光學式測距傳感器以及電子儀器的製作方法

2023-07-27 03:30:51 2

專利名稱：光學式測距傳感器以及電子儀器的製作方法
技術領域：
本發明涉及對至物體的距離進行檢測的光學式測距傳感器以及搭載了該光學式測距傳感器的電子儀器。
背景技術：
以往，作為對至物體的距離進行檢測的光學式測距傳感器，存在如下的光學式位移測定裝置(特開2002-195807號公報專利文獻1)以及光學式位移計(特開2006-38571 號公報專利文獻2)由投光鏡頭(light projecting lens)聚集從雷射二極體等發光元件放射的光，並將所得到的光束照射到被測定物體，由光接收鏡頭聚集由上述被測定物體的表面反射的漫反射光的一部分，從而在MOS (金屬氧化物半導體)圖像傳感器的光接收面上形成光接收斑點，並根據上述光接收面上的光接收斑點的位置檢測至被測定物體的距罔。圖11表示公開在上述專利文獻1的光學式位移測定裝置以及公開在上述專利文獻2的光學式位移計的概略結構。如圖11所示，作為光接收元件的CMOS(互補型金屬氧化物半導體)圖像傳感器1與作為發光元件的雷射二極體2沒有處於同一平面狀，CMOS圖像傳感器1和雷射二極體2各自的封裝(package)也分別形成。此外，對從CMOS圖像傳感器 1輸出的信號進行處理的信號處理部3、雷射二極體2的驅動電路部(未圖示)形成在CMOS 圖像傳感器1的晶片的外部，CMOS圖像傳感器1、信號處理部3以及上述驅動電路部沒有全部設置在一個晶片內。圖12表示上述CMOS圖像傳感器1的平面圖。需要考慮形成在有效光接收部Ia上的光斑4的尺寸和位置等各種偏差，而設定CMOS圖像傳感器1的有效光接收部Ia的尺寸， 使得光斑4的位置即使散亂也收斂到有效光接收部Ia內。但是關於這一點，在專利文獻1 和專利文獻2的任何一個都沒有記載，根據伴隨著被測定物體的移動而移動的光斑4的移動範圍以及光斑4的尺寸，可以推測到有效光接收部Ia的尺寸變得相當大。公開在上述專利文獻1的以往的光學式位移測定裝置以及公開在上述專利文獻2 的以往的光學式位移計，存在如下的問題。即，在如上所述的以往的光學式測距傳感器中，作為光接收元件使用CMOS圖像傳感器1，但是CMOS圖像傳感器1的有效光接收部Ia沒有與作為發光元件的雷射二極體2形成同一平面，CMOS圖像傳感器1和雷射二極體2各自的封裝也分別形成，並且CMOS圖像傳感器1、信號處理部3以及上述驅動電路部的全部沒有形成在一個晶片。從而光學式測距傳感器整體的尺寸變大，因此存在生產工序多、由於各工序的作業也要求精度而變得複雜、製造成本變高等問題。此外，對上述CMOS圖像傳感器1的有效光接收部Ia的尺寸沒有規定，並且根據伴隨著被測定物體的移動而移動的光斑4的移動範圍以及光斑4的尺寸，可以推測到有效光接收部Ia的尺寸變得相當大，從而存在CMOS圖像傳感器1的晶片尺寸變大、成本提高的問題。
而且，在特徵方面，由於上述有效光接收部Ia的尺寸變大，因此在求有效光接收部Ia上的光斑4的重心時，也取入不需要的部分的光接收部的數據而進行計算。從而，存在計算所需的時間增大而光學式測距傳感器的響應時間變長、耗電也增大的問題。而且，不需要的部分的光接收部的數據成為在求光斑4的重心時的噪聲，因此S/N變小，所求的重心值的誤差變大。因此，存在作為光學式測距傳感器的性能下降的問題。專利文獻專利文獻1 特開2002-195807號公報專利文獻2 特開2006-38571號公報

發明內容
因此，本發明的課題在於，提供即使是因處於測距範圍內的遠距離側而反射光量少的被測定物體也能夠準確地進行測距的小型、高性能、低耗電、高速響應以及廉價的光學式測距傳感器、以及搭載了該光學式測距傳感器的電子儀器。為了解決上述課題，本發明的光學式測距傳感器包括發光部，對被測定物體照射光束；光接收部，上述被測定物體對上述光束的反射光入射到該光接收部，並且形成上述反射光的光斑；以及處理電路部，對來自上述光接收部的輸出信號進行處理，從而檢測到上述被測定物體的距離，其特徵在於，上述光接收部包括在第一方向和正交於該第一方向的第二方向上以矩陣狀配置多個光接收單元(cell)的有效光接收部，該第一方向是當上述被測定物體在上述發光部的光軸方向上移動時上述光斑的位置所移動的方向，上述有效光接收部在上述第二方向上的尺寸為，上述光斑的半徑以上並且直徑以下。根據上述結構，在從發光部照射的光束在被測定物反射的反射光進行入射的光接收部上，形成當上述被測定物體在上述發光部的光軸方向上移動時在第一方向上移動的光斑。而且，上述光接收部的有效光接收部在正交於上述第一方向的第二方向上的尺寸，被設定成上述光斑的半徑以上且直徑以下。因此，為求出上述光斑的重心而確保充分的尺寸，並且縮小搭載上述光接收部的晶片，從而能夠縮小本光學式測距傳感器整體的尺寸，並且降低製造成本。此外，在一個實施方式的光學式測距傳感器中，上述有效光接收部在上述第二方向上的尺寸為上述光斑的半徑。根據該實施方式，將上述有效光接收部的上述第二方向上的尺寸設定為上述光斑的半徑。因此，可以將上述光接收部的大小設定為能夠求所形成的光斑的重心所必要的最小限度的大小。此外，在一個實施方式的光學式測距傳感器中，上述有效光接收部由上述光接收部的整體構成。根據該實施方式，上述光接收部的整體成為上述有效光接收部，因此能夠消除上述光接收部的不需要的部分即無效光接收部。因此消除來自上述無效光接收部的不需要的信號，從而能夠縮短上述處理電路部的處理時間、以及本光學式測距傳感器的響應時間，並且減少耗電。而且，通過消除上述不需要的信號，從而能夠增大信號處理時的S/N，能夠提升性能。此外，在一個實施方式的光學式測距傳感器中，上述有效光接收部由上述光接收部的一部分區域構成，上述光接收部中上述有效光接收部以外的區域不作為用於測距的光接收部而起作用。根據該實施方式，上述光接收部的上述有效光接收部以外的區域不作為用於測距的光接收部而起作用，因此能夠消除來自上述有效光接收部以外的區域的不需要的信號。 因此能夠縮短上述處理電路部的處理時間、以及本光學式測距傳感器的響應時間，並且減少耗電。而且，通過消除上述不需要的信號，從而能夠增大信號處理時的S/N，能夠提升性能。此外，在一個實施方式的光學式測距傳感器中，上述有效光接收部為，將形成在上述光接收部上的上述光斑的重心的位置或者光強度峰值的位置設為上述第二方向的中心，將從上述光斑的設計的半徑以上且直徑以下的範圍中選擇的一個值設為上述第二方向上的寬度的區域。根據該實施方式，能夠基於實際形成在上述光接收部上的上述光斑的重心的位置或者光強度峰值的位置設定上述有效光接收部，因此能夠在本光學式測距傳感器的製造工序中設定上述有效光接收部。因此，即使在製造工序中在上述光斑的設計的位置上產生偏差的情況下，也能夠對各個產品的每一個根據實際的光斑位置以及尺寸最適當地設定上述有效光接收部。此外，在一個實施方式的光學式測距傳感器中，上述有效光接收部是在設定了上述第二方向上的寬度的有效光接收部中如下的區域由設定在與遠距離側的光斑的重心的位置或者光強度峰值的位置相比、在上述第一方向上向外側偏離上述光斑的設計的半徑程度的位置上的設定位置，和設定在與近距離側的光斑的重心的位置或者光強度峰值的位置相比、在上述第一方向上向外側偏離上述光斑的設計的半徑程度的位置上的設定位置所夾的區域，其中，所述遠距離側的光斑是在上述被測定物體位於可測定範圍的最遠距離時形成在上述光接收部上的，所述近距離側的光斑是在上述被測定物體位於可測定範圍的最近的距離時形成在上述光接收部上的。根據該實施方式，能夠規定設定了上述第二方向上的寬度的有效光接收部的上述第一方向上的長度。因此，即使在製造工序中在上述光斑的設計的位置上產生偏差的情況下，也能夠對各個產品的每一個根據實際的光斑位置最適當地、且必要的最小限度的大小地設定上述有效光接收部。此外，在一個實施方式的光學式測距傳感器中，上述有效光接收部為，將形成在上述光接收部上的上述光斑的光強度峰值的位置設為上述第二方向上的中心，將在上述第二方向上對在上述光斑的光強度分布中對於上述光強度峰值呈現規定的比例的光強度的區域進行了測量的大小設為上述第二方向上的寬度的區域。根據該實施方式，能夠基於實際形成在上述光接收部上的上述光斑的光強度峰值的位置和光強度分布設定上述有效光接收部，因此能夠在本光學式測距傳感器的製造工序中設定上述有效光接收部。因此，即使在製造工序中在上述光斑的設計的位置和尺寸上產生偏差的情況下，也能夠對各個產品的每一個根據實際的光斑位置以及尺寸高精度地設定上述有效光接收部。此外，在一個實施方式的光學式測距傳感器中，上述有效光接收部為，在設定了上述第二方向上的寬度的有效光接收部中如下的區域由設定在與遠距離側的光斑的光強度峰值的位置相比、在上述第一方向上向外側偏離在上述第一方向上測量對於該光強度峰值呈現規定比例的光強度的區域的大小的1/2 程度的位置上的設定位置，和設定在與近距離側的光斑的光強度峰值的位置相比、在上述第一方向上向外側偏離在上述第一方向上測量對於該光強度峰值呈現上述規定比例的光強度的區域的大小的1/2程度的位置上的設定位置所夾的區域，其中所述遠距離側的光斑是在上述被測定物體位於可測定範圍的最遠的距離時形成在上述光接收部上的，所述近距離側的光斑是在上述被測定物體位於上述可測定範圍的最近的距離時形成在上述光接收部上的。根據該實施方式，能夠規定設定了上述第二方向上的寬度的有效光接收部的上述第一方向上的長度。因此，即使在製造工序中在上述光斑的設計的位置和尺寸上產生偏差的情況下，也能夠對各個產品的每一個根據實際的光斑位置最適當地、且必要的最小限度的大小地設定上述有效光接收部。此外，在一個實施方式的光學式測距傳感器中，對於上述光強度峰值的規定的比例為，從上述光強度峰值的光強度的10%以上且 50%以下的範圍中選擇的一個值。根據該實施方式，上述有效光接收部在上述第二方向上的寬度被設定成，在上述第二方向上對在上述光斑的光強度分布中對於上述光強度分布呈現上述光強度峰值的光強度的10%以上且50%以下的光強度的區域進行了測量的大小。因此，能夠將上述有效光接收部在上述第二方向上的尺寸設定成上述光斑的半徑以上且直徑以下。從而，能夠縮小搭載上述光接收部的晶片。此外，在一個實施方式的光學式測距傳感器中，還包括信號處理軟體存儲器部，存儲用於上述處理電路部的信號處理的程序；存儲器部，存儲數據，該數據包含通過上述處理電路部的信號處理所得到的數據； 以及驅動電路部，在規定的定時驅動上述發光部，上述發光部和上述光接收部搭載在同一平面上，上述處理電路部、上述信號處理軟體存儲器部、上述存儲器部以及上述驅動電路部，與上述光接收部一起由一個晶片構成。根據該實施方式，上述發光部和上述光接收部搭載在同一平面上。而且，上述處理電路部、上述信號處理軟體存儲器部、上述存儲器部以及上述驅動電路部，與上述光接收部一起由一個晶片構成。從而，能夠縮小本光學式測距傳感器整體的尺寸，並能夠降低製造成本。此外，該發明的電子儀器，其特徵在於，包括該發明的光學式測距傳感器。根據上述結構，由於包括小型、高性能、低耗電、高速響應以及廉價的光學式測距傳感器，因此本電子儀器能夠高精度且短時間地對至作為測定對象的被測定物體的距離進行測量。這時，能夠最小限度地抑制因搭載上述光學式測距傳感器而導致的大型化、耗電的提升以及價格的提高。通過以上說明所顯而易見的那樣，該發明的光學式測距傳感器，在從發光部照射的光束在被測定物反射的反射光進行入射的光接收部的有效光接收部中，正交於當上述被測定物體在上述發光部的光軸方向上移動時上述光斑的位置所移動的方向即第一方向的第二方向上的尺寸被設定成上述光斑的半徑以上且直徑以下。從而，縮小搭載上述光接收部的晶片，能夠縮小本光學式測距傳感器整體的尺寸，並能夠降低製造成本。而且，如果由上述光接收部的整體構成上述有效光接收部、或者上述光接收部的上述有效光接收部以外的區域不作為用於測距的光接收部而起作用，則能夠消除來自上述有效光接收部以外的區域的不需要的信號。因此，能夠縮短上述處理電路部的處理時間、以及本光學式測距傳感器的響應時間，並且能夠減少耗電。而且，通過消除上述不需要的信號，從而能夠增大信號處理時的S/N,能夠提升性能。此外，由於該發明的電子儀器包括小型、高性能、低耗電、高速響應以及廉價的光學式測距傳感器，因此本電子儀器能夠高精度且短時間地對至作為測定對象的被測定物體的距離進行測量。這時，能夠最小限度地抑制因搭載上述光學式測距傳感器而導致的大型化、耗電的提升以及價格的提高。根據以下的詳細的說明和附圖，應能夠更充分地理解本發明。附圖只是用於說明， 並不對本發明進行限制。


圖IA以及圖IB分別是表示該發明的光學式測距傳感器的概略結構的平面圖以及截面圖。圖2是表示圖IB的光接收元件的內部結構的圖。圖3是圖2的位置檢測光接收部的有效光接收部的尺寸的說明圖。圖4是與圖3不同的有效光接收部的尺寸的說明圖。圖5是圖4的光斑的中心與有效光接收部的中心偏離的情況的說明圖。圖6是對於圖2的位置檢測光接收部的、與圖3 圖5不同的有效光接收部的設定方法的說明圖。圖7是與圖6不同的有效光接收部的設定方法的說明圖。圖8是與圖6以及圖7不同的有效光接收部的設定方法的說明圖。圖9是與圖6 圖8不同的有效光接收部的設定方法的說明圖。圖10是與圖6 圖9不同的有效光接收部的設定方法的說明圖。圖11是表示以往的光學式測距傳感器的概略結構的圖
圖12是圖11的CMOS圖像傳感器的平面圖。標號說明11引線框12發光元件13光接收元件13a位置檢測光接收部13b處理電路部13c信號處理軟體存儲器部13d信號處理數據存儲器部13e存儲器部13f驅動電路部14a、14b透光性樹脂14cU4d透光性樹脂的窗部15遮光性樹脂16發光側鏡頭17光接收側鏡頭18鏡頭盒19、19a、19b 光斑20a、20b、2la、2Ib位置檢測光接收部的不需要的部分Gl、G2光斑的重心或者光強度峰值的位置D光斑的直徑r光斑的半徑PI、P2光斑的光強度峰值的位置
具體實施例方式以下，通過圖示的實施方式詳細地說明該發明。圖IA以及IB是表示本實施方式的光學式測距傳感器的概略結構的圖。另外，圖IA是平面圖，圖IB是圖IA的箭頭1B-1B 向截面圖。如圖IB所示，本光學式測距傳感器在引線框(lead frame) 11上配置了由紅外 LED(發光二極體)或者紅外面發光雷射器等組成的一個發光元件12和一個光接收元件 13。這裡，如圖2所示，光接收元件13包括由m行Xn列(m彡2，η彡2)的CMOS面傳感器、CCD(電荷耦合元件)面傳感器或者光電二極體列組成的位置檢測光接收部13a ；對從位置檢測光接收部13a輸出的信號進行處理的處理電路部13b ；存儲用於信號處理的程序的信號處理軟體存儲器部13c ；存儲通過信號處理得到的數據的信號處理數據存儲器部13d ； 由快閃記憶體(或者「e-fuse」等存儲器)組成的存儲器部13e ；以及在規定的定時驅動發光元件 12的驅動電路部13f，並且由一個晶片構成。S卩，本實施方式通過上述位置檢測光接收部13a，構成在權利要求書中的光接收部。另外，上述位置檢測光接收部13a構成為，以矩陣狀在當成為測距對象的被測定物體在發光元件12的光軸方向上移動時光斑的位置在位置檢測光接收部13a中所移動的方向上配置排列了 n(n ^ 2)個光接收單元，在光斑的移動方向的垂直方向上配置排列了 m(m^2)個光接收單元。上述發光元件12和光接收元件13的兩個元件以規定的間隔附設在引線框11上， 並且分別通過傳遞模塑(transfer molding)用環氧類的透光性樹脂14a、14b進行封閉。而且，除了透光性樹脂14a、14b中的光所通過的窗部14c、14d之外，引線框11和透光性樹脂 14a、14b通過注塑成型用遮光性樹脂15 —體成型。用上述遮光性樹脂15 —體成型的引線框11和透光性樹脂14a、14b收納在包括發光側鏡頭16以及光接收側鏡頭17的鏡頭盒(case) 18內。該鏡頭盒18中，對發光側鏡頭 16以及光接收側鏡頭17用可視光切割(cut)材料組成的丙烯酸樹脂或者聚碳酸酯樹脂等進行成型，對盒部分用ABS樹脂或者聚碳酸酯樹脂等進行成型，這些通過二次成型法被一體成型。構成上述位置檢測光接收部13a的上述CMOS面傳感器、CXD面傳感器或者光電二極體列的有效光接收部的尺寸，根據以下的理由優選為較小。第一理由為，光接收元件13 的晶片變小並牽涉到成本降低。第二理由為，如果存在不需要的無效光接收部，則也需要對該區域中取得的信號進行處理，因此處理時間增加從而本光學式測距傳感器的響應時間變長。第三理由為，如果存在不需要的無效光接收部，則因對來自上述無效光接收部的不需要的信號進行處理而使耗電沒必要地增大。第四理由為，如果存在不需要的無效光接收部，則因取入上述不需要的信號而進行信號處理時的S/N變小，作為光學式測距傳感器的性能下降。因此，如圖3所示，在本實施方式中由位置檢測光接收部13a的整體構成上述有效光接收部，並且將上述有效光接收部在Y方向(垂直於在至上述被測定物體為止的距離變化的情況下光斑19所移動的X方向的方向)上的尺寸設為形成在位置檢測光接收部13a上的光斑19的設計的直徑。其理由是因為，有效光接收部的面積如果最大有接受光斑19整體的面積，則對求光斑19的重心是充分的。其中，上述有效光接收部的尺寸的單位是構成位置檢測光接收部13a的上述CMOS面傳感器、CXD面傳感器或者光電二極體列的像素。在以下的說明中也是相同的。而且，在本實施方式中，在從上述發光元件12射出並由位於光學式測距傳感器的可測定範圍的最遠距離的上述被測定物體反射，併入射到光接收元件13的位置檢測光接收部13a的光的光量充分足夠的情況下，如圖4那樣，有效光接收部(位置檢測光接收部 13a)在上述Y方向上的尺寸比光斑19的設計的直徑小也沒有問題。例如，如圖5所示，即使由於安裝的偏差等而使光斑19的中心與上述有效光接收部在上述Y方向上的中心的位置偏離，只要上述有效光接收部覆蓋光斑19的直徑D的一半以上的部分即y彡D/2，則也能夠求光斑19的重心，所以沒有問題。這裡，上述「y」為上述有效光接收部在上述Y方向上的寬度。即，在本實施方式中，將上述有效光接收部在Y方向上的尺寸，設為形成在位置檢測光接收部13a的光斑19的設計的半徑以上且直徑以下。因此，作為設定上述有效光接收部的尺寸的方法，與如圖3 圖5所示那樣，基於光斑19的設計的尺寸進行設定的方法不同地，將m行Xn列(m ^ 2,η ^ 2)的位置檢測光接收部13a在上述Y方向上的寬度製作成比上述光斑在上述Y方向上的寬度大。而且存在如下的方法基於形成在位置檢測光接收部13a上的光斑的實際位置，設定位置檢測光接收部13a的上述有效光接收部的尺寸，並且使上述有效光接收部以外的部分不作為用於測距的光接收部而起作用。S卩，如圖6所示，將上述位置檢測光接收部13a製作成比光斑19的設計的直徑D 還大。然後，在本光學式測距傳感器的製造工序中，設定即使上述被測定物體移動也不形成光斑19的不需要的部分20a、20b，並使該部分20a、20b不作為用於測距的光接收部而進行動作。通過如此，即使在製造工藝中在光斑19的設計的位置上產生偏差的情況下，也能夠對各個產品的每一個根據實際的光斑位置最適當地設定上述有效光接收部。該情況下，對於使上述位置檢測光接收部13a的上述不需要的部分20a、20b不作為用於測距的光接收部而起作用的方法，沒有特別的限定。例如，使來自配置排列在上述不需要的部分20a、20b的各光接收單元的輸出信號，不輸入到處理電路部13b即可。另外，即使作為測距用以外的光接收部而利用上述位置檢測光接收部13a的上述不需要的部分20a、20b，也絲毫不產生影響。作為該情況下的上述不需要的部分20a、20b的設定方法，在本光學式測距傳感器的製造工藝中，檢測在上述被測定物體位於可測定範圍的最遠的距離時形成在位置檢測光接收部13a的遠距離側的光斑19的實際的重心或者光強度峰值的位置G1、與在上述被測定物體位於可測定範圍的最近的距離時形成在位置檢測光接收部13a的近距離側的光斑19 的實際的重心或者光強度峰值的位置G2的其中一個。然後，對該檢測出的重心或者光強度峰值的位置G1、G2，在上述Y方向兩側設定具有預先求出的設計的光斑19的半徑r的寬度的互相鄰接的兩個帶狀的區域，並合併兩個區域從而設定在上述Y方向上的寬度為2r的上述有效光接收部。此外，存在將上述有效光接收部以外的區域設定為不需要的部分20a、20b 的方法。更直接地說，將如下的區域設定為上述有效光接收部，該區域將形成在上述位置檢測光接收部13a上的光斑19的實際的重心或者光強度峰值的位置Gl、G2設為上述Y方向上的中心、將光斑19的設計的直徑2r( = D)設為上述Y方向上的寬度。此外，如圖7所示，上述位置檢測光接收部13a的上述不需要的部分也產生在光斑 19所移動的X方向。作為該情況下的在上述X方向上的不需要的部分的設定方法，如以下那樣進行。S卩，在本光學式測距傳感器的製造工藝中，在如圖6所示那樣設定了上述Y方向上的上述有效光接收部(Y方向有效光接收部)以及上述Y方向上的不需要的部分20a、20b 的位置檢測光接收部13a中，檢測上述遠距離側的光斑19a的實際的重心或者光強度峰值的位置G1。而且，檢測上述近距離側的光斑19b的實際的重心或者光強度峰值的位置G2。 然後，對上述Y方向有效光接收部，將由設定在比位置Gl在上述X方向上向外側偏離預先求出的設計的光斑19的半徑r程度的位置上的設定位置、和設定在比位置G2在上述X方向上向外側偏離預先求出的設計的光斑19的半徑r程度的位置上的設定位置所夾的區域， 設定為上述有效光接收部，將其以外的區域設定為不需要的部分21a、21b。如此，從而能夠將上述位置檢測光接收部13a的上述有效光接收部設為必要的最小限度的大小。
另外，在設定上述不必要的部分在X方向上的尺寸時的重心或者光強度峰值的位置Gl、G2，即使利用在設定Y方向上的尺寸時檢測出的位置Gl、G2也不產生影響。而且，上述有效光接收部在Y方向上的尺寸不限定於「2r」，如圖5的說明中所敘述的那樣，為「r以上且2r以下」也不產生影響。而且，在基於上述的實際的光斑的位置設定上述有效光接收部在上述Y方向上的尺寸的方法中，為了簡化說明，例示了遠距離側的光斑19與近距離側的光斑19的實際的重心或者光強度峰值在上述Y方向上的位置G1、G2以及半徑r相同的情況。但是，在現實中， 根據上述被測定物體在發光元件12的光軸方向上移動的範圍，遠距離側的光斑19在上述 Y方向上的位置Gl以及半徑rl、與近距離側的光斑19在上述Y方向上的位置G2以及半徑 r2產生偏離。該情況下，如圖8所示，例如rl τ2的情況下上述的方案也是相同的。此外，在遠距離側的光斑19a在上述Y方向上的位置Gl以及半徑rl、與遠距離側的光斑19b在上述Y方向上的位置G2以及半徑r2不同的情況下的上述有效光接收部在上述Y方向上的尺寸的設定，也可以如圖9所示那樣進行設定。即，求位置Gl與位置G2在上述Y方向上的中間點從而設為基準點。該情況下，能夠取作基準點的位置為，構成位置檢測光接收部13a的上述CMOS面傳感器、CCD面傳感器或者光電二極體列的各像素之間的位置。從而，在圖9中的上述基準點的位置與光斑19b的位置G2相同。接著，根據下式，求半徑rl與半徑r2的中間的長度r3。r3 = (rl+r2)/2然後，對上述基準點的位置，在上述Y方向兩側設定具有上述求出的長度r3的寬度的互相鄰接的兩個帶狀的區域，並合併兩個區域從而設定在上述Y方向上的寬度為 2Xr3的上述有效光接收部。更直接地說，將上述基準點的位置設為上述Y方向上的中心， 將上述求出的長度r3的兩倍(2Xr3)設為上述Y方向上的寬度的區域設定為上述有效光接收部。該情況下，上述位置Gl與上述位置G2的差以及半徑rl與半徑r2的差微小，即使將與光斑的半徑小的一方的遠距離側的光斑19a的位置Gl相同的位置作為上述基準點的位置而設定上述有效光接收部分在上述Y方向上的尺寸，在實際使用中也完全能夠求光斑的半徑大的一方的近距離側的光斑1%的重心。另外，在圖8以及圖9的情況下，也能夠與圖7的情況同樣地設定在上述X方向上的不需要的部分。此外，作為基於實際的光斑設定上述有效光接收部的方法，存在除了使用實際的光斑的位置之外還使用位置和光強度分布的方法。S卩，如圖10所示，將上述位置檢測光接收部13a製作成比光斑19的設計的直徑D 還大。而且，在本光學式測距傳感器製造工藝中，檢測上述遠距離側的光斑19的實際的光強度峰值的位置P1、與上述近距離側的光斑19的實際的光強度峰值的位置P2的其中一方。 而且，求光斑19的光強度分布，並求在上述Y方向上對在該光強度分布中對於光強度峰值的光強度呈現10%的光強度的區域進行了測量的大小L。然後，對光強度峰值的位置P1、 P2，在上述Y方向兩側設定具有上述求出的大小L的大約1/2的寬度的互相鄰接的兩個帶狀的區域，並合併兩個區域從而設定上述Y方向上的寬度為L的上述有效光接收部。此外， 將上述有效光接收部以外的區域設為不需要的部分。更直接地說，將如下的區域設定為上述有效光接收部，該區域將形成在上述位置檢測光接收部13a上的光斑19的實際的光強度峰值的位置PI、P2設為上述Y方向上的中心，將在上述Y方向上對在光斑19的光強度分布中對於光強度峰值的光強度呈現10%的光強度的區域進行了測量的大小L設為在上述Y方向上的寬度。根據該方法，即使在製造工藝中在光斑19的設計的位置和尺寸上產生偏差的情況下，也能夠對各個產品的每一個根據實際的光斑19的位置以及尺寸高精度地設定上述有效光接收部。該情況下，用於決定上述有效光接收部在上述Y方向上的寬度的上述光強度的區域為，從光強度峰值的光強度的大約10%以上且大約50%以下的範圍中選擇的一個值的區域即可。如果是基於光強度峰值的光強度的大約10%以上的區域設定的上述有效光接收部，則能夠取入實際的光斑19的大約全部區域，並能夠高精度地求光斑19的重心位置。但是，如上所述，上述有效光接收面儘可能小，有利於成本、響應時間、耗電以及光學式測距傳感器性能的方面。但是，不論光量多麼充分，在基於比光強度峰值的光強度的大約50%還大的區域而設定的上述有效光接收部的情況下，其在上述Y方向上的寬度也變窄，求形成在位置檢測光接收部13a上的光斑19的重心位置的精度也下降，因此不理想。從而，在本光學式測距傳感器製造工藝中，用於決定上述有效光接收部的寬度的上述光強度的區域為光強度峰值的光強度的大約10%以上且大約50%以下的區域比較合適。另外，雖然不詳細敘述，但是通過將如圖10所示那樣設定了上述Y方向上的寬度的上述有效光接收部(Y方向有效光接收部)的上述X方向兩端，與圖7的情況相同地，基於光斑19的光強度分布中呈現光強度峰值的光強度的10%以上且大約50%以下的規定％ 的光強度的區域進行縮窄，從而將上述位置檢測光接收部13a的上述有效光接收部設定成必要的最小限度的大小也不產生影響。此外，在上述遠距離側的光斑19在上述Y方向上的位置Pl以及半徑、與近距離側的光斑19在上述Y方向上的位置P2以及半徑產生偏離的情況下，與圖8相同地基於光斑的半徑小的遠距離側的光斑19a、或者基於光斑的半徑大的近距離側的光斑19b，設定上述有效光接收部在上述Y方向上的位置和尺寸即可。或者，與圖9相同地基於遠距離側的光斑19a與近距離側的光斑19b，設定上述有效光接收部在上述Y方向上的位置與尺寸既可。如上所述那樣，在本實施方式中，將上述發光元件12和光接收元件13搭載在同一個引線框11上，並且通過透光性樹脂14a、14b和遮光性樹脂15 —體成型，並收納到具有發光側鏡頭16以及光接收側鏡頭17的鏡頭盒18內。S卩，構成光接收元件13的位置檢測光接收部13a的上述有效光接收部與發光元件12形成同一平面，將發光元件12和光接收元件13形成在同一封裝內，並且搭載了位置檢測光接收部13a、處理電路部13b、信號處理軟體存儲器部13c、信號處理數據存儲器部13d以及驅動電路部13f的光接收元件形成在一個晶片上。從而，能夠縮小本光學式測距傳感器整體的尺寸，並能夠降低製造成本。而且，在上述位置檢測光接收部13a的有效光接收部中，將在垂直於當至上述被測定物體的距離變化時光斑19所移動的X方向的Y方向上的尺寸，設定為形成在位置檢測光接收部13a上的光斑19的設計的半徑以上且直徑以下。而且，使位置檢測光接收部13a 的上述有效光接收部以外的不需要的部分不作為用於測距的光接收部起作用。從而，能夠縮小光接收元件13的晶片，而且縮小本光學式測距傳感器整體的尺寸，從而能夠進一步降低製造成本。而且，消除位置檢測光接收部13a的上述無效光接收部從而消除來自上述無效光接收部的不需要的信號，並能夠縮短處理電路部13b的處理時間以及本光學式測距傳感器的響應時間，並且降低耗電。而且，通過消除上述不需要的信號，從而能夠增大信號處理時的S/N,能夠提升作為光學式測距傳感器的性能。而且，將上述位置檢測光接收部13a製作成比光斑19的設計的直徑D還大，在製造工藝中，基於實際形成在位置檢測光接收部13a上的上述遠距離側以及上述近距離側的實際的光斑19設定上述有效光接收部，將其以外的區域設定為不需要的部分20a、20b、 21a、21b。而且，如果使不需要的部分20a、20b、21a、21b不作為光接收部而起作用，則能夠基於形成在位置檢測光接收部13a上的實際的光斑19，將上述有效光接收部設定成必要的最小限度的大小。從而，即使上述光斑19的設計的位置和尺寸由製造工藝而產生偏差的情況下，也能夠對各個產品的每一個，根據光斑19的實際的位置以及尺寸最適當地設定上述有效光接收部。即，根據本實施方式，可實現即使是位於寬的測距範圍內的遠距離側的低反射性的上述被測定物體也能夠利用三角測量方式準確地進行測距的小型、高性能、低耗電、高速響應以及廉價的光學式測距傳感器。此外，即使存在組裝的偏差，也能夠實現高精度的光學式測距傳感器。而且，如果將如上所述的小型、高性能、低耗電、高速響應以及廉價的光學式測距傳感器搭載到個人計算機，則短時間內高精度地檢測位於個人計算機前的人，當人離開時能夠將個人計算機設為睡眠模式。這時，能夠最小限度地抑制因搭載了上述光學式測距傳感器而導致的大型化、耗電的提升以及價格的提高，並且高效地進行節能。此外，將上述光學式測距傳感器搭載到附有攝像頭的行動電話，則能夠短時間內高精度地測量至被攝體的距離，能夠實現高速地自動調節焦距(自動對焦)的功能。這時， 能夠最小限度地抑制因搭載了上述光學式測距傳感器而導致的大型化、耗電的提升以及價格的提高。
此外，如果將上述光學式測距傳感器搭載到投影機，則能夠短時間內高精度地測量至銀幕的距離，能夠實現高速地自動調節焦距(自動對焦)的功能。這時，能夠最小限度的抑制因搭載了上述光學式測距傳感器而導致的大型化、耗電的提升以及價格的提高。以上，對本發明的實施方式進行了說明，但其顯然也可以進行各種變更。這樣的變更不應被看作脫離了本發明的精神和範圍，對於本領域的技術人員來說顯而易見的變更全部包含在如上所述的權利要求書中。
權利要求
1.一種光學式測距傳感器，其特徵在於，包括 發光部，對被測定物體照射光束；光接收部，上述被測定物體對上述光束的反射光入射到該光接收部，並且形成上述反射光的光斑；以及處理電路部，對來自上述光接收部的輸出信號進行處理，從而檢測到上述被測定物體的距離，上述光接收部包括在第一方向和正交於該第一方向的第二方向上以矩陣狀配置多個光接收單元的有效光接收部，該第一方向是當上述被測定物體在上述發光部的光軸方向上移動時上述光斑的位置所移動的方向，上述有效光接收部在上述第二方向上的尺寸為上述光斑的半徑以上並且直徑以下。
2.如權利要求1所述的光學式測距傳感器，其特徵在於，上述有效光接收部在上述第二方向上的尺寸為上述光斑的半徑。
3.如權利要求1所述的光學式測距傳感器，其特徵在於， 上述有效光接收部由上述光接收部的整體構成。
4.如權利要求1所述的光學式測距傳感器，其特徵在於， 上述有效光接收部由上述光接收部的一部分區域構成，上述光接收部中上述有效光接收部以外的區域不作為用於測距的光接收部起作用。
5.如權利要求4所述的光學式測距傳感器，其特徵在於， 上述有效光接收部為，將形成在上述光接收部上的上述光斑的重心的位置或者光強度峰值的位置設為上述第二方向的中心，將從上述光斑的設計的半徑以上且直徑以下的範圍中選擇的一個值設為上述第二方向上的寬度的區域。
6.如權利要求5所述的光學式測距傳感器，其特徵在於，上述有效光接收部是在設定了上述第二方向上的寬度的有效光接收部中如下的區域由設定在與遠距離側的光斑的重心的位置或者光強度峰值的位置相比、在上述第一方向上向外側偏離上述光斑的設計的半徑程度的位置上的設定位置，和設定在與近距離側的光斑的重心的位置或者光強度峰值的位置相比、在上述第一方向上向外側偏離上述光斑的設計的半徑程度的位置上的設定位置所夾的區域，其中，所述遠距離側的光斑是在上述被測定物體位於可測定範圍的最遠距離時形成在上述光接收部上的，所述近距離側的光斑是在上述被測定物體位於可測定範圍的最近的距離時形成在上述光接收部上的。
7.如權利要求4所述的光學式測距傳感器，其特徵在於， 上述有效光接收部為，將形成在上述光接收部上的上述光斑的光強度峰值的位置設為上述第二方向上的中心，將在上述第二方向上對在上述光斑的光強度分布中對於上述光強度峰值呈現規定的比例的光強度的區域進行了測量的大小設為上述第二方向上的寬度的區域。
8.如權利要求7所述的光學式測距傳感器，其特徵在於，上述有效光接收部為，在設定了上述第二方向上的寬度的有效光接收部中如下的區域由設定在與遠距離側的光斑的光強度峰值的位置相比、在上述第一方向上向外側偏離在上述第一方向上測量對於該光強度峰值呈現規定比例的光強度的區域的大小的1/2程度的位置上的設定位置，和設定在與近距離側的光斑的光強度峰值的位置相比、在上述第一方向上向外側偏離在上述第一方向上測量對於該光強度峰值呈現所述規定比例的光強度的區域的大小的1/2程度的位置上的設定位置所夾的區域，其中所述遠距離側的光斑是在上述被測定物體位於可測定範圍的最遠的距離時形成在上述光接收部上的，所述近距離側的光斑是在上述被測定物體位於所述可測定範圍的最近的距離時形成在上述光接收部上的。
9.如權利要求7或者8所述的光學式測距傳感器，其特徵在於，對於上述光強度峰值的規定的比例為，從上述光強度峰值的光強度的10%以上且 50%以下的範圍中選擇的一個值。
10.如權利要求1至8的任一項所述的光學式測距傳感器，其特徵在於，還包括信號處理軟體存儲器部，存儲用於上述處理電路部的信號處理的程序；存儲器部，存儲數據，該數據包含通過上述處理電路部的信號處理所得到的數據；以及驅動電路部，在規定的定時驅動上述發光部，上述發光部和上述光接收部搭載在同一平面上，上述處理電路部、上述信號處理軟體存儲器部、上述存儲器部以及上述驅動電路部，與上述光接收部一起由一個晶片構成。
11.一種電子儀器，其特徵在於，包括如權利要求1至8的任一項所述的光學式測距傳感器。
12.一種電子儀器，其特徵在於，包括如權利要求10所述的光學式測距傳感器。
全文摘要
本發明提供了一種光學式測距傳感器，其包括發光部，對被測定物體照射光束；光接收部，形成上述被測定物體對上述光束的反射光的光斑；以及處理電路部，對來自上述光接收部的輸出信號進行處理，從而檢測到上述被測定物體的距離。上述光接收部包括在第一方向和正交於該第一方向的第二方向上以矩陣狀配置多個光接收單元的有效光接收部，該第一方向是當上述被測定物體在上述發光部的光軸方向上移動時上述光斑的位置所移動的方向。上述有效光接收部在上述第二方向上的尺寸為，上述光斑的半徑以上並且直徑以下。
文檔編號G01C3/00GK102192723SQ201110009510
公開日2011年9月21日 申請日期2011年1月18日 優先權日2010年2月9日
發明者久保勝, 呂志宏, 和田秀夫, 山口陽史 申請人:原相科技股份有限公司, 夏普株式會社