專利名稱：光學(xué)式測(cè)距傳感器及電子設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)式測(cè)距傳感器。另外，本發(fā)明涉及配備光學(xué)式測(cè)距傳感器的電子 設(shè)備，特別涉及配備光學(xué)式測(cè)距傳感器的電腦、配備光學(xué)式測(cè)距傳感器的手機(jī)等。
背景技術(shù)：
圖12是以往的光學(xué)式測(cè)距傳感器的俯視圖，圖13是圖12中AA線的截面圖。如圖13所示，該光學(xué)式測(cè)距傳感器具有一個(gè)發(fā)光元件101 ；位置檢測(cè)光接收元件 的即一個(gè)光位置傳感器(PSD Position Sensitive Detector) 102 ；發(fā)光側(cè)透鏡103及光接 收側(cè)透鏡104 ；以及一個(gè)IC (集成電路)105，IC105在處理從光位置傳感器102輸出的信號(hào) 的同時(shí)，還在規(guī)定的定時(shí)(timing)驅(qū)動(dòng)發(fā)光元件101。所述光位置傳感器102只有一個(gè)光 接收單元，該光接收單元的電阻值在光接收單元內(nèi)是均衡并且固定的。用所述以往的光學(xué)式測(cè)距傳感器的結(jié)構(gòu)，采用三角測(cè)量方式測(cè)距時(shí)，由于光位置 傳感器102(參照?qǐng)D13)的光接收單元只有一個(gè)，該光接收單元的電阻值在光接收單元內(nèi)是 均衡并且固定的，所以如下所述，距物體的距離遠(yuǎn)的位置，距離測(cè)量的精度變差。圖14是說(shuō)明三角測(cè)量方式的原理的圖。另夕卜，在圖14中，X = A· (f/d)的關(guān)系成立。其中，X為影像的大小(size)，A為 發(fā)光側(cè)透鏡103與光接收側(cè)透鏡104的中心間距，f為光接收側(cè)透鏡104的焦距，因而d為 從包含發(fā)光側(cè)透鏡103中心的平面到物體100的距離。在用三角測(cè)量方式測(cè)量物體100的距離d的光學(xué)式測(cè)距傳感器中，距物體100的 距離d和光位置傳感器102的輸出V、即影像的大小X，如圖16所示，為反比關(guān)系。也就是說(shuō)，在距物體的距離d近的位置，距離變動(dòng)引起的輸出V的變化大，反之，在 距物體的距離d遠(yuǎn)的位置，距離變動(dòng)引起的輸出V的變化小，在距物體的距離d近的位置能 夠高精度地測(cè)量距離，但在距物體的距離d遠(yuǎn)的位置距離測(cè)量的精度差。在三角測(cè)量方式中，距離精度的好壞，依賴于發(fā)光側(cè)透鏡103和光接收側(cè)透鏡104 的中心間距A、光接收側(cè)透鏡104的焦距f。具體來(lái)說(shuō)，測(cè)量精度通過(guò)增大A和f而提高。但 是，這種情況下，有光學(xué)式測(cè)距傳感器體積變大的問(wèn)題。另外，在距物體距離d遠(yuǎn)的位置，為了不產(chǎn)生光量不足，還需要增大透鏡的直徑， 這也是光學(xué)式測(cè)距傳感器體積變大的原因。特開(kāi)2002-195807號(hào)公報(bào)公開(kāi)了使用CMOS圖像傳感器作為位置測(cè)量元件的光學(xué) 式測(cè)距傳感器。但是在該光學(xué)式測(cè)距傳感器中，因?yàn)榘l(fā)光元件和光接收元件不在同一平面， 而且，封裝(package)也對(duì)各個(gè)元件分別形成，所以這種情況下，測(cè)距傳感器的大小也變 大。除此以外，由于從CMOS圖像傳感器取出的信號(hào)的處理單元和發(fā)光元件的驅(qū)動(dòng)電路單元 位于CMOS圖像傳感器芯片的外部，沒(méi)有將所有的元件和區(qū)域(region)裝載在一個(gè)芯片內(nèi)， 所以測(cè)距傳感器的大小變得更大。還有，在該光學(xué)式測(cè)距傳感器中，有生產(chǎn)工序多，各個(gè)工 序的作業(yè)要求精度時(shí)變得復(fù)雜，制造成本高的問(wèn)題。在光量方面，在該光學(xué)式測(cè)距傳感器中進(jìn)行兩次曝光，用第1次曝光檢測(cè)光量，從而調(diào)整發(fā)光元件的光量，將下一次的曝光用于測(cè)量。光量通過(guò)增大發(fā)光元件中流過(guò)的電流 變大。但是，由于限度以上大小的電流供給發(fā)光元件導(dǎo)致發(fā)光元件的破損，所以不能顯著地 增大供給電流。因此，由于這個(gè)原因，不能使透鏡的直徑那么小，所以測(cè)距傳感器的體積難 以小型化。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的課題是，提供能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離測(cè)距范圍，并且即使位于該范圍內(nèi)遠(yuǎn) 處的低反射物體，也能準(zhǔn)確檢測(cè)的光學(xué)式測(cè)距傳感器。另外，本發(fā)明的課題是，提供配備這 樣的光學(xué)式測(cè)距傳感器的電子設(shè)備。為解決該課題，本發(fā)明的光學(xué)式測(cè)距傳感器的特征在于，具有紅外發(fā)光元件；光接收元件，面對(duì)所述紅外發(fā)光元件隔開(kāi)間隔配置，并且具有光接收單元；信號(hào) 處理單元，處理從所述光接收單元輸出的信號(hào)；信息存儲(chǔ)器單元，保存來(lái)自光接收單元的信 號(hào)包含的信息；以及信號(hào)處理軟件存儲(chǔ)器單元，存儲(chǔ)用于處理來(lái)自所述光接收單元的信號(hào) 的軟件；第1透光性樹(shù)脂部分，密封所述紅外發(fā)光元件；第2透光性樹(shù)脂部分，密封所述光接收元件；遮光性樹(shù)脂構(gòu)件，接觸到所述第1透光性樹(shù)脂部分和第2透光性樹(shù)脂部分，并且具 有使來(lái)自所述紅外發(fā)光元件的光通過(guò)的第1窗口部分，以及使入射到所述光接收元件的入 射光通過(guò)的第2窗口部分；驅(qū)動(dòng)電路單元，驅(qū)動(dòng)所述紅外發(fā)光元件；光接收元件控制單元，控制所述光接收元件；以及控制單元，控制所述驅(qū)動(dòng)電路單元，以使其按預(yù)定間隔時(shí)間間歇地驅(qū)動(dòng)所述紅外 發(fā)光元件，并且控制所述光接收元件控制單元，以使其與驅(qū)動(dòng)所述紅外發(fā)光元件的定時(shí)同 步而使所述光接收元件曝光或動(dòng)作。所述光接收元件被用于位置的檢測(cè)，例如，可以將m行Xn列的CMOS區(qū)域傳感器 作為位置檢測(cè)的光接收單元。另外，所述光接收元件還可以包括位置檢測(cè)光接收單元；用 來(lái)處理從位置檢測(cè)光接收單元輸出的信號(hào)的電路單元；信號(hào)處理軟件存儲(chǔ)器單元；信息存 儲(chǔ)器單元(由閃存、e-FUse、0TM(ontime memory)等構(gòu)成)。光接收元件的各個(gè)部分與所述 驅(qū)動(dòng)電路可以包含在一個(gè)芯片內(nèi)。所述驅(qū)動(dòng)電路和所述光接收元件的各部分也可以不包含 在同一芯片內(nèi)。例如，所述驅(qū)動(dòng)電路單元可以包含在發(fā)光元件的芯片內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明，作為發(fā)光元件，由于使用波長(zhǎng)比可見(jiàn)光長(zhǎng)的紅外發(fā)光元件，所以可以 降低外界干擾光的影響。另外，由于發(fā)光元件的發(fā)光波長(zhǎng)在紅外區(qū)域，例如，通過(guò)光接收元 件(比如使用CMOS區(qū)域傳感器作為光接收單元)的光接收波長(zhǎng)對(duì)紅外具有峰值靈敏度 (peak sensitivity)，而且，讓光接收側(cè)透鏡和發(fā)光側(cè)透鏡具有截?cái)嗫梢?jiàn)光的光學(xué)特性，從 而如果是屋內(nèi)熒光燈這種程度的光，就可以不受其影響。另外，根據(jù)本發(fā)明，所述紅外發(fā)光元件被間歇驅(qū)動(dòng)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)所述紅外發(fā)光元件的 定時(shí)和光接收元件的曝光或動(dòng)作定時(shí)同步，所以可以將發(fā)光時(shí)的光產(chǎn)生的電荷多次積蓄在 光接收側(cè)，在用一次發(fā)光量進(jìn)行測(cè)距而接收光的光量不足時(shí)，也可以補(bǔ)充不足的光量。因此，光接收元件的光接收單元例如是CMOS區(qū)域傳感器時(shí)，根據(jù)光接收單元各個(gè)元件(cell) 的光量分布，可以精確地求作為該光量分布的重心的位置，從而精確地求從該光接收單元 的規(guī)定的位置到該光量重心的相對(duì)位置。因此，基于該相對(duì)位置，可以獲得具有有關(guān)距被測(cè) 物體距離的精確信息的信號(hào)，精確地進(jìn)行測(cè)距。另外，在一實(shí)施方式中，所述控制單元交替進(jìn)行第1控制，在每預(yù)先設(shè)定的第1期間，連續(xù)驅(qū)動(dòng)所述紅外發(fā)光元件，并且與連續(xù)驅(qū) 動(dòng)所述紅外發(fā)光元件的定時(shí)同步，控制所述光接收元件的控制單元，以使所述光接收元件 連續(xù)曝光或動(dòng)作，以及第2控制，在每預(yù)先設(shè)定的第2期間，停止驅(qū)動(dòng)所述紅外發(fā)光元件，另一方面，在與 所述第1控制中所述紅外發(fā)光元件連續(xù)驅(qū)動(dòng)時(shí)間大致相同的時(shí)間期間，控制所述光接收元 件的控制單元，以使所述光接收元件連續(xù)曝光或動(dòng)作，基于所述第1控制期間的來(lái)自所述光接收元件的信號(hào)和所述第2控制期間的來(lái)自 所述光接收元件的信號(hào)之間的差，測(cè)定距離。在有白熾燈或太陽(yáng)光等含有紅外光源的環(huán)境下，使用光學(xué)式測(cè)距傳感器時(shí)，這些 白熾燈或太陽(yáng)光照度較小，從而在不發(fā)光時(shí)入射到光接收元件的光接收單元的周圍光較少 即可，但在多數(shù)情況下，周圍光引起的干擾(noise)的光接收信號(hào)較大，有時(shí)無(wú)法精確地檢 測(cè)來(lái)自發(fā)光單元的光。根據(jù)所述實(shí)施方式，通過(guò)第2控制，可以檢測(cè)基于周圍光的干擾信號(hào)大小，所以通 過(guò)從第1控制中的、表示距物體的距離的信息的信號(hào)和周圍光的干擾信號(hào)構(gòu)成的信號(hào)中， 扣除第2控制中的、周圍光的干擾信號(hào)，可以取出只表示距物體的距離的信息的信號(hào)。因 此，在白熾燈或太陽(yáng)光那樣含有紅外光的環(huán)境下使用的情況下，也可以精確地進(jìn)行測(cè)距。S卩，將在規(guī)定的定時(shí)驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)光元件的時(shí)間和光接收元件的曝光或動(dòng)作的時(shí)間 設(shè)為同一定時(shí)，而且，在不驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)光元件的期間使光接收元件側(cè)在與所述曝光或動(dòng)作 時(shí)間相同的時(shí)間動(dòng)作，將兩個(gè)曝光或動(dòng)作時(shí)間內(nèi)的輸出差作為信號(hào)來(lái)利用，就可以除去周 圍光引起的影響。此外，在一實(shí)施方式中，所述控制單元進(jìn)行在預(yù)定的時(shí)間停止驅(qū)動(dòng)所述紅外發(fā)光元件，另一方面，控制所 述光接收元件的控制單元，以使所述光接收元件連續(xù)曝光或動(dòng)作的第3控制，所述控制單元基于所述第3控制期間的來(lái)自所述光接收元件的信號(hào)，控制所述光 接收元件的靈敏度、曝光或動(dòng)作時(shí)間中的至少一項(xiàng)。周圍光非常多時(shí)，有時(shí)光接收單元的輸出級(jí)別(level)僅因周圍光就達(dá)到飽和。根據(jù)本發(fā)明，可以在檢測(cè)表示距離信息的信號(hào)前，基于所述第3控制期間的來(lái)自 所述發(fā)光元件的信號(hào)，檢測(cè)周圍光的級(jí)別。因此，可以根據(jù)周圍光的級(jí)別，切換光接收元件 的靈敏度，另外，根據(jù)周圍光的級(jí)別，可以增減發(fā)光單元的發(fā)光次數(shù)和光接收單元的曝光或 動(dòng)作次數(shù)，從而可以在對(duì)應(yīng)周圍光的最適合的條件下進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)距。即，在規(guī)定的定時(shí)， 在紅外發(fā)光元件的發(fā)光和光接收元件的曝光或動(dòng)作之前，在規(guī)定的時(shí)間僅進(jìn)行光接收元件 的曝光或動(dòng)作，檢測(cè)周圍照度，從而控制光接收靈敏度和光接收元件的曝光或動(dòng)作時(shí)間，所 以可以在對(duì)應(yīng)于周圍光的最佳條件下進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)距。
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在一實(shí)施方式中，所述控制單元在每預(yù)定的第3期間并且在所述第1控制和第2控制之前進(jìn)行所述 第3控制，并且交替地進(jìn)行所述第3控制、以及所述第1控制和第2控制構(gòu)成的控制。根據(jù)所述實(shí)施方式，交替地進(jìn)行所述第3控制、所述第1控制和所述第2控制構(gòu)成 的控制，所以即使測(cè)距中周圍光級(jí)別發(fā)生變化，也不受周圍光變動(dòng)的影響，可以準(zhǔn)確地進(jìn)行 測(cè)距。即，通過(guò)在每進(jìn)行測(cè)距的測(cè)距周期進(jìn)行一次檢測(cè)周圍照度的定時(shí)，從而即使測(cè)距中周 圍光的級(jí)別變化，也可以不受周圍光變動(dòng)的影響，準(zhǔn)確地進(jìn)行測(cè)距。此外，在一實(shí)施方式中，所述控制單元基于在所述第3控制期間的來(lái)自所述光接收元件的信號(hào)，檢測(cè)周圍 光的照度，在檢測(cè)出的周圍照度比預(yù)定的照度小時(shí)，提高光接收元件的光接收靈敏度，并且 減少所述紅外發(fā)光元件的光的發(fā)光次數(shù)和所述光接收元件的光接收次數(shù)。例如，在檢測(cè)出周圍照度為室內(nèi)照度級(jí)別時(shí)，提高光接收靈敏度，另外，減少發(fā)光 和光接收次數(shù)，從而高效而準(zhǔn)確地進(jìn)行測(cè)距。根據(jù)所述實(shí)施方式，可以在對(duì)應(yīng)于周圍光的最佳的條件下，進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)距。此外，在一實(shí)施方式中，所述控制單元基于在所述第3控制期間的來(lái)自所述光接收元件的信號(hào)，檢測(cè)周圍 光的照度，在檢測(cè)出的周圍照度比預(yù)定的照度大時(shí)，降低所述光接收元件的光接收靈敏度， 并且增加所述紅外發(fā)光元件的光的發(fā)光次數(shù)和所述光接收元件的光接收次數(shù)。例如，如果檢測(cè)出周圍照度為室外照度級(jí)別時(shí)，降低光接收靈敏度，另外，增加發(fā) 光和光接收次數(shù)，可以高效而準(zhǔn)確地進(jìn)行測(cè)距。根據(jù)所述實(shí)施方式，可以在對(duì)應(yīng)于周圍光的最佳條件下，進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)距。此外，在一實(shí)施方式中，所述光接收元件的光接收單元、信號(hào)處理電路單元、信號(hào)處理軟件存儲(chǔ)器單元、信 息存儲(chǔ)器單元(如閃存單元)以及所述驅(qū)動(dòng)電路單元，都包含在一個(gè)芯片內(nèi)。另外，在一實(shí)施方式中，配備具有發(fā)光側(cè)透鏡和光接收側(cè)透鏡的透鏡罩(lens case),通過(guò)三角測(cè)量方式檢測(cè)距物體的距離。另外，本發(fā)明的電子設(shè)備的特征在于，配備本發(fā)明的光學(xué)式測(cè)距傳感器。就電子設(shè)備來(lái)說(shuō)，例如包含個(gè)人電腦和移動(dòng)電話。根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)光學(xué)式測(cè)距傳感器，可以精確地進(jìn)行測(cè)距。使用本發(fā)明的光學(xué)式測(cè)距傳感器，例如用三角測(cè)量方式進(jìn)行測(cè)距的形式中，可以 實(shí)現(xiàn)大的測(cè)距范圍，同時(shí)，即使在其范圍內(nèi)位于遠(yuǎn)端的低反射物，也可以準(zhǔn)確地檢測(cè)到，而 且可以實(shí)現(xiàn)小型化、高性能化、降低消耗電流和減少生產(chǎn)成本。另外，若將此光學(xué)式測(cè)距傳感器裝載在電腦上，則在該電腦中可以檢測(cè)到位于電 腦前的人，例如，人不在時(shí)可以讓電腦進(jìn)入休眠模式，可以實(shí)現(xiàn)節(jié)省能耗。另外，若將此傳感 器裝載在帶照相的手機(jī)上，可以精確測(cè)量被攝體的距離，實(shí)現(xiàn)高速驅(qū)動(dòng)自動(dòng)對(duì)焦功能(自 動(dòng)對(duì)準(zhǔn)照相機(jī)的焦距)。


從以下的詳細(xì)說(shuō)明和附圖，可以更充分地理解本發(fā)明。附圖只是用來(lái)說(shuō)明的圖，不 是限制本發(fā)明的圖。在圖中，圖1是本發(fā)明的一實(shí)施方式的光學(xué)式測(cè)距傳感器的俯視圖。圖2是圖1的AA線截面圖。圖3是光接收元件的俯視圖。圖4是從發(fā)光元件發(fā)光的光的光量和時(shí)間之間的關(guān)系的圖。圖5是光接收元件曝光了的光的光量和時(shí)間之間的關(guān)系的圖。圖6是從發(fā)光元件發(fā)光的光的光量和時(shí)間之間的關(guān)系的圖。圖7是曝光了的光的光量和時(shí)間之間的關(guān)系的圖。圖8是直觀地表示信號(hào)光的光量的圖。圖9是光接收量差的累積量和時(shí)間之間的關(guān)系的圖。圖10A、圖10B、圖10C及圖10D是說(shuō)明在第1次存儲(chǔ)信號(hào)光的光量前，為檢測(cè)周圍 光而進(jìn)行曝光的實(shí)施方式的圖。圖11是電荷存儲(chǔ)單元的一部分的圖。圖12是說(shuō)明以往的光學(xué)測(cè)距傳感器的圖。圖13是說(shuō)明以往的光學(xué)測(cè)距傳感器的圖。圖14是說(shuō)明三角測(cè)量方式的原理的圖。圖15是說(shuō)明三角測(cè)量方式的原理的圖。圖16是表示一例本發(fā)明的控制單元、驅(qū)動(dòng)電路單元、光接收元件控制單元的框 圖。圖17是表示一例本發(fā)明的控制單元、驅(qū)動(dòng)電路單元、光接收元件控制單元的框 圖。標(biāo)號(hào)說(shuō)明
5紅外LED
6光接收元件
6a傳感器
6b信號(hào)處理電路單元
6c信號(hào)處理軟件存儲(chǔ)器單元
6d數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器單元
6e閃存單元
6f驅(qū)動(dòng)電路單元
7透光性樹(shù)脂部分
7a窗口 (window)部
8遮光性樹(shù)脂構(gòu)件
9發(fā)光側(cè)透鏡
10光接收側(cè)透鏡
11透鏡外殼
12透光性樹(shù)脂部分
8
12a 窗口部15引線框架
具體實(shí)施例方式圖1是本發(fā)明的一實(shí)施方式的光學(xué)式測(cè)距傳感器的俯視圖，圖2是圖1的AA線截 面圖。如圖2所示，光學(xué)式測(cè)距傳感器具有引線框架15、作為控制單元示例的IC4、作為 紅外發(fā)光元件示例的紅外發(fā)光二極管(以下稱紅外LED) 5、光接收元件6、第1透光性樹(shù)脂 部分12、第2透光性樹(shù)脂部分7、遮光性樹(shù)脂構(gòu)件8及透鏡外殼11，上述IC4、紅外LED5及 光接收元件6裝配在引線框架15上，配置在同一平面上。上述紅外LED5發(fā)射紅外線。上述紅外LED5，通過(guò)轉(zhuǎn)移模(transfer mold)用環(huán)氧 類的第1透光性樹(shù)脂部分12密封，光接收元件6使用轉(zhuǎn)移模用環(huán)氧類的第2透光性樹(shù)脂部 分7密封，分別集成在一個(gè)芯片內(nèi)。上述紅外LED5及光接收元件6，以一定的間隔并排放 置。另外，IC4和上述光接收元件6 —起，用第2透光性樹(shù)脂部分7密封。第1、2透光性樹(shù) 脂部分12、7可以是由相同的樹(shù)脂材料組成，也可以由不同樹(shù)脂材料組成。上述遮光性樹(shù)脂構(gòu)件8將第1透光性樹(shù)脂部分12和第2透光性樹(shù)脂部分7通過(guò) 注射成型而一體形成。上述遮光性樹(shù)脂構(gòu)件8具有第1窗口部12a和第2窗口部7a。來(lái)自 上述紅外LED5的光穿過(guò)第1窗口部12a，另一方面，入射到光接收元件6的下述CMOS區(qū)域 傳感器6a(參照?qǐng)D3)的入射光穿過(guò)第2窗口部7a。上述透鏡外殼11由透鏡單元11a和外殼單元lib組成，透鏡單元11包含透鏡發(fā) 光側(cè)透鏡9和光接收透鏡10。上述透鏡外殼11的透鏡單元由可過(guò)濾可見(jiàn)光的丙烯酸脂或 聚碳酸酯形成，而外殼部分由ABS樹(shù)脂或聚碳酸酯形成。上述透鏡部分和外殼部分通過(guò)雙 色成型而一體成形。上述透鏡發(fā)光側(cè)透鏡9和光接收透鏡10的各自的透鏡軸與上述同一 平面的法線方向一致。圖3為上述光接收元件6的俯視圖。如圖3所示，上述光接收元件6在一個(gè)芯片內(nèi)包括包括了作為光接收單元示一例 的 m 行 Xn 列元件的 CMOS (complementary metal oxidesemiconductor)區(qū)域傳感器(以 下稱傳感器)6a、信號(hào)處理電路單元6b、信號(hào)處理軟件存儲(chǔ)器單元6c、信號(hào)處理數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 單元6d、作為信息存儲(chǔ)器單元一例的閃存單元6e。該光接收元件6的芯片內(nèi)還包含驅(qū)動(dòng)紅 外LED5的驅(qū)動(dòng)電路單元6f。上述信號(hào)處理軟件存儲(chǔ)器單元6c存儲(chǔ)著處理來(lái)自傳感器6a 的信號(hào)的軟件。上述閃存單元6e，將來(lái)自傳感器6a的信號(hào)作為數(shù)字信號(hào)存儲(chǔ)著。另外，在 該實(shí)施方式中，使用閃存作為信息存儲(chǔ)器單元使用，在本發(fā)明中，作為信息存儲(chǔ)器單元，也 可以使用E-FUSe、0TM(one time memory)等非閃存類的存儲(chǔ)器來(lái)代替閃存。另外，信號(hào)處 理數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器單元6d用來(lái)保存在信號(hào)處理過(guò)程中所計(jì)算的數(shù)據(jù)。上述傳感器6a利用光接收檢測(cè)出物體位置。上述信號(hào)處理電路單元6b負(fù)責(zé)處理 來(lái)自傳感器6a的輸出信號(hào)。上述驅(qū)動(dòng)電路單元6f在規(guī)定的定時(shí)驅(qū)動(dòng)紅外LED5。本發(fā)明中，為了在透鏡口徑較小的狀態(tài)下，可獲得能夠檢測(cè)較遠(yuǎn)距離(2米左右) 低反射物體的級(jí)別的信號(hào)，控制紅外LED5的發(fā)光時(shí)間，并且控制傳感器6a的曝光時(shí)間。本光學(xué)式測(cè)距傳感器用三角測(cè)量方式檢測(cè)至物體的距離。具體來(lái)說(shuō)，在所定的位置有檢測(cè)物時(shí)，通過(guò)從傳感器6a的各單元的光量分布求作為該光量分布的重心的位置，從 而決定傳感器6a上光點(diǎn)(light spot)的重心位置。另外，求從該傳感器6a的所定的位置 到該光量的重心位置的相對(duì)距離，根據(jù)該相對(duì)位置，進(jìn)行要輸出的信號(hào)的處理，通過(guò)該信號(hào) 的處理檢測(cè)距檢測(cè)物的距離。這里，光量不夠時(shí)，就無(wú)法從上述傳感器6a的各個(gè)單元的光 量分布求該光量分布的重心位置。圖4是紅外LED5的發(fā)光量和時(shí)間之間的關(guān)系的圖，圖5是曝光(照射傳感器6a 的感光)后的光量和時(shí)間之間的關(guān)系的圖。在本實(shí)施方式中，如圖4和圖5所示，使驅(qū)動(dòng)紅 外LED5的驅(qū)動(dòng)電路單元6f發(fā)光的定時(shí)和傳感器6a接受由檢測(cè)物反射該光的定時(shí)同步。例如，可以如下進(jìn)行。在光學(xué)式測(cè)距傳感器的光接收元件6上，裝載作為光接收元 件控制單元的一例的液晶快門(shutter)進(jìn)行光接收元件6的第2窗口 7a的開(kāi)閉(圖3 中未示出)。然后，如圖16所示，通過(guò)從上述IC4向驅(qū)動(dòng)電路6f和上述液晶快門6g，同時(shí) 并且以相同定時(shí)輸出信號(hào)，從而驅(qū)動(dòng)紅外LED5，并且使光接收元件6的傳感器6a曝光。本 例中，光接收元件6只在預(yù)定的時(shí)間曝光。上述IC4的這個(gè)控制形成第1控制。圖4和圖5所示信號(hào)，例如也可以如下獲得。在光學(xué)式測(cè)距傳感器的光接收元件6 上裝載第1開(kāi)關(guān)元件，用來(lái)控制是否對(duì)紅外LED5供電；以及第2開(kāi)關(guān)元件，作為光接收元 件控制單元的一例，用來(lái)控制是否激活傳感器6a(圖3未示出)。如圖17所示，通過(guò)從上述 IC4向上述兩個(gè)開(kāi)關(guān)元件6h，6i同時(shí)并且以相同定時(shí)輸出控制信號(hào)，從而使驅(qū)動(dòng)紅外LED5 的驅(qū)動(dòng)電路6f發(fā)光的定時(shí)和由傳感器6a接受檢測(cè)物反射該光的定時(shí)同步。在本例中，傳感 器6a持續(xù)地曝光(被暴露在光中)，另一方面，只在預(yù)定的時(shí)間內(nèi)輸出信號(hào)激活(active)。 本例是光接收元件6只在預(yù)定的時(shí)間動(dòng)作的例子。上述IC4的這個(gè)控制形成第1控制。在本實(shí)施方式中，如圖4所示，上述IC4的控制下，通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路4f，在作為每預(yù)定 的時(shí)間的一例的固定時(shí)間間歇驅(qū)動(dòng)紅外LED5。由此，發(fā)射光產(chǎn)生的電荷多次積蓄在光接收 側(cè)，補(bǔ)充1次發(fā)光中不足的光量。由此，測(cè)距時(shí)間(測(cè)距周期)變長(zhǎng)，但可以獲得足夠的光 量用于從傳感器6a的各單元光量分布求光量分布的重心位置。該方式在幾乎沒(méi)有周圍光 的情況下是有效的。其次，存在周圍光時(shí)，來(lái)自紅外LED5以外的光線入射到光接收單元，所以必須除 去來(lái)自紅外LED5以外的光。在除去來(lái)自紅外LED5以外的光線的實(shí)施方式中，提高光接收單元的傳感器6a對(duì) 紅外線的光接收靈敏度，并且在透鏡發(fā)光側(cè)透鏡9和光接收側(cè)透鏡10上使用具有過(guò)濾可見(jiàn) 光的光學(xué)特性的材料。根據(jù)本實(shí)施方式，如果是室內(nèi)熒光燈程度的光線，則可以不受影響而 正確地測(cè)量距離。下面，說(shuō)明適合在白熾燈或太陽(yáng)光等包含紅外光源的光的環(huán)境下使用的實(shí)施方 式。圖6是紅外LED5發(fā)出的光量和時(shí)間之間的關(guān)系的圖，圖7是曝光(照射到CMOS 區(qū)域傳感器的感光)后的光量和時(shí)間之間的關(guān)系的圖。圖6和圖7所示的實(shí)施方式中，進(jìn)行使紅外LED5的驅(qū)動(dòng)時(shí)間和光接收側(cè)的曝光時(shí) 間為所定的定時(shí)并且是同一定時(shí)的第1控制，同時(shí)，在不驅(qū)動(dòng)紅外LED5的期間，進(jìn)行使光接 收側(cè)曝光與上述所定的定時(shí)并且同一定時(shí)的曝光時(shí)間相同的時(shí)間的第2控制。然后，求基 于驅(qū)動(dòng)紅外LED5時(shí)的曝光的輸出和基于不驅(qū)動(dòng)紅外LED5時(shí)的曝光的輸出之間的輸出差，將該輸出差作為信號(hào)使用。如圖8所示，在驅(qū)動(dòng)上述紅外LED5的時(shí)間(約100 200 u sec)中進(jìn)行曝光的光 量為，紅外LED5發(fā)射的光反射到檢測(cè)物體而入射到傳感器6a的光a和周圍光入射到傳感 器6a的光b之和。另外，在不驅(qū)動(dòng)上述紅外LED5的期間(和驅(qū)動(dòng)發(fā)光元件的時(shí)間約100 200 y sec相同的時(shí)間)進(jìn)行曝光的光量，只是周圍光射入到傳感器6a的光b。也就是說(shuō)， 如在圖8中可視性地所示，這些光量的差相當(dāng)于信號(hào)光a的光量。圖9是光接收光量差的累積量和時(shí)間之間的關(guān)系的圖。由于上述光量之差的一次操作所獲得的信號(hào)光a的光量不大，所以有時(shí)無(wú)法精確 地進(jìn)行測(cè)距。這時(shí)，如圖9所示，反復(fù)積累通過(guò)一次操作所獲得的信號(hào)光a的光量。這樣就 可以既去除周圍光的影響，又能獲取足夠的光量以便求作為CMOS區(qū)域傳感器上光量分布 的重心的位置。以下說(shuō)明適合周圍光非常多時(shí)的實(shí)施方式。周圍光非常多時(shí)，有時(shí)僅周圍光就使傳感器6a飽和。因此，如圖10A 圖10D所 示，在第1次積累信號(hào)光的光量前，進(jìn)行用于檢測(cè)周圍光的曝光，檢測(cè)周圍光的級(jí)別。然后， 根據(jù)該級(jí)別，切換傳感器6a的靈敏度，進(jìn)而增減發(fā)光次數(shù)和光接收側(cè)的曝光次數(shù)。由此，在 對(duì)應(yīng)于周圍光的最適合的條件下，進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)距。S卩，測(cè)距動(dòng)作之前檢測(cè)周圍光的級(jí)別，若該值較小(照度600勒克斯以下)，則提高 傳感器6a的靈敏度。例如，在如圖11所示的電荷積蓄單元的一部分中，通過(guò)減小120、121、 122所示的電容器的合成電容量來(lái)進(jìn)行。例如，減少電容器的合成電容量，例如，可以通過(guò)開(kāi) 關(guān)減少使用電容器數(shù)量來(lái)實(shí)現(xiàn)。另外，使發(fā)光次數(shù)比較少(當(dāng)然，發(fā)光次數(shù)也可以和下次降 低靈敏度時(shí)的次數(shù)相同)，進(jìn)行測(cè)距動(dòng)作。另外，如果上述數(shù)值較大(照度600 1000勒克斯程度)，則降低傳感器6a的靈 敏度。例如，在如圖11所示的電荷積蓄單元的一部分中，通過(guò)加大電容器120、121、122的 合成電容量來(lái)進(jìn)行。例如，可以通過(guò)開(kāi)關(guān)增加電容器的數(shù)量來(lái)實(shí)現(xiàn)增大電容器的合成電容 量。另外，使發(fā)光次數(shù)比較多，進(jìn)行測(cè)距動(dòng)作。降低靈敏度以不產(chǎn)生飽和，從而多次(10 30次左右)積蓄該部分的、原來(lái)測(cè)距所需的信號(hào)，使其達(dá)到所需的級(jí)別。上述檢測(cè)周圍光級(jí) 別的控制形成第3控制。在一例中，就基于周圍光的靈敏度切換級(jí)別來(lái)說(shuō)，將周圍光較少時(shí)的靈敏度設(shè)為 周圍光較多時(shí)的靈敏度的約20倍左右。再有，這時(shí)在測(cè)距動(dòng)作前檢測(cè)周圍光級(jí)別的測(cè)定動(dòng)作，如圖10A 圖10D所示，在 每個(gè)測(cè)距周期進(jìn)行一次。由此，即使在測(cè)距中周圍光的級(jí)別變化，從下一個(gè)測(cè)距動(dòng)作開(kāi)始， 也可以在對(duì)應(yīng)于周圍光的最合適的條件下測(cè)距。另外，通過(guò)將周圍光級(jí)別不設(shè)為兩級(jí)而設(shè)為3級(jí)以上，可以細(xì)分優(yōu)化發(fā)光次數(shù)、曝 光次數(shù)，使測(cè)距周期最短。例如，將周圍光級(jí)別分為0 300、300 600、600 1000勒克 斯3級(jí)，0 300克勒斯時(shí)，靈敏度可以提高到約為上述分為上述兩級(jí)的情況下的設(shè)為600 克勒斯以下的靈敏度的2倍。由此，可以使發(fā)光次數(shù)減少二分之一，可以使測(cè)距動(dòng)作所需時(shí) 間大約縮減一半。如以上上述，通過(guò)控制光接收側(cè)的曝光時(shí)間及光接收元件的靈敏度，可以使測(cè)距 傳感器小型化，同時(shí)可以準(zhǔn)確測(cè)量距長(zhǎng)距離的低反射物體的距離。如果延長(zhǎng)曝光時(shí)間，則可
11以使用發(fā)光效率較小的低價(jià)的發(fā)光元件，關(guān)系到降低測(cè)距傳感器成本。另外，即使是發(fā)光效 率較大的紅外發(fā)光元件，通過(guò)延長(zhǎng)曝光時(shí)間，也可以減少發(fā)光量，所以可以減少流過(guò)紅外發(fā) 光元件的電流，可以實(shí)現(xiàn)測(cè)距傳感器的電流低消耗。如上所述，本實(shí)施方式通過(guò)上述三角測(cè)量方式，檢測(cè)距某個(gè)范圍內(nèi)存在的物 體的 距離d。這里，如上面用圖15所說(shuō)明的，在通過(guò)三角測(cè)量方式檢測(cè)距物體距離d的光學(xué)式測(cè) 距傳感器中，距物體的距離d和輸出為反比關(guān)系。也就是說(shuō)，距物體距離近的位置，距離變動(dòng)引起的輸出變化較大，反之，距物體距 離遠(yuǎn)的位置，距離變動(dòng)引起的輸出變化較小。因此，為了對(duì)距物體的距離長(zhǎng)的位置進(jìn)行測(cè) 距，需要相應(yīng)的光量。為此，雖然有加大透鏡直徑的方法，但隨著透鏡直徑加大，發(fā)光側(cè)透鏡 中心和光接收側(cè)透鏡中心之間的距離A以及光接收側(cè)透鏡的焦距f (即光接收側(cè)透鏡和光 接收元件之間的距離)也變大，使光學(xué)式測(cè)距傳感器的大小變大。在這樣的背景下，作為裝載光學(xué)式測(cè)距傳感器用于電腦的人體檢測(cè)(檢測(cè)電腦前 是否有人，無(wú)人時(shí)控制關(guān)閉顯示器等，節(jié)約能耗)或手機(jī)的照相機(jī)自動(dòng)對(duì)焦的用途的大小， 期望發(fā)光側(cè)透鏡的中心和光接收側(cè)透鏡中心之間的距離A大約在IOmm以下，透鏡焦距f大 約在5mm以下。在本實(shí)施方式中，如上上述，即使距離變動(dòng)引起的輸出變化不大，也可以獲得用于 測(cè)量距物體的距離長(zhǎng)的位置所需要的相應(yīng)的光量，所以可以滿足這些參數(shù)所希望的大小。另外，在上述實(shí)施方式中，紅外LED5用第1透光性樹(shù)脂部分12密封，并且光接收 元件6用與第1透光性樹(shù)脂部分12分體的第2透光性樹(shù)脂部分7密封，但在本發(fā)明中，密 封紅外發(fā)光元件的第1透光性樹(shù)脂部分和密封光接收元件的第2透光性樹(shù)脂部分也可以為 一體。此外，在上述實(shí)施方式中，紅外LED5在第1控制中，每相同的時(shí)間間隔被間歇地驅(qū) 動(dòng)，傳感器6a在第1、第2、第3控制中，分別每相同的時(shí)間間隔間歇地曝光。但是，本發(fā)明 中，紅外發(fā)光元件也可以按全部不相同的時(shí)間間隔被間歇地驅(qū)動(dòng)，此外，光接收元件也可以 在第1、第2、第3控制中的至少一個(gè)中，按全部不同的時(shí)間間隔間歇地曝光。另外，第1控 制和第2控制的曝光時(shí)間必須相同，但不言而喻，第1控制和第3控制的曝光時(shí)間也可以不 同。此外，在本發(fā)明中，成對(duì)(即取來(lái)自相互的光接收元件的信號(hào)的差的組合)的第1控制 和第2控制的曝光時(shí)間必須相同是不言而喻的，但形成一對(duì)的第1控制和第2控制的曝光 時(shí)間與形成另一對(duì)的第1控制和第2控制的曝光時(shí)間也可以是不同的，這也是不言而喻的。此外，上述實(shí)施方式中，紅外發(fā)光元件是紅外LED5，但在本發(fā)明中，紅外發(fā)光元件 也可以是紅外發(fā)光激光元件。此外，上述實(shí)施方式中，將光接收元件6曝光預(yù)定的時(shí)間，但在本發(fā)明中，也可以 如上上述，取代將光接收元件曝光預(yù)定的時(shí)間，而是將光接收元件一直曝光，只是在預(yù)定的 時(shí)間使光接收元件動(dòng)作(激活)。此外，上述實(shí)施方式中，傳感器6a和紅外LED5的驅(qū)動(dòng)電路單元6f都包含在光接 收元件6中，被包含在一個(gè)芯片內(nèi)，但在本發(fā)明中，光接收元件和紅外發(fā)光元件的驅(qū)動(dòng)電路 單元也可以都不包含在一個(gè)芯片內(nèi)。例如，紅外發(fā)光元件的驅(qū)動(dòng)電路單元，可以與紅外發(fā)光 元件一起包含在一個(gè)芯片內(nèi)，也可以由別的芯片組成。在本實(shí)施方式中，由于使用CMOS圖像傳感器(用CMOS處理組成了像素單元的區(qū)域圖像傳感器)6a作為光接收元件6的光接收單元，所以可以容易地進(jìn)行外圍電路和信號(hào)處理單元的單芯片化，可以實(shí)現(xiàn)低電壓化和低消耗功率化。此外，如果在電腦、手機(jī)等電子設(shè)備上裝載本發(fā)明的光學(xué)式測(cè)距傳感器，既可以精 確地進(jìn)行測(cè)距，也可以實(shí)現(xiàn)低電壓化和低消耗功率化。以上，說(shuō)明了本發(fā)明的實(shí)施方式，但顯然本發(fā)明的實(shí)施方式也可以進(jìn)行各種變更。 這些變更并不應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是脫離了本發(fā)明的精神和范圍，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)不言而喻 的變更都將包含在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種光學(xué)式測(cè)距傳感器，其特征在于，具有紅外發(fā)光元件；光接收元件，面對(duì)所述紅外發(fā)光元件隔開(kāi)間隔配置，并且具有光接收單元；信號(hào)處理單元，處理從所述光接收單元輸出的信號(hào)；信息存儲(chǔ)器單元，保存來(lái)自光接收單元的信號(hào)包含的信息；以及信號(hào)處理軟件存儲(chǔ)器單元，存儲(chǔ)用于處理來(lái)自所述光接收單元的信號(hào)的軟件；第1透光性樹(shù)脂部分，密封所述紅外發(fā)光元件；第2透光性樹(shù)脂部分，密封所述光接收元件；遮光性樹(shù)脂構(gòu)件，接觸到所述第1透光性樹(shù)脂部分和所述第2透光性樹(shù)脂部分，并且具有使來(lái)自所述紅外發(fā)光元件的光通過(guò)的第1窗口部分，以及使入射到所述光接收元件的入射光通過(guò)的第2窗口部分；驅(qū)動(dòng)電路單元，驅(qū)動(dòng)所述紅外發(fā)光元件；光接收元件控制單元，控制所述光接收元件；以及控制單元，控制所述驅(qū)動(dòng)電路單元，以使其按預(yù)定間隔時(shí)間間歇地驅(qū)動(dòng)所述紅外發(fā)光元件，并且控制所述光接收元件控制單元，以使其與驅(qū)動(dòng)所述紅外發(fā)光元件的定時(shí)同步而使所述光接收元件曝光或動(dòng)作。
2.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)式測(cè)距傳感器，其特征在于 所述控制單元交替進(jìn)行第1控制，在每預(yù)先設(shè)定的第1期間，連續(xù)驅(qū)動(dòng)所述紅外發(fā)光元件，并且與連續(xù)驅(qū)動(dòng)所 述紅外發(fā)光元件的定時(shí)同步，控制所述光接收元件的控制單元，以使所述光接收元件連續(xù) 曝光或動(dòng)作，以及第2控制，在每預(yù)先設(shè)定的第2期間，停止驅(qū)動(dòng)所述紅外發(fā)光元件，另一方面，在與所述 第1控制中所述紅外發(fā)光元件連續(xù)驅(qū)動(dòng)時(shí)間大致相同的時(shí)間期間，控制所述光接收元件的 控制單元，以使所述光接收元件連續(xù)曝光或動(dòng)作，基于所述第1控制期間的來(lái)自所述光接收元件的信號(hào)和所述第2控制期間的來(lái)自所述 光接收元件的信號(hào)之間的差，測(cè)定距離。
3.如權(quán)利要求2所述的光學(xué)式測(cè)距傳感器，其特征在于所述控制單元進(jìn)行在預(yù)定的時(shí)間停止驅(qū)動(dòng)所述紅外發(fā)光元件，另一方面，控制所述光 接收元件的控制單元，以使所述光接收元件連續(xù)曝光或動(dòng)作的第3控制，所述控制單元基于所述第3控制期間的來(lái)自所述光接收元件的信號(hào)，控制所述光接收 元件的靈敏度、曝光或動(dòng)作時(shí)間中的至少一項(xiàng)。
4.如權(quán)利要求3所述的光學(xué)式測(cè)距傳感器，其特征在于所述控制單元在每預(yù)定的第3期間并且在所述第1控制和所述第2控制之前進(jìn)行所述 第3控制，并且交替地進(jìn)行所述第3控制、以及所述第1控制和第2控制構(gòu)成的控制。
5.如權(quán)利要求3和4所述的光學(xué)式測(cè)距傳感器，其特征在于所述控制單元基于在所述第3控制期間的來(lái)自所述光接收元件的信號(hào)，檢測(cè)周圍光的 照度，在檢測(cè)出的周圍照度比預(yù)定的照度小時(shí)，提高光接收元件的光接收靈敏度，并且減少 所述紅外發(fā)光元件的光的發(fā)光次數(shù)和所述光接收元件的光接收次數(shù)。
6.如權(quán)利要求3和4所述的光學(xué)式測(cè)距傳感器，其特征在于所述控制單元基于在所述第3控制期間的來(lái)自所述光接收元件的信號(hào)，檢測(cè)周圍光的 照度，在檢測(cè)出的周圍照度比預(yù)定的照度大時(shí)，降低所述光接收元件的光接收靈敏度，并且 增加所述紅外發(fā)光元件的光的發(fā)光次數(shù)和所述光接收元件的光接收次數(shù)。
7.電子設(shè)備，其特征在于，配有權(quán)利要求1至6中任意一項(xiàng)所述的光學(xué)式測(cè)距傳感器。
全文摘要
光學(xué)式測(cè)距傳感器具有用第1透光性樹(shù)脂部分密封的紅外LED；用第2透光性樹(shù)脂部分密封的光接收元件；接觸到所述第1、第2透光性樹(shù)脂部分的遮光性樹(shù)脂部分；驅(qū)動(dòng)紅外LED的驅(qū)動(dòng)電路單元；控制光接收元件的光接收元件控制單元；以及用于控制所述驅(qū)動(dòng)電路單元和光接收元件控制單元的控制單元。在該控制單元的控制下，使紅外LED的驅(qū)動(dòng)時(shí)間和光接收元件側(cè)的曝光時(shí)間為同一定時(shí)，而且在不驅(qū)動(dòng)紅外LED的期間使光接收元件曝光與所述曝光時(shí)間相同的時(shí)間。求基于驅(qū)動(dòng)紅外LED時(shí)的曝光的輸出和基于不驅(qū)動(dòng)紅外LED時(shí)的曝光的輸出之間的輸出差，根據(jù)該輸出差進(jìn)行測(cè)距。
文檔編號(hào)G01C3/00GK101839709SQ20101012052
公開(kāi)日2010年9月22日 申請(qǐng)日期2010年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月16日
發(fā)明者久保勝, 山口陽(yáng)史 申請(qǐng)人:夏普株式會(huì)社