JP2019191026A - Optical sensor and electronic apparatus - Google Patents
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Abstract
【課題】検出精度を向上させることができる光センサを提供する。【解決手段】光センサ1は、検知対象物70に向けて光を出射する発光素子10と、反射光を受光する受光素子20と、発光素子10および受光素子20を収容する筐体40とを備える。受光素子20は、発光素子10に面して設けられたパネル60からの反射光を原点基準として検出する第1受光部21と、検知対象物70からの反射光を信号光として検出する第2受光部22とを有する。筐体40は、発光素子10と受光素子20とが光学的に分離している。【選択図】図1Provided is an optical sensor capable of improving detection accuracy. An optical sensor includes a light emitting element that emits light toward a detection target, a light receiving element that receives reflected light, and a housing that houses the light emitting element and the light receiving element. Prepare The light receiving element 20 includes a first light receiving section 21 which detects the reflected light from the panel 60 provided facing the light emitting element 10 with the origin as a reference, and a second light receiving section which detects the reflected light from the detection object 70 as signal light. And a light receiving section 22. In the case 40, the light emitting element 10 and the light receiving element 20 are optically separated. [Selection diagram] Figure 1
Description
本発明は、光の飛行時間を計測する光センサおよび電子機器に関する。 The present invention relates to an optical sensor and an electronic device that measure a flight time of light.
従来、スマートフォンなどの携帯電話端末では、通話時の画面オフなどを目的として、表示画面を有するフロント側に、反射光量を検出する近接センサを設けている(例えば、特許文献1参照)。近年では、顔認証や虹彩認証などを行うため、光伝搬時間から対象物を検出することで長距離検出が可能なTOF(Time Of Flight)センサを、近接センサと置き換えた形態が広がってきている(例えば、特許文献2および特許文献3参照)。
2. Description of the Related Art Conventionally, in a mobile phone terminal such as a smartphone, a proximity sensor that detects the amount of reflected light is provided on the front side having a display screen for the purpose of turning off the screen during a call (see, for example, Patent Document 1). In recent years, in order to perform face authentication and iris authentication, a form in which a TOF (Time Of Flight) sensor capable of detecting a long distance by detecting an object from light propagation time is replaced with a proximity sensor has been spreading. (For example, refer to
特許文献1に記載の近接センサは、発光部と、光が戻ってきたかを検出する第1受光部とを有し、第1受光部は、受光面に対して垂直方向の指向性が高められている。近接センサは、透光性部材である開口窓(スマートフォンのパネルに対応)を介して、発光部からの光を放射しており、開口窓での反射光と、検出対象での反射光とを分離して検出するため、光を選択的に導くスリットを設けている。近接センサでは、検出対象からの反射光量の大きさから検出距離を算出しているが、スリットによる光量分離だけでは不完全なため、受光回路で減算処理を行って信号検出している。上述した光量検出では、対象物の反射率の影響を受けて正確な距離検出ができず、スリットを設けるコストも必要となる。
The proximity sensor described in
特許文献2に記載の光センサは、被検出物に向けて光を出射する発光素子と、発光素子から出射された光の一部を透過すると共に、光の他の一部を反射する光学部材と、反射光を受光する第1受光部および第2受光部を有する受光素子と、光学部材での反射光を反射して第2受光部へ案内する反射光案内部材とを備えている。
The optical sensor described in
図10は、従来の光センサを模式的に示す概略構成図である。 FIG. 10 is a schematic configuration diagram schematically showing a conventional optical sensor.
光センサ201は、発光素子211、出射側窓ガラス212、入射側窓ガラス213、受光素子214、基板215、および蓋216を備えている。発光素子211と受光素子214とは、互いに隣り合うように基板215上に搭載されている。出射側窓ガラス212は、発光素子211と被検出物250との間の光路上に配置されている。受光素子214は、被検出物250からの反射光を受光する第1受光部214aと、第2受光部214bとを有している。被検出物250からの反射光は、入射側窓ガラス213を介して、第1受光部214aに入射するようになっている。また、発光素子211から出射された光のうち、出射側窓ガラス212を通過せずに反射された光が、さらに複数回反射されて、第2受光部214bに入射する。基板215は、平板形状に形成されており、蓋216は、基板215の上面に取り付けられ、基板215の上面の大部分を覆っている。出射側窓ガラス212および入射側窓ガラス213は、発光素子211および受光素子214の位置に応じて、蓋216に取り付けられている。また、蓋216は、受光素子214の上面の一部であって、第1受光部214aと第2受光部214bとの間の部分に当接する隔壁部216aを有している。これによって、光センサ201には、被検出物250から第1受光部214aへ向かう反射光が通る第1導光路231と、出射側窓ガラス212から第2受光部214bへ向かう反射光が通る第2導光路232とが設けられている。つまり、蓋216と基板215とが反射光案内部材に対応する。
The
上述した光センサ201では、同一の受光素子214に設けられた第1受光部214aと第2受光部214bとを、隔壁部216aで分離しているが、受光素子214自体を分離しているわけではないので、光が漏れてしまう虞がある。また、反射光案内部材には、第1受光部214aへ向かう光が通る第1導光路231と、第2受光部214bへ向かう光が通る第2導光路232とが設けられているが、第1導光路231と第2導光路232とで分離されていなければならない。そして、発光素子211と受光素子214との位置関係に応じて、反射光案内部材の形状が決定されるので、各部の配置が制約されるという課題がある。
In the
特許文献3に記載の水滴検出装置は、ガラスの内表面に設けた反射部材にパルス光をほぼ垂直入射する発光部材と、反射部材でほぼ垂直反射されたパルス光を受光する基準受光部材と、ガラスでほぼ垂直反射されたパルス光を受光する検出受光部材と、基準受光部材と検出受光部材との出力信号の位相を比べる位相比較部とを備えている。上述した水滴検出装置では、基準受光部材と検出受光部材との間に発光部材を設けて、両者を分離している。TOFセンサでは、光速に対応するため、微小な単位(例えば、ピコ秒オーダー)での時間分解能が求められている。しかし、受光部材が分離されていると、距離を算出する処理回路において、ピコ秒オーダーの時間分解能が必要なのに対し、部材接続に必要な配線等に起因する寄生容量によって、大きな時間遅延誤差を生じてしまうという課題がある。 The water droplet detection device described in Patent Document 3 includes a light emitting member that makes a pulse light substantially perpendicularly incident on a reflecting member provided on the inner surface of the glass, a reference light receiving member that receives the pulse light reflected substantially vertically by the reflecting member, and A detection light-receiving member that receives pulsed light that is substantially vertically reflected by glass, and a phase comparison unit that compares the phases of output signals from the reference light-receiving member and the detection light-receiving member are provided. In the water droplet detection apparatus described above, a light emitting member is provided between the reference light receiving member and the detection light receiving member to separate them. In the TOF sensor, in order to cope with the speed of light, time resolution in a minute unit (for example, picosecond order) is required. However, if the light receiving member is separated, the processing circuit for calculating the distance requires time resolution on the order of picoseconds, but a large time delay error occurs due to the parasitic capacitance caused by the wiring necessary for connecting the members. There is a problem that it ends up.
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、検出精度を向上させることができる光センサおよび電子機器を提供することを目的とする。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is that it provides an optical sensor and an electronic device that can improve detection accuracy.
本発明に係る光センサは、検知対象物に向けて光を出射する発光素子と、反射光を受光する受光素子と、前記発光素子および前記受光素子を収容する筐体とを備え、光の飛行時間を計測する光センサであって、前記受光素子は、前記発光素子に面して設けられたパネルからの反射光を原点基準として検出する第1受光部と、前記検知対象物からの反射光を信号光として検出する第2受光部とを有し、前記発光素子と前記受光素子とは、光学的に分離して実装されていることを特徴とする。 An optical sensor according to the present invention includes a light emitting element that emits light toward an object to be detected, a light receiving element that receives reflected light, and a housing that houses the light emitting element and the light receiving element. An optical sensor for measuring time, wherein the light receiving element includes a first light receiving unit that detects reflected light from a panel provided facing the light emitting element as a reference, and reflected light from the detection target. And a light receiving element that is optically separated from each other and mounted.
本発明に係る光センサでは、前記筐体は、前記発光素子と前記受光素子との間に、光を遮る遮光部が設けられている構成としてもよい。 In the optical sensor according to the present invention, the housing may have a configuration in which a light shielding portion that blocks light is provided between the light emitting element and the light receiving element.
本発明に係る光センサでは、前記第2受光部は、前記発光素子に対し、前記第1受光部より近くに配置されている構成としてもよい。 In the optical sensor according to the present invention, the second light receiving unit may be disposed closer to the light emitting element than the first light receiving unit.
本発明に係る光センサでは、前記筐体は、前記第2受光部の直上部を開口した受光開口部を有する構成としてもよい。 In the optical sensor according to the present invention, the housing may have a light receiving opening that opens directly above the second light receiving portion.
本発明に係る光センサでは、前記第2受光部は、前記発光素子に対し、前記第1受光部より遠くに配置されている構成としてもよい。 In the optical sensor according to the present invention, the second light receiving unit may be disposed farther than the first light receiving unit with respect to the light emitting element.
本発明に係る光センサでは、前記第1受光部は、複数の受光領域に分割されており、前記複数の受光領域のうち、検出結果に反映する受光領域が予め設定されている構成としてもよい。 In the optical sensor according to the present invention, the first light receiving unit may be divided into a plurality of light receiving regions, and among the plurality of light receiving regions, a light receiving region reflected in a detection result may be set in advance. .
本発明に係る光センサは、前記反射光の時間分布を検出するヒストグラム回路を備え、前記ヒストグラム回路の検出結果に基づいて、前記検知対象物からの距離を出力する構成としてもよい。 The optical sensor according to the present invention may include a histogram circuit that detects a time distribution of the reflected light, and may output a distance from the detection object based on a detection result of the histogram circuit.
本発明に係る光センサでは、前記ヒストグラム回路は、前記反射光の時間分布におけるピーク値に基づいて、原点基準とする反射光の成分を選択する構成としてもよい。 In the optical sensor according to the present invention, the histogram circuit may be configured to select a component of the reflected light as a reference for the origin based on a peak value in the time distribution of the reflected light.
本発明に係る電子機器は、本発明に係る光センサを備えることを特徴とする。 An electronic apparatus according to the present invention includes the optical sensor according to the present invention.
本発明に係る電子機器は、前記光センサに対向して設けられたパネルを備え、前記パネルは、光を透過させる受光窓を有する構成としてもよい。 The electronic apparatus according to the present invention may include a panel provided to face the optical sensor, and the panel may include a light receiving window that transmits light.
本発明によると、発光素子から出射された光が、受光素子へ直接入射することを防いでいるので、パネルからの反射光を原点基準とすることにより、パネル面を原点とすることができ、検出精度を向上させることができる。 According to the present invention, since the light emitted from the light emitting element is prevented from directly entering the light receiving element, the panel surface can be the origin by using the reflected light from the panel as the origin reference, Detection accuracy can be improved.
(第1実施形態)
以下、本発明の第1実施形態に係る光センサについて、図面を参照して説明する。
(First embodiment)
Hereinafter, an optical sensor according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の第1実施形態に係る光センサを模式的に示す模式断面図である。 FIG. 1 is a schematic cross-sectional view schematically showing an optical sensor according to the first embodiment of the present invention.
本発明の第1実施形態に係る光センサ1は、発光素子10、受光素子20、基板30、および筐体40で構成されている。図1は、光センサ1の断面を模式的に示しており、図面の見易さを考慮して、ハッチングを省略している。
The
発光素子10は、基板30の上面(光センサ1の前面側)に搭載され、検知対象物に向けて光(図1では、出射光L1)を出射する。発光素子10は、例えば、VCSEL(面発光レーザ)や、LED(発光ダイオード)などである。本実施の形態では、発光素子10と基板30とを電気的に接続するワイヤ11が設けられているが、ワイヤ11を設けずに接続する構成としてもよい。
The
受光素子20は、発光素子10に対し、基板30の上面に沿った横方向Aで離間して、基板30の上面に搭載されている。受光素子20には、発光素子10に面して設けられたパネル60からの反射光(図1では、基準反射光L2)を原点基準として検出する第1受光部21と、検知対象物70からの反射光(図1では、検知反射光L3)を信号光として検出する第2受光部22とが設けられている。受光素子20は、例えば、光に高感度なアバランシェフォトダイオードである。
The
筐体40は、発光素子10および受光素子20を収容するように、光センサ1の前面側の一部を覆っている。本実施の形態において、発光素子10は、透明樹脂(透光性樹脂)で形成された発光封止部51で覆われており、受光素子20は、透明樹脂で形成された受光封止部52で覆われている。発光封止部51および受光封止部52によって、発光素子10および受光素子20が1次モールドされた状態に対し、黒色樹脂(遮光性樹脂)で形成された筐体40で2次モールドすることで、発光素子10と受光素子20とを光学的に分離している。
The
筐体40のうち、発光素子10と受光素子20との間に設けられた部分は、光を遮る遮光部41とされている。このように、遮光部41を設けて発光素子10と受光素子20とを分離することで、光の漏れを確実に防ぐことができる。
A portion of the
筐体40には、発光封止部51の一部(特に、発光素子10の直上部)を露出させた発光開口部42が設けられており、出射光L1は、発光開口部42を通って外部へ出射される。また、筐体40には、受光封止部52の一部(特に、第1受光部21および第2受光部22の直上部)を露出させた受光開口部43が設けられており、基準反射光L2および検知反射光L3は、受光開口部43を通って、受光素子20に入射する。
The
図1に示す構成において、第2受光部22は、発光素子10に対し、第1受光部21より遠くに配置されている。このように、第2受光部22を発光素子10からできるだけ離して配置することで、第2受光部22に意図しない光が入射する可能性を低減することができる。
In the configuration shown in FIG. 1, the second
本実施の形態に係る光センサ1は、例えば、スマートフォン、ロボット掃除機、およびサニタリー機器などの電子機器の内部に収納されており、前面側に面するパネル60が設けられている。パネル60には、出射光L1を透過させつつ、一部を反射させる受光窓61が設けられている。受光窓61は、発光開口部42および受光開口部43と面する部分に位置している。以下では説明のため、光センサ1とパネル60とが対向する方向を、照射方向Bと呼ぶことがある。光センサ1は、照射方向Bで面する位置に検知対象物70が存在する際、光の飛行時間を計測して、検知対象物70までの距離を算出する。
The
光通信や飛行時間計測における実用例では、フォトダイオードの雪崩増幅(アバランシェ)効果を利用して、微弱光を高速に検出しており、アバランシェフォトダイオードを用いている。アバランシェフォトダイオードは、逆バイアス電圧について、降伏電圧(ブレークダウン電圧)以下で動作させると、受光量に追従して出力電流が変動するリニアモードになり、降伏電圧以上で動作させるとガイガーモードになる。ガイガーモードとされたアバランシェフォトダイオードは、単一フォトンの入射でもアバランシェ現象を起こし、大きな出力電流を得られることから、シングルフォトンアバランシェダイオード(SPAD)と呼ばれる。 In practical examples in optical communication and time-of-flight measurement, avalanche photodiodes are used because weak light is detected at high speed using the avalanche amplification (avalanche) effect of photodiodes. When the avalanche photodiode is operated at a breakdown voltage (breakdown voltage) or lower with respect to the reverse bias voltage, the avalanche photodiode is in a linear mode in which the output current fluctuates following the amount of received light. . An avalanche photodiode in the Geiger mode is called a single photon avalanche diode (SPAD) because an avalanche phenomenon occurs even when a single photon is incident and a large output current can be obtained.
次に、アバランシェフォトダイオードをガイガーモードで用いる際の回路について、図面を参照して説明する。 Next, a circuit when the avalanche photodiode is used in the Geiger mode will be described with reference to the drawings.
図2は、ガイガーモードとなるように接続されたアバランシェフォトダイオードを示す回路図である。 FIG. 2 is a circuit diagram showing an avalanche photodiode connected in a Geiger mode.
アバランシェフォトダイオード(以下では、フォトダイオード81と略す)は、クエンチング抵抗82に直列接続されている。フォトダイオード81とクエンチング抵抗82との間には、トランジスタ83のゲートが接続されている。フォトダイオード81に一定以上の電流が流れると、フォトダイオード81に印加される電圧が低下し、アバランシェ現象が停止する。
An avalanche photodiode (hereinafter abbreviated as a photodiode 81) is connected in series to a quenching
第1受光部21および第2受光部22では、上述した回路を用いることで、高速動作が可能となる。光センサ1では、第1受光部21での検出タイミングを起点(原点基準)にし、第2受光部22が検出するまでの時間tを用いて、検知対象物70までの距離Lを、「L=c(光速)×t÷2」という計算式から算出する。なお、光センサ1を用いた検出方法については、後述する図6を参照して、詳細に説明する。
The first
上述したように、発光素子10から出射された光が、受光素子20へ直接入射することを防いでいるので、パネル60からの反射光を原点基準とすることにより、パネル面を原点とすることができ、検出精度を向上させることができる。つまり、発光素子10と受光素子20との間を光学的に確実に遮断しているので、誤検知を懸念せず、受光素子20にアバランシェフォトダイオードを採用することができる。
As described above, since the light emitted from the
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態に係る光センサについて、図面を参照して説明する。
(Second Embodiment)
Next, an optical sensor according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図3は、本発明の第2実施形態に係る光センサを模式的に示す模式断面図であって、図4は、図3に示す光センサの模式上面図である。 FIG. 3 is a schematic cross-sectional view schematically showing an optical sensor according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a schematic top view of the optical sensor shown in FIG.
第2実施形態では、第1実施形態に対し、受光素子20における配置が異なっている。具体的に、第2受光部22は、発光素子10に対し、第1受光部21より近くに配置されている。つまり、第2実施形態では、第1実施形態に対し、第1受光部21と第2受光部22との位置が入れ替わっている。光センサ1では、信号光を精度良く検出することで、より正確な飛行時間を計測することができる。そのため、発光素子10と第2受光部22とをできるだけ近づけることで、第2受光部22に入射する光の傾斜を小さくでき、効率よく受光することができる。
In 2nd Embodiment, arrangement | positioning in the
また、本実施の形態において、受光開口部43は、主に、第2受光部22の直上部を露出させるように設けられており、第1実施形態と比べて、開口している幅が横方向Aで狭くなっている。受光開口部43が狭くなっているのに応じて、パネル60の受光窓61も横方向Aの幅が狭くなっている。このように、第1受光部21は、直上部が遮光性を有する材料で覆われているので、外乱光の入射による誤動作を軽減することができる。
Further, in the present embodiment, the
第2受光部22については、照射方向Bで遠方に存在する検知対象物70からの反射光(検知反射光L3)が入射しやすい構造とされていることが好ましく、直上部が露出されていることが好ましい。これに対し、第1受光部21では、照射方向Bで近傍に存在するパネル60(特に、受光窓61)からの反射光(基準反射光L2)が入射すればよい。つまり、基準反射光L2は、検知対象物70よりも近傍に存在するパネル60での反射光なので、検知反射光L3より照射方向Bに対し傾斜していても、受光開口部43を通って、第1受光部21に入射する。
About the 2nd light-receiving
パネル60において、受光窓61は、光(例えば、赤外光)を透過させる材料で形成されているので、パネル60全体と色合いが異なる場合がある。そのため、受光窓61をできるだけ小さくすることで、目立たないようにし、デザイン性を向上させることができる。
In the
次に、第1受光部21について、複数の受光領域ZRを設けた変形例について、図面を参照して説明する。
Next, a modified example in which the first
図5は、複数の受光領域を有する第1受光部を示す模式上面図である。 FIG. 5 is a schematic top view showing a first light receiving unit having a plurality of light receiving regions.
変形例における第1受光部21は、複数の受光領域ZRに分割されている。図5では、6つの受光領域ZRに分割された構成を示しているが、これに限定されず、分割する数を変えたり、それぞれの受光領域ZRでサイズを異ならせたりしてもよい。複数の受光領域ZRのうち、検出結果に反映する受光領域ZRは、ユーザによって予め設定されている。検出結果に反映する受光領域ZRは、いずれか1つであってもよいし、複数選択されてもよい。この構成によると、第1受光部21に複数の受光領域ZRを設けることで、適切な受光領域ZRが選択されるように、適宜設定することができる。つまり、光センサ1は、取り付ける製品によって、パネル60などに対する位置関係が変わり、最適な位置の受光領域ZRを選択することで、適切に反射光を検出することができる。また、複数の受光領域ZRを併せて設定することで、反射光の検出に必要な光量を得ることができる。
The first
(ブロック図)
次に、光センサ1の概略構成について、図6を参照して説明する。
(Block Diagram)
Next, a schematic configuration of the
図6は、光センサの概略構成を示すブロック図である。 FIG. 6 is a block diagram showing a schematic configuration of the optical sensor.
高電圧源回路101の後段には、検出側受光アレイ部102Aと基準側受光アレイ部102Bとが並列に設けられている。検出側受光アレイ部102Aは、第2受光部22に対応し、基準側受光アレイ部102Bは、第1受光部21に対応している。検出側受光アレイ部102Aの後段には、検出側アレイ接続部103Aが設けられており、基準側受光アレイ部102Bの後段には、基準側アレイ接続部103Bが設けられている。検出側アレイ接続部103Aの後段には、ディレイロックループ回路106と検出側パルスカウンタ回路107Aとが並列に設けられている。また、基準側アレイ接続部103Bの後段には、ディレイロックループ回路106と基準側パルスカウンタ回路107Bとが並列に設けられている。つまり、ディレイロックループ回路106は、検出側アレイ接続部103Aと基準側アレイ接続部103Bとの両方に接続されており、後段にレンジカウンタ回路108が設けられている。また、ディレイロックループ回路106およびレンジカウンタ回路108は、フェイズロックループ回路105を介して発信器104に接続されている。さらに、検出側パルスカウンタ回路107A、基準側パルスカウンタ回路107B、およびレンジカウンタ回路108の後段には、I2C回路109が設けられている。I2C回路109の後段には、入出力回路112が設けられ、入出力回路112は、端子経路120に入出力端子STが接続されている。なお、図6では、入出力端子STを1つとしているが、これに限定されず、入出力回路112から入出力される信号に応じて、端子経路120との接点が複数設けられていてもよい。
At the subsequent stage of the high
端子経路120には、第1エミッタ端子ET1、第2エミッタ端子ET2、第3エミッタ端子ET3、および第4エミッタ端子ET4を介して、エミッタドライバ110が接続されている。そして、第2エミッタ端子ET2には、発光素子111(図1の発光素子10に対応)のアノード端子が接続され、第3エミッタ端子ET3には、発光素子111のカソード端子が接続されている。また、端子経路120には、電源端子VTとグランド端子GTとが設けられている。
An
光センサ1では、エミッタドライバ110によって、発光素子111をパルス駆動させる。発光素子111から発せられた光信号は、高電圧を印加した検出側受光アレイ部102Aおよび基準側受光アレイ部102Bで受光する。ここで、検出側受光アレイ部102Aの検出信号と基準側受光アレイ部102Bの検出信号との時間差について、約1万発のパルス分だけディレイロックループ回路106で平均化する。その後、時間差に依存するパルス信号数をレンジカウンタ回路108で検出し、I2C回路109によって距離値として出力する。このように、検出側受光アレイ部102Aの検出信号と基準側受光アレイ部102Bの検出信号と比較して、距離値を算出することから、検出側受光アレイ部102Aと基準側受光アレイ部102Bとで同じ特性とすることで、検出信号の整合性を取ることが容易になる。
In the
次に、光センサ1の概略構成の変形例について、図7を参照して説明する。
Next, a modification of the schematic configuration of the
図7は、光センサの概略構成の変形例を示すブロック図である。 FIG. 7 is a block diagram showing a modification of the schematic configuration of the optical sensor.
変形例では、図6に示す構成に対して、検出側アレイ接続部103Aおよび基準側アレイ接続部103BからI2C回路109までの部分が異なっている。具体的に、検出側アレイ接続部103Aの後段には、第1TDC(Time to Digital Converter)回路113Aと第2TDC回路113Bとが並列に設けられている。また、基準側アレイ接続部103Bの後段には、第1TDC回路113Aと第2TDC回路113Bとが並列に設けられている。つまり、第1TDC回路113Aおよび第2TDC回路113Bには、検出側受光アレイ部102Aの検出信号と基準側受光アレイ部102Bの検出信号とがそれぞれ入力される。第1TDC回路113Aおよび第2TDC回路113Bの後段には、マルチプレクサ114(MUX)が設けられている。マルチプレクサ114の後段には、ヒストグラム回路115、距離演算回路116、およびI2C回路109が順に接続されている。
In the modification, the configuration from the detection side
変形例では、検出側受光アレイ部102Aの検出信号と基準側受光アレイ部102Bの検出信号との時間差について、第1TDC回路113Aおよび第2TDC回路113Bによって、検出信号を時系列ヒストグラム化しており、より高精度な距離値として出力する。図6に示す方式では、検出信号の全ての平均出力を得るのに対して、変形例では、例えば、反射光量の多い位置について、複数検出することができる。
In the modification, the
図8は、受光信号の時間ヒストグラムの一例を示す特性図である。 FIG. 8 is a characteristic diagram showing an example of a time histogram of the received light signal.
図8において、横軸は時間の経過を示し、縦軸は検出パルス数を示しており、時間の経過に対し、第2受光部22での検出パルス数の変動を示すグラフとされている。光センサ1には、外乱光が一部入射するので、常に一定数のパルスが検出されている(外乱光成分BSに対応)。そして、図8に示す時間ヒストグラムでは、検出パルス数が、外乱光成分BSよりも増加しているピークが3箇所存在している。最も早い時間に確認された第1反射光成分HS1は、検出パルス数が200弱であって、次に早い時間に確認された第2反射光成分HS2は、検出パルス数が400弱であって、最も遅い時間に確認された第3反射光成分HS3は、検出パルス数が約150である。3つのピークのうち、第1反射光成分HS1は、パネル60での正反射成分から遅れて入射した多重反射光成分に相当する。検知対象物70での反射光か、パネル60での多重反射光かどうかは、例えば、パルスが検出された時間などによって、判別すればよい。
In FIG. 8, the horizontal axis indicates the passage of time, the vertical axis indicates the number of detected pulses, and is a graph showing the fluctuation of the number of detected pulses in the second
上述したように、図7に示す構成では、反射光の時間分布を検出するヒストグラム回路115を備え、ヒストグラム回路115の検出結果に基づいて、前記検知対象物からの距離を出力する。このように、反射光の時間分布を検出することで、より高精度な結果を出力することができる。つまり、複数の対象からの反射光を受光した場合でも、それぞれを受光した時間に基づいて、距離を個別に出力することができる。
As described above, the configuration shown in FIG. 7 includes the
また、ヒストグラム回路115では、反射光の時間分布におけるピーク値に基づいて、原点基準とする反射光の成分を選択してもよい。次に、時間ヒストグラムについて、原点基準とする反射光の成分を選択した際の処理について、図面を参照して説明する。
Further, the
図9は、図8の時間ヒストグラムにおいて、原点基準を選択した状態を示す特性図である。 FIG. 9 is a characteristic diagram showing a state in which the origin reference is selected in the time histogram of FIG.
ヒストグラム回路115は、図8に示す時間ヒストグラムに対し、第1反射光成分HS1を原点基準としている。その結果、第1反射光成分HS1以降に検出されたピークに基づいて、距離値を出力するように処理され、図9に示すように、第1反射光成分HS1は、距離値の算出する際に無視される。上述したように、受光素子20には、対象物で直接反射した光だけでなく、多重に反射して遅れた光など、距離の測定には不要な光が入射することがある。そこで、時間分布におけるピーク値に基づいて、適切な反射光の成分を原点基準に設定することで、不要な成分を無視し、誤測定を避けることができる。
The
なお、今回開示した実施の形態は全ての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。従って、本発明の技術的範囲は、上記した実施の形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれる。 It should be noted that the embodiment disclosed herein is illustrative in all respects and does not serve as a basis for limited interpretation. Therefore, the technical scope of the present invention is not interpreted only by the above-described embodiment, but is defined based on the description of the scope of claims. Moreover, all the changes within the meaning and range equivalent to a claim are included.
1 光センサ
10 発光素子
11 ワイヤ
20 受光素子
21 第1受光部
22 第2受光部
30 基板
40 筐体
41 遮光部
42 発光開口部
43 受光開口部
51 発光封止部
52 受光封止部
60 パネル
61 受光窓
70 検知対象物
A 横方向
B 照射方向
DESCRIPTION OF
Claims (10)
反射光を受光する受光素子と、
前記発光素子および前記受光素子を収容する筐体とを備え、光の飛行時間を計測する光センサであって、
前記受光素子は、前記発光素子に面して設けられたパネルからの反射光を原点基準として検出する第1受光部と、前記検知対象物からの反射光を信号光として検出する第2受光部とを有し、
前記発光素子と前記受光素子とは、光学的に分離して実装されていること
を特徴とする光センサ。 A light emitting element that emits light toward the detection target;
A light receiving element for receiving the reflected light;
An optical sensor comprising a housing for housing the light emitting element and the light receiving element, and measuring a flight time of light,
The light receiving element includes a first light receiving unit that detects reflected light from a panel provided facing the light emitting element with reference to an origin, and a second light receiving unit that detects reflected light from the detection object as signal light. And
The light sensor, wherein the light receiving element and the light receiving element are optically separated and mounted.
前記筐体は、前記発光素子と前記受光素子との間に、光を遮る遮光部が設けられていること
を特徴とする光センサ。 The optical sensor according to claim 1,
The optical sensor according to claim 1, wherein the casing is provided with a light blocking portion that blocks light between the light emitting element and the light receiving element.
前記第2受光部は、前記発光素子に対し、前記第1受光部より近くに配置されていること
を特徴とする光センサ。 The optical sensor according to claim 1 or 2,
The second light receiving unit is disposed closer to the light emitting element than the first light receiving unit.
前記筐体は、前記第2受光部の直上部を開口した受光開口部を有すること
を特徴とする光センサ。 The optical sensor according to claim 3,
The optical sensor according to claim 1, wherein the housing includes a light receiving opening having an opening directly above the second light receiving portion.
前記第2受光部は、前記発光素子に対し、前記第1受光部より遠くに配置されていること
を特徴とする光センサ。 The optical sensor according to claim 1 or 2,
The second light receiving unit is disposed farther than the first light receiving unit with respect to the light emitting element.
前記第1受光部は、複数の受光領域に分割されており、前記複数の受光領域のうち、検出結果に反映する受光領域が予め設定されていること
を特徴とする光センサ。 An optical sensor according to any one of claims 1 to 5,
The first light receiving unit is divided into a plurality of light receiving regions, and among the plurality of light receiving regions, a light receiving region that reflects a detection result is set in advance.
前記反射光の時間分布を検出するヒストグラム回路を備え、
前記ヒストグラム回路の検出結果に基づいて、前記検知対象物からの距離を出力すること
を特徴とする光センサ。 An optical sensor according to any one of claims 1 to 6,
A histogram circuit for detecting a time distribution of the reflected light;
An optical sensor that outputs a distance from the detection target based on a detection result of the histogram circuit.
前記ヒストグラム回路は、前記反射光の時間分布におけるピーク値に基づいて、原点基準とする反射光の成分を選択すること
を特徴とする光センサ。 The optical sensor according to claim 7,
The optical sensor, wherein the histogram circuit selects a reflected light component based on an origin based on a peak value in a time distribution of the reflected light.
前記光センサに対向して設けられたパネルを備え、
前記パネルは、光を透過させる受光窓を有すること
を特徴とする電子機器。 The electronic device according to claim 9,
A panel provided opposite to the photosensor;
The panel includes a light receiving window that transmits light.
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