CN101135730A - 测距传感器和装备有该测距传感器的电子装置 - Google Patents

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CN101135730A CNA2007101481225A CN200710148122A CN101135730A CN 101135730 A CN101135730 A CN 101135730A CN A2007101481225 A CNA2007101481225 A CN A2007101481225A CN 200710148122 A CN200710148122 A CN 200710148122A CN 101135730 A CN101135730 A CN 101135730A
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Abstract

本发明公开了一种测距传感器和装备有该测距传感器的电子装置。在本发明的测距传感器的一个实施例中，将光投射到该测距目标的光发射元件和接收由该测距目标反射的反射光的光接收元件布置在参考面上，且该光发射元件和光接收元件分别被半透明树脂密封部使用树脂单独密封。此外，该半透明树脂密封部的外部周围被不透明树脂密封部覆盖，且该不透明树脂密封部设有光发射部狭缝和光接收部狭缝，该光发射部狭缝收缩投射到该测距目标的光的光通量，该光接收部狭缝收缩由该测距目标反射的反射光的光通量。

Description

测距传感器和装备有该测距传感器的电子装置
技术领域
本发明涉及采用三角形测距***并探测与测距目标的距离的测距传感器，该测距传感器设有将光投射到测距目标的光发射元件和接收该测距目标反射的光的光接收元件。
背景技术
在常规技术中，采用三角形测距***并探测与测距目标的距离的测距传感器是已知的，其通过将光投射到测距目标并接收该测距目标反射的光来探测该距离。
图4说明根据常规例1的采用三角形测距***的测距传感器的距离测量原理。
该测距传感器配置有将光投射到测距目标131和132的光发射元件112、收缩从光发射元件112照射的光的光通量的投射透镜118、接收由测距目标131和132反射的光的光接收元件113、以及收缩由测距目标131和132反射的光的光通量的会聚透镜119。光发射元件112配置有红外发光二极管(LED)，且光接收元件113配置有半导***置灵敏探测器(PSD)。
从光发射元件112投射(沿图4中箭头L1和L3的方向投射)的光被投射透镜118收缩成细光束，并投射到测距目标131和132。测距目标131和132反射(沿图4中箭头L2和L4的方向投射)的光被会聚透镜119会聚到光接收元件113的光接收面114上。
此时，会聚透镜119所会聚的反射光的会聚位置(光斑位置)P1和P2依据从测距传感器到测距目标131和132的距离而变化。例如，更靠近测距传感器的测距目标131反射(沿箭头L2的方向反射)的反射光会聚于位置P1，更远离测距传感器的测距目标132反射(沿箭头L4的方向反射)的反射光会聚于位置P2，位置P1较位置P2远离光发射元件112。
因此，光接收元件113布置成使得光接收元件114与反射光会聚位置(光斑位置)P1和P2变化的波动范围交叠，且通过处理从光接收元件113输出的光电流输出，就可以探测测距目标131和132的距离。
图5的剖面图示出了根据常规例1的采用三角形测距***的测距传感器的结构。
光发射元件112、光接收元件113、以及处理来自光接收元件113的信号的信号处理元件120安装在引线框111a和111b上。
元件112、113和120分别使用半透明树脂密封部(光发射侧半透明树脂密封部115和光接收侧半透明树脂密封部116)单独地使用树脂密封。此外，半透明树脂密封部115和116的外部周围被不透明树脂密封部117覆盖。
这里，在不透明树脂密封部117内提供孔(光发射侧：121，光接收侧：122)，从而可以允许从光发射元件112投射的光和由测距目标反射的反射光可以穿过这些孔。
此外，由半透明树脂制成的透镜盒123设为围绕不透明树脂密封部117的外部周围，该透镜盒123与投射透镜118及会聚透镜119形成为一体。
在这种测距传感器110中，需要将会聚透镜119和光接收元件113之间的距离设置为预定距离，且还需要将投射透镜118和会聚透镜119的尺寸(直径和厚度)设置为预定尺寸，因此测距传感器110整体上的尺寸是大的。
图6说明了根据常规例2的采用三角形测距***的测距传感器，并示出了测距传感器110的剖面图。图7为图6中A部分已经放大的局部放大视图，且说明了从测距目标反射的反射光的光路径。
设有安装在基板111上的光发射元件(LED)112和光接收元件(半导***置灵敏探测器)113的装置125构建在由不透明树脂制成的盒123内。
狭缝(光发射部狭缝118和光接收部狭缝119)在盒123内设于光发射部侧和光接收部侧上。光发射部狭缝118用于收缩从光发射元件112投射(沿图6中箭头L1的方向投射)的光的光通量，且光接收部狭缝119用于收缩测距目标130反射(沿图6中箭头L2的方向反射)的反射光的光通量。
在常规例2的测距传感器中，提供光发射部狭缝118和光接收部狭缝119来替代投射透镜和会聚透镜，且因此实现了尺寸缩小的测距传感器。
提供光发射部狭缝和光接收部狭缝来替代投射透镜和会聚透镜的上述测距传感器披露于JP H07-19859A(下文中称为专利文件1)、JP H10-26524A(下文中称为专利文件2)、JP 2004-11716A(下文中称为专利文件3)，且其中通过使用光发射部狭缝或光接收部狭缝来替代投射透镜和会聚透镜至少之一而实现了尺寸缩小的测距传感器。
然而，在根据图6所示常规例2的测距传感器和专利文件1所述的测距传感器中，采用了盒123与装置125组合的配置，因此形成于盒123内的狭缝(光发射部狭缝118和光接收部狭缝119)的位置与元件(光发射元件112和光接收元件113)的位置通常相互偏移，这导致尺寸缩小不大。
此外，当狭缝(光发射部狭缝118和光接收部狭缝119)设于盒123内时存在这样的风险，即，灰尘将从狭缝118和119进入盒123与装置125之间的间隙126和127。
因此，在根据常规例的测距传感器或专利文件3所述的测距传感器中，通过在光发射部狭缝118的光出射侧和光接收部狭缝119的光入射侧应用半透明过滤器128，由此防止前述灰尘的引入。然而，由于应用半透明过滤器128的工艺是必需的，这些测距传感器的制造工艺复杂。
此外，如图7所示，在设有图6所示光接收部狭缝119以及专利文件1、2和3中所述的测距传感器110中，用于配置光接收部狭缝119的盒123的一个狭缝面119a所反射(沿图7中箭头L3的方向反射)的反射光进一步被盒123的另一个狭缝面119b反射，并到达光发射元件113的光接收面114。因此无法进行精确的测距。
发明内容
鉴于前述情形进行了本发明，且本发明的目的是提供一种可以容易制造的小的测距传感器以及装配有该传感器的电子装置。
根据本发明的测距传感器为一种探测与测距目标的距离的采用三角形测距***的测距传感器，且包括将光投射到该测距目标的光发射元件和接收由该测距目标反射的反射光的光接收元件；其中该测距传感器还包括：半透明树脂密封部，其使用树脂单独密封置于参考面上的该光发射元件和该光接收元件的每一个，和包括不透明树脂密封部，其覆盖该半透明树脂密封部的外部周围；以及该不透明树脂密封部设有光发射部狭缝和光接收部狭缝，该光发射部狭缝收缩投射到该测距目标的光的光通量，该光接收部狭缝收缩由该测距目标反射的反射光的光通量。
采用这种配置，从该光发射元件投射的光的光通量以受该光发射部狭缝收缩的状态投射到该测距目标，且该测距目标反射的反射光的光通量以受该光接收部狭缝收缩的状态会聚在该光接收元件的光发射面上。换言之，不一定在该测距传感器中提供投射透镜和会聚透镜，且因此可以实现该测距传感器的尺寸缩小。
此外，该光发射部狭缝和该光接收部狭缝设于该不透明树脂密封部内，且狭缝(孔)不设于使用树脂密封该光发射元件和光接收元件的该半透明树脂密封部内，因此灰尘等不会引入到该半透明树脂密封部内部，且因此灰尘等不会附着到该光发射元件或光接收元件。
因此，不需要通过在光发射部狭缝的光出射侧和光接收部狭缝的光入射侧应用半透明过滤器来防止灰尘的进入，由于应用过滤器的工艺可以省略，该测距传感器的制造变得容易。
此外，在本发明的测距传感器中，可以采用下述配置，其中该光接收部狭缝具有矩形形状，其长边长于该光接收元件的光接收面的宽度。
采用这种配置，沿该光接收面的宽度方向展宽的细长光斑入射到该光接收元件的光接收面上。因此，与例如圆形光斑入射到该光接收面的情形相比，可以接收更多数量的光，且因此该测距传感器可具有高的精度。
此外，在本发明的测距传感器中，可以采用下述配置，其中该光发射部狭缝具有矩形形状，且布置成平行于该光接收部狭缝。
采用这种配置，细长光束投射到该测距传目标，因此可以有效地将该测距目标反射的该反射光照射到该光接收元件的光接收面。
此外，在本发明的测距传感器中，可以采用下述配置，其中在该不透明树脂密封部内，相对于该光接收部狭缝，更靠近该光发射元件一侧的顶面形成为与更远离该光发射元件一侧的底面齐平。
采用这种配置，可以防止该不透明树脂密封部反射的反射光穿过该光接收部狭缝且照射到该光接收元件的光接收面上。换言之，该不透明树脂密封部反射的光的影响可以降低，因此该测距传感器可具有高的精度。
此外，在本发明的测距传感器中，可以采用下述配置，其中该半透明树脂密封部具有形成为与该不透明树脂密封部的顶面齐平的顶面。
采用这种配置，在该半透明树脂密封部和该不透明树脂密封部之间不存在将会引入灰尘的间隙，因此无需顾虑由于灰尘进入所致的探测灵敏度降低。换言之，无需应用过滤器以防止灰尘进入。
此外，在本发明的测距传感器中，可以采用下述配置，其中该光接收元件和处理来自该光接收元件的信号的信号处理元件形成于单一芯片内。
采用这种配置，可以实现该测距传感器的尺寸缩小，并更容易地制造该测距传感器。
此外，在本发明的测距传感器中，可以采用下述配置，其中该光接收元件配置有半导***置灵敏探测器。
此外，在本发明的测距传感器中，可以采用下述配置，其中该光接收元件配置有多个光电二极管。
此外，根据本发明的电子装置配备有根据本发明的上述测距传感器。
采用这种配置，可以实现配备有测距传感器的电子设备的尺寸缩小。
附图说明
图1说明了本发明第一实施例的测距传感器的结构及其距离测量原理。
图2为从光接收部狭缝侧观看的图1中光接收元件部分的平面图。
图3为图1中A部分的局部放大视图。
图4说明了常规例1的采用三角形测距***的测距传感器的距离测量原理。
图5为示出了常规例1的测距传感器的结构的剖面图。
图6说明了常规例2的测距传感器。
图7为图6中A部分的局部放大视图。
具体实施方式
下文中，将参考附图详细地描述本发明的实施例。
第一实施例
图1说明了本发明第一实施例的测距传感器的结构及其距离测量原理。测距传感器10的剖面图示于图1。光发射元件12、光接收元件13和半透明树脂密封部15及16的剖面中省略了阴影。
图2为从光接收部狭缝侧观看的图1中光接收元件部分的平面图，并说明了光已经会聚在光接收元件的光接收面上的状态。图3为图1中A部分的局部放大视图，并说明了测距目标反射的反射光的光路径。
本发明的测距传感器10配置有基板11、置于基板11的上表面(参考面)上的光发射元件12和光接收元件13、使用树脂分别密封光发射元件12及光接收元件13的半透明树脂密封部15及16、以及不透明树脂密封部17。
基板11具有在测距时作为参考的面(参考面)，并配置有例如引线框、印刷基板等。
光发射元件12配置有红外发光二极管(LED)，且管芯结合或引线结合(未示出)到基板11的上表面(参考面)。
光接收元件13配置有半导***置灵敏探测器(PSD)或多个光电二极管。
此外，光接收元件13布置在基板11的上表面上，从而光接收面14与测距目标30反射的反射光会聚位置的波动范围交叠。
光接收元件13优选地与处理来自光接收元件13的信号的信号处理元件(未示出)形成于单一芯片内。更具体而言，通过将光接收元件13和信号处理元件形成于单一芯片内，可以更容易地设计该光发射元件12和光接收元件13在基板11上表面上的布置，且可以实现该测距传感器10的尺寸缩小。
与光发射元件12相同，光接收元件13管芯结合或引线结合(未示出)到基板11的上表面(参考面)。
此外，光发射元件12和光接收元件13分别被半透明树脂密封部(光发射侧半透明树脂密封部15和光接收侧半透明树脂密封部16)单独密封，且另外，半透明树脂密封部15和16的外部周围被不透明树脂密封部17覆盖。
此外，光接收部狭缝19设于布置有光接收元件13的不透明树脂密封部17的一侧上，该光接收部狭缝19用于收缩由测距目标30反射(沿图1中箭头L2的方向反射)的反射光的光通量。
光接收部狭缝19形成为矩形形状，其长边长于光接收元件13的光接收面的宽度W1。更具体而言，光接收部狭缝19形成为使得细长光斑40沿光接收元件13的光接收面14的宽度W1方向入射(见图2)。注意，此处提及的光接收元件13的光接收面14的宽度W1是指沿与会聚在光接收元件13的光的光路径垂直的方向的光接收面14的宽度W1。
通过按照这种方式将光接收部狭缝19形成为矩形形状，并将测距目标30反射的反射光会聚在光接收元件13的光接收面14上成为沿宽度W1方向的细长光斑40，更大数量的光被接收且精度因此提高。
此外，光发射部狭缝18设于布置有光发射元件12的不透明树脂密封部17的一侧上，该光发射部狭缝18收缩从光发射元件12投射(沿图1中箭头L1的方向投射)的光的光通量。
光发射部狭缝18具有矩形形状，且布置成平行于光接收部狭缝19。更具体而言，光发射部狭缝18形成为将细长光束投射到测距传目标30。因此，可以有效地将测距目标30反射的反射光照射到光接收元件13的光接收面14。
此外，不透明树脂密封部17形成为使得，相对于光接收部狭缝19，更靠近光发射元件12一侧的顶面17t形成为与更远离光发射元件12一侧的底面17b齐平。
更具体而言，如图3所示，不透明树脂密封部17形成为使得，不透明树脂密封部17的一侧(远离光发射元件12的一侧)上的狭缝面19a反射(沿图3箭头L3的方向反射)的反射光逃逸到光接收部狭缝19的外部(到半透明树脂密封部16的外部)，其中该狭缝面19a为光接收部狭缝19的一部分。
按照这种方式，在本发明的测距传感器10中，不透明树脂密封部17形成为使得，可以不受不透明树脂密封部17反射的光影响地进行测距，因此精准的测距成为可能。
此外，半透明树脂密封部15和16具有形成为与不透明树脂密封部17的顶面17t齐平的顶面15t和16t，其中该顶面17t位于相对于光接收部狭缝19更靠近光发射元件12的一侧上。换言之，半透明树脂密封部15和16形成为使得，在半透明树脂密封部15及16和不透明树脂密封部17之间不存在将会引入灰尘的间隙。
如上所述，在本发明的测距传感器10中，光发射部狭缝18和光接收部狭缝19设于不透明树脂密封部17内，而不设于使用树脂密封光发射元件12和光接收元件13的半透明树脂密封部15和16内。更具体而言，由于灰尘等不会进入半透明树脂密封部15和16内部，因此灰尘等不附着到光发射元件12或光接收元件13。
因此，不需要通过应用半透明过滤器到光发射部狭缝18的光出射侧和光接收部狭缝19的光入射侧来防止灰尘进入，由于应用过滤器的工艺可以省略，所以该测距传感器的制造变得容易。
本发明的测距传感器10的距离测量原理大体上与上述常规例的测距传感器的距离测量原理相同。
也就是说，从光发射元件12投射(沿图1中箭头L1的方向投射)的光被光发射部狭缝18转换成细长光束，并投射到测距目标30。测距目标30反射(沿图1中箭头L2的方向反射)的反射光被光接收部狭缝19会聚到光接收元件13的光接收面14上成细长形状，如图2所示。
此外，使用信号处理元件处理从光接收元件13依据会聚在光接收面14上的光斑40的位置输出的光电流输出，形成了用于探测测距目标30的距离的机制。
第二实施例
根据本实施例的电子装置(未示出)配备有根据第一实施例的测距传感器。由于该电子装置配备有小的且高度精确的测距传感器，该电子装置小且具有高的精度。
本发明可以通过各种其他形式来实施而不背离本发明的精神和基本特征。本申请中披露的实施例均应视为说明性的，而非限制性。本发明的范围由权利要求界定，而不是由前述说明书界定，且权利要求旨在涵盖所有落在其等同特征的含义和范围内的所有修改和变换。
本申请主张2006年8月28日提交的日本专利申请No.2006-230724的优先权，其全文引用结合于此。

Claims (11)

1.一种探测与测距目标的距离的采用三角形测距***的测距传感器，所述测距传感器包括将光投射到所述测距目标的光发射元件和接收由所述测距目标反射的反射光的光接收元件，其中
所述测距传感器还包括：半透明树脂密封部，使用树脂单独地密封置于参考面上的所述光发射元件和所述光接收元件的每一个；和不透明树脂密封部，覆盖所述半透明树脂密封部的外部周围，以及
所述不透明树脂密封部设有光发射部狭缝和光接收部狭缝，所述光发射部狭缝收缩投射到所述测距目标的光的光通量，所述光接收部狭缝收缩由所述测距目标反射的反射光的光通量。
2.如权利要求1所述的测距传感器，其中所述光接收部狭缝具有矩形形状，其长边长于所述光接收元件的光接收面的宽度。
3.如权利要求1所述的测距传感器，其中所述光发射部狭缝具有矩形形状，且布置成平行于所述光接收部狭缝。
4.如权利要求2所述的测距传感器，其中所述光发射部狭缝具有矩形形状，且布置成平行于所述光接收部狭缝。
5.如权利要求1至4任意一项所述的测距传感器，其中在所述不透明树脂密封部内，相对于所述光接收部狭缝，更靠近所述光发射元件一侧的顶面形成为与更远离所述光发射元件一侧的底面齐平。
6.如权利要求1至4任意一项所述的测距传感器，其中所述半透明树脂密封部具有形成为与所述不透明树脂密封部的顶面齐平的顶面。
7.如权利要求5所述的测距传感器，其中所述半透明树脂密封部具有形成为与所述不透明树脂密封部的顶面齐平的顶面。
8.如权利要求1至4任意一项所述的测距传感器，其中所述光接收元件和处理来自所述光接收元件的信号的信号处理元件形成于单一芯片内。
9.如权利要求1至4任意一项所述的测距传感器，其中所述光接收元件包括半导***置灵敏探测器。
10.如权利要求1至4任意一项所述的测距传感器，其中所述光接收元件包括多个光电二极管。
11.一种配备有如权利要求1至10任意一项所述的测距传感器的电子装置。
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