，在降伏电压以上的失调电压施加时，相对于单一光子的入射而引起雪崩现象，流过电流。通过在与光电二极管PD15串联连接的主动猝灭电阻R15中流过电流，从而主动猝灭电阻R15的端子间电压增加，与其相伴而光电二极管PD15的失调电压下降，雪崩现象停止。如果由雪崩现象引起的电流消失，则主动猝灭电阻R15的端子间电压降低，在光电二极管PD15中再次返回至施加降伏电压以上的失调电压的状态。利用缓存器BUF15，光电二极管PD15与主动猝灭电阻R15间的电压变化，作为相对于光子入射而同步的脉冲输出被取出。TOF传感器通过基于向对象物射出光的时刻、和接收到该射出的光由对象物反射的反射光的时刻之间的时间差来计算距离，从而对TOF传感器与对象物之间的距离进行测定。在专利文献1中公开了一种距离测定方法，其将从发光元件射出而由对象物反射的反射光、和来自于发光元件的直射光，分别输入至不同的两个DelayLockedLoop电路(DLL电路)，将2个DLL输出脉冲间的相位延迟量变换为数字值。在专利文献2中，公开了通过求出来自于SPAD的输出脉冲频率的直方图的极大值从而进行距离测定的方法。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:专利第6020547号说明书(2016年10月14日登记)
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题TOF传感器在搭载于电子设备中时，大多情况下在光传感器受发光面的前面附近具备罩面板，其使从发光元件发光的光的一部分透过，对其它一部分进行反射。在上述专利文献1中公开的距离测定方法中，由于来自于发光元件的光脉冲，不仅是来自于检测对象物的反射光，还成为来自于罩面板的反射光，因此在输入基于反射光的信号的DLL电路中，以基于来自于检测对象物的反射光的信号、和基于来自于罩面板的反射光的信号混合的状态被输入。因此，TOF传感器内的DLL电路，会误识别为在检测对象物的位置与罩面板的位置(从TOF传感器起的距离大致为零)之间的距离存在检测对象物，会计算错误的距离。另外，在专利文献2中公开的使用了直方图的距离测定方法中，可以将基于来自于罩面板的反射光的信号成分、和基于来自于检测对象物的反射光的信号成分分离，可以对直至检测对象物为止的距离正确地进行测定，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，需要与分辨率接近的宽度的发光脉冲，直方图的bin数也变多，因此存在工序或电路规模成为更高价这样的缺点。在使用DLL电路方式的距离测定中，如果可以知道来自于罩面板的反射光成分量(串扰值)，则可以进行将错误的距离校正为正确的距离的计算。但是，由于串扰值会因罩面板的指纹污物等而变化，因此需要定期地更新串扰值。串扰值通过将由TOF传感器之前来自于罩面板的反射光成分以外的对象物得到的反射光成分设为完全不存在的状态，对一定期间的反射光成分的SPAD输出脉冲数进行计数从而求出。在与TOF传感器的可检测距离相比更远的距离存在对象物的情况下，因由对象物引起的反射光成分而SPAD输出脉冲数以有限的数量增加，因此无法正确地计算串扰值。因此，需要判断由与TOF传感器的可检测距离相比充分远的距离为止的对象物引起的反射光成分的有无。本专利技术的一个方式的目的在于，提供一种光传感器及电子设备，其可以对表示罩面板反射光的成分量的串扰值适当地进行更新，基于飞行时间测量对与对象物之间的距离适当地进行测定。解决问题的手段为了解决上述课题，本专利技术的一个方式涉及的光传感器，其特征在于，具备：基准脉冲生成电路，其生成基准脉冲信号；发光元件，其基于由所述基准脉冲生成电路生成的基准脉冲信号，向对象物射出光；罩面板，其使从所述发光元件射出的光的一部分透过，对其它的一部分进行反射；光子计数型的第一光接收元件，其设置为，可以接收由所述对象物反射的对象物反射光、和由所述罩面板反射的罩面板反射光；以及判断电路，其基于根据由所述第一光接收元件接收的对象物反射光及罩面板反射光中的至少一方的第一光接收脉冲信号、和所述基准脉冲信号，判断由所述对象物反射光的所述第一光接收元件进行的光接收的有无。专利技术效果根据本专利技术的一个方式，可以对表示罩面板反射光的成分量的串扰值适当地更新，基于飞行时间测量对与对象物之间的距离适当地进行测定。附图说明图1是示意地表示第一实施方式涉及的光传感器的结构的模块图。图2是示意地表示在上述光传感器中设置的第一光接收部的结构的电路图。图3是示意地表示在上述光传感器中设置的第一DLL电路的结构的电路图。图4的(a)、(b)是表示上述第一DLL电路的动作的波形图。图5是用于对上述光传感器的实际测定期间的动作状态进行说明的图，图5的(a)是表示来自于第一光接收部的第一光接收脉冲信号的波形图，图5的(b)是表示在发光期间及非发光期间的来自于第一光接收部的第一光接收脉冲信号的波形图，图5的(c)是用于对实际测定期间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的(a)、(b)是用于对在上述光传感器中设置的4个计数器的判断期间的动作进行说明的波形图。图7的(a)是表示由上述4个计数器在判断期间的发光期间计数的第一输出脉冲数的直方图，图7的(b)是表示由上述4个计数器在判断期间的非发光期间计数的第二输出脉冲数的直方图，图7的(c)是表示由上述第一输出脉冲数减去上述第二输出脉冲数后的第三输出脉冲数的直方图。图8是用于对上述判断期间中的反射光成分进行说明的波形图。图9的(a)是表示对象物反射光被第一光接收元件接收时的第一输本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光传感器，其特征在于，具备：/n基准脉冲生成电路，其生成基准脉冲信号；/n发光元件，其基于由所述基准脉冲生成电路生成的基准脉冲信号，向对象物射出光；/n罩面板，其使从所述发光元件射出的光的一部分透过，并对其它的一部分进行反射；/n光子计数型的第一光接收元件，其设置为，可以接收由所述对象物反射的对象物反射光、和由所述罩面板反射的罩面板反射光；以及/n判断电路，其基于根据由所述第一光接收元件接收的对象物反射光及罩面板反射光中的至少一方的第一光接收脉冲信号、和所述基准脉冲信号，判断由所述对象物反射光的所述第一光接收元件进行的光接收的有无。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170519 JP 2017-1001601.一种光传感器，其特征在于，具备：
基准脉冲生成电路，其生成基准脉冲信号；
发光元件，其基于由所述基准脉冲生成电路生成的基准脉冲信号，向对象物射出光；
罩面板，其使从所述发光元件射出的光的一部分透过，并对其它的一部分进行反射；
光子计数型的第一光接收元件，其设置为，可以接收由所述对象物反射的对象物反射光、和由所述罩面板反射的罩面板反射光；以及
判断电路，其基于根据由所述第一光接收元件接收的对象物反射光及罩面板反射光中的至少一方的第一光接收脉冲信号、和所述基准脉冲信号，判断由所述对象物反射光的所述第一光接收元件进行的光接收的有无。


2.根据权利要求1所述的光传感器，其特征在于，
所述判断电路具有：
n个计数器，其对将所述基准脉冲信号的基准周期进行n等分的从第一期间至第n期间的各自中的来自于所述第一光接收元件的第一光接收脉冲信号的个数进行计数，n为2以上的整数；以及
第一计算电路，其针对所述基准脉冲信号的m种不同频率条件的每一种频率条件，计算由第一输出脉冲数减去第二输出脉冲数而得到的第三输出脉冲数，所述第一输出脉冲数表示在所述发光元件基于所述基准脉冲信号而发光的发光期间的从所述第一期间至所述第n期间，利用所述n个计数器计数的所述第一光接收脉冲信号的个数，所述第二输出脉冲数表示在所述发光元件不发光的非发光期间的从所述第一期间至所述第n期间，利用所述n个计数器计数的所述第一光接收脉冲信号的个数，
所述判断电路基于由所述第一计算电路计算出所述基准脉冲信号的m种不同频率条件的每一种频率条件下的m种第三输出脉冲数，判断由所述对象物反射光的所述第一光接收元件进行的光接收的有无。


3.根据权利要求2所述的光传感器，其特征在于，
将所述基准周期进行n等分而成的从第一期间至第n期间通过所述基准周期的1/n倍的周期的脉冲波形进行分频而生成。


4.根据权利要求2所述的光传感器，其特征在于，
所述第一计算电路基于所述发光期间的长度与所述非发光期间的长度之间的比率，对由所述第一输出脉冲数减去所述第二输出脉冲数后的所述第三输出脉冲数进行计算。


5.根据权利要求2所述的光传感器，其特征在于，
所述光传感器在对与所述对象物间的距离进行测定的实际测定期间、和对由所述对象物反射光的所述第一光接收元件进行的光接收的有无进...

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