CN103411581A - 光敏恒流电容积分传感器 - Google Patents
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Abstract
一种光敏恒流电容积分传感器，包括有光敏元件D1、电容C1、电阻R1到R4、放大器Q1、开关三极管Q2到Q6、跟随器Q7、开关三极管Q8到Q9、恒流源H1；光敏元件D1的负极与电阻R1的1端和放大器Q1的栅极连接，光敏元件D1的正极与电源地连接，电阻R1的2端与电源VDD连接；本发明可排列在一个平面上并集成在一个IC器件上，同时配合镜头、受控光源、控制电路等组成的装置，可对视场中所有目标点在同一时刻进行测距采样完成测距，因此对运动变化的场景进行多点测距时，不存在各测量点的距离值会相对扭曲的问题。
Description
技术领域
本发明涉及光敏恒流电容积分传感器技术领域，具体涉及一种包含光敏传感器技术、电容充电积分技术，信号放大技术的传感器。
背景技术
目前的光学测距技术主要是主动发射光波信号，再接收返回的光波信号，通过测量发送信号到返回信号的时间，计算出被测目标的距离，目前已公开的与光学测距有关的专利有：
CN94113323.0，使用相位变异的光学测距装置及其方法。
CN94113328.1，光学测距装置及其方法。
CN00135636.4，回波触发近距离激光测距方法。
CN01136400.9，一种光纤干涉测量距离的方法及测量设备。
CN03275757.3，一种激光扫描获取近距离物体表面三维数据的测量装置。
CN02233123.9，远距光学测量仪。
这些专利技术，在测距时，每次发出测距信号，只能测量一个目标点的距离。对于需要测量视场中所有目标点的距离时，只有通过一次测量一个点的方式逐点扫描来实现。存在的问题是，因是逐点扫描方式，对于运动变化的场景来说，各测量点的距离值会相对扭曲。
需要发明一种光敏恒流电容积分传感器，可排列在一个平面上并集成在一个IC器件上，同时配合镜头、受控光源、控制电路等组成的装置，可对视场中所有目标点在同一时刻进行测距采样完成测距，因此对运动变化的场景进行多点测距时，不存在各测量点的距离值会相对扭曲的问题。
发明内容
为克服现有技术在测距时，每次发出测距信号，只能测量一个目标点的距离。对于需要测量视场中所有目标点的距离时，只有通过一次测量一个点的方式逐点扫描来实现的问题，发明一种光敏恒流电容积分传感器。
本发明一种光敏恒流电容积分传感器，排列在一个平面上并集成在一个IC器件上，同时配合镜头、受控光源、控制电路等组成的装置，可对视场中所有目标点在同一时刻进行测距采样完成测距，因此对运动变化的场景进行多点测距时，不存在各测量点的距离值会相对扭曲的问题。
一种光敏恒流电容积分传感器，包括有光敏元件D1、电容C1、电阻R1到R4、放大器Q1、开关三极管Q2到Q6、跟随器Q7、开关三极管Q8到Q9、恒流源H1；
光敏元件D1的负极与电阻R1的1端和放大器Q1的栅极连接，光敏元件D1的正极与电源地连接，电阻R1的2端与电源VDD连接；
放大器Q1的栅极与光敏元件D1的负极和电阻R1的1端连接，源极接电源地，漏极与开关三极管Q2的栅极和电阻R2的1端连接，电阻R2的2端与模拟电源AVDD连接；
开关三极管Q2的栅极与放大器Q1的漏极和电阻R2的1端连接，漏极接模拟电源AVDD连接，源极连接到开关三极管Q3的栅极、开关三极管Q4的漏极和电阻R3的2端，电阻R3的1端与电源地连接；
开关三极管Q3的栅极与开关三极管Q2的源极和开关三极管Q4的漏极、电阻R3的2端连接，漏极与开关三极管Q4的栅极和开关三极管Q6的源极、电阻R4的2端连接，源极与开关三极管Q4的源极和恒流源H1的输入端连接，电阻R4的1端与电源地连接；
开关三极管Q4的栅极与开关三极管Q6的源极和开关三极管Q3的漏极、电阻R4的2端连接，漏极与开关三极管Q3的栅极和开关三极管Q2的源极、电阻R3的2端连接，源极与开关三极管Q3的源极和恒流源H1的输入端连接；
开关三极管Q5的栅极与外部接口U1的复位信号连接，漏极与恒流源H1的输出端、电容C1的正(+)极、跟随器Q7的栅极连接。电容C1的负（-）极与电源地连接；
开关三极管Q6的栅极与外部接口U1的基准信号连接，漏极与模拟电源AVDD连接，源极与开关三极管Q4的栅极和开关三极管Q3的漏极、电阻R4的2端连接；
跟随器Q7的栅极与开关三极管Q5的漏极、恒流源H1的输出端、电容C1的正（+）极连接，漏极与电源VDD连接，源极与开关三极管Q8的漏极连接；
开关三极管Q8的漏极与跟随器Q7的源极连接，源极与开关三极管Q9的漏极连接，栅极与外部接口U1的选通信号2连接；
开关三极管Q9的漏极与开关三极管Q8的源极连接，栅极与外部接口U1的选通信号1连接，源极与外部接口的A/D转换连接。
所述的光敏恒流电容积分传感器组成一个平面阵列。
所述的平面阵列放置在镜头的成像焦平面上，与镜头、受控光源、控制电路连接在一起，组成一个光敏恒流电容积分面阵列测距传感器，可同时对镜头视场中的物体进行多目标测距。
一种光敏恒流电容积分传感器具体工作时，当外部接口U1的基准信号有效后，其开始时间与光敏元件D1接收到特定光线的时间有一时间差，这时间差通过开关三极管Q2、Q3、Q4、Q6的逻辑运算后，在时间差期间，模拟电源AVDD通过开关三极管Q2和Q4，或Q3和Q6输出到恒流源H1的输入上，并由恒流源H1的输出恒定电流实现对电容C1的充电。电容C1的电压值与电容C1的充电时间成线性关系。当外部接口的基准信号与外部受控光源发光时间建立特定的时间关系后，则电容C1的电压值反映了外部受控光源从发出光线到物体并反射到光敏元件D1的路径所用时间，当外部受控光源和本发明到反射物体的距离相近似时，利用该时间则可计算出发光源到反射物体的距离。
将本发明一种光敏恒流电容积分传感器组成一个平面阵列，放置在镜头的成像焦平面上，与镜头、受控光源、控制电路一起，可组成一个光敏恒流电容积分面阵列测距传感器，可同时对镜头视场中的物体进行多目标测距。
本发明一种光敏恒流电容积分传感器的工作流程如下：
步骤U201，开始时，外部接口U1的基准信号、选通信号1、选通信号2分别使开关三极管Q6、Q8、Q9的漏极与源极断流，外部接口U1的复位信号使开关三极管的Q5的漏极和源极导通，对电容C1放电复位，放电后C1的电压为0V，同时外部的特定光源处于关闭状态。
步骤U202，外部接口U1的复位信号使开关三极管Q5的漏极和源极断流。
步骤U203，外部接口U1的基准信号使开关三极管Q6的漏极和源极导通，同时外部特定光源发光。
步骤U204，当光敏元件D1接收到特定光线后，放大器Q1将光敏元件D1负端的电压信号放大，驱动开关三极管Q2的漏极和源极导通。
步骤U205，由于外部接口U1的基准信号有效时的时间和光敏元件D1接收到特定光线时的时间有一个时间差，该时间差使得开关三极管Q2和Q4导通，Q6和Q3断流，或使得开关三极管Q2和Q4断流，Q6和Q3导通，这样就将模拟电源AVDD接通到恒流源H1的输入端，如果该时间差为0，则使得开关三极管Q2、Q4、Q6、Q3断流。
步骤U206，当恒流源H1的输入端接通模拟电源AVDD后，则在输出端输出一个恒定的电流到电容C1，电容C1对输入的该恒定电流进行电压积分，电容C1上的电压与积分时间成线性关系，该电压传到了跟随器Q7的栅极上。
步骤U207，跟随器Q7将其栅极上的电压信号放大，通过其源极输出到开关三极管Q8的漏极上。当外部接口U1的选通信号1和选通信号2有效时，开关三极管Q8的漏极与源极导通，开关三极管Q9的漏极与源极导通，就将跟随器Q7的源极输出的电压信号传递到了外部接口U1的A/D转换口。
用本发明组成一个平面阵列，放置在镜头的成像焦平面上，与镜头、受控光源、控制电路一起，可组成一个面阵列测距装置，可同时对镜头视场中的物体进行多目标测距。
本发明的AVDD是指模拟电源。
本发明的VDD是指电源。
本发明一种光敏恒流电容积分传感器的实质性特点和显著进步是：可对视场中所有目标点在同一时刻进行测距采样完成测距，因此对运动变化的场景进行多点测距时，不存在各测量点的距离值会相对扭曲的问题。
附图说明
图1：电路图。
图2：工作流程图。
图3：运用示例图。
图1中，本发明主要由光敏元件D1、电容C1、电阻R1到R4、放大器Q1、开关三极管Q2到Q6、跟随器Q7、开关三极管Q8到Q9、恒流源H1组成，它们的相互连接关系是：
光敏元件D1的负极与电阻R1的1端和放大器Q1的栅极连接，光敏元件D1的正极与电源地连接，电阻R1的2端与电源VDD连接。
放大器Q1的栅极与光敏元件D1的负极和电阻R1的1端连接，源极接电源地，漏极与开关三极管Q2的栅极和电阻R2的1端连接，电阻R2的2端与模拟电源AVDD连接。
开关三极管Q2的栅极与放大器Q1的漏极和电阻R2的1端连接，漏极接模拟电源AVDD连接，源极连接到开关三极管Q3的栅极、开关三极管Q4的漏极和电阻R3的2端，电阻R3的1端与电源地连接。
开关三极管Q3的栅极与开关三极管Q2的源极和开关三极管Q4的漏极、电阻R3的2端连接，漏极与开关三极管Q4的栅极和开关三极管Q6的源极、电阻R4的2端连接，源极与开关三极管Q4的源极和恒流源H1的输入端连接，电阻R4的1端与电源地连接。
开关三极管Q4的栅极与开关三极管Q6的源极和开关三极管Q3的漏极、电阻R4的2端连接，漏极与开关三极管Q3的栅极和开关三极管Q2的源极、电阻R3的2端连接，源极与开关三极管Q3的源极和恒流源H1的输入端连接。
开关三极管Q5的栅极与外部接口U1的复位信号连接，漏极与恒流源H1的输出端、电容C1的正(+)极、跟随器Q7的栅极连接。电容C1的负（-）极与电源地连接。
开关三极管Q6的栅极与外部接口U1的基准信号连接，漏极与模拟电源AVDD连接，源极与开关三极管Q4的栅极和开关三极管Q3的漏极、电阻R4的2端连接。
跟随器Q7的栅极与开关三极管Q5的漏极、恒流源H1的输出端、电容C1的正（+）极连接，漏极与电源VDD连接，源极与开关三极管Q8的漏极连接。
开关三极管Q8的漏极与跟随器Q7的源极连接，源极与开关三极管Q9的漏极连接，栅极与外部接口U1的选通信号2连接。
开关三极管Q9的漏极与开关三极管Q8的源极连接，栅极与外部接口U1的选通信号1连接，源极与外部接口的A/D转换连接。
图2工作流程图。
步骤U201，开始时，外部接口U1的基准信号、选通信号1、选通信号2分别使开关三极管Q6、Q8、Q9的漏极与源极断流，外部接口U1的复位信号使开关三极管的Q5的漏极和源极导通，对电容C1放电复位，放电后C1的电压为0V，同时外部的特定光源处于关闭状态。
步骤U202，外部接口U1的复位信号使开关三极管Q5的漏极和源极断流。
步骤U203，外部接口U1的基准信号使开关三极管Q6的漏极和源极导通，同时外部特定光源发光。
步骤U204，当光敏元件D1接收到特定光线后，放大器Q1将光敏元件D1负端的电压信号放大，驱动开关三极管Q2的漏极和源极导通。
步骤U205，由于外部接口U1的基准信号有效时的时间和光敏元件D1接收到特定光线时的时间有一个时间差，该时间差使得开关三极管Q2和Q4导通，Q6和Q3断流，或使得开关三极管Q2和Q4断流，Q6和Q3导通，这样就将模拟电源AVDD接通到恒流源H1的输入端，如果该时间差为0，则使得开关三极管Q2、Q4、Q6、Q3断流。
步骤U206，当恒流源H1的输入端接通模拟电源AVDD后，则在输出端输出一个恒定的电流到电容C1，电容C1对输入的该恒定电流进行电压积分，电容C1上的电压与积分时间成线性关系，该电压传到了跟随器Q7的栅极上。
步骤U207，跟随器Q7将其栅极上的电压信号放大，通过其源极输出到开关三极管Q8的漏极上。当外部接口U1的选通信号1和选通信号2有效时，开关三极管Q8的漏极与源极导通，开关三极管Q9的漏极与源极导通，就将跟随器Q7的源极输出的电压信号传递到了外部接口U1的A/D转换口。
图3为本发明的运用示例。
由用多个本发明排列成的平面阵列（U301）、光学镜头（U302）、触发光源（U303）、其它电路（U304）组成。
图中：本发明指一种光敏恒流电容积分传感器。
具体实施例
结合附图具体实施如下：
图1中，本发明主要由光敏元件D1、电容C1、电阻R1到R4、放大器Q1、开关三极管Q2到Q6、跟随器Q7、开关三极管Q8到Q9、恒流源H1组成，它们的相互连接关系是：
光敏元件D1的负极与电阻R1的1端和放大器Q1的栅极连接，光敏元件D1的正极与电源地连接，电阻R1的2端与电源VDD连接。
放大器Q1的栅极与光敏元件D1的负极和电阻R1的1端连接，源极接电源地，漏极与开关三极管Q2的栅极和电阻R2的1端连接，电阻R2的2端与模拟电源AVDD连接。
开关三极管Q2的栅极与放大器Q1的漏极和电阻R2的1端连接，漏极接模拟电源AVDD连接，源极连接到开关三极管Q3的栅极、开关三极管Q4的漏极和电阻R3的2端，电阻R3的1端与电源地连接。
开关三极管Q3的栅极与开关三极管Q2的源极和开关三极管Q4的漏极、电阻R3的2端连接，漏极与开关三极管Q4的栅极和开关三极管Q6的源极、电阻R4的2端连接，源极与开关三极管Q4的源极和恒流源H1的输入端连接，电阻R4的1端与电源地连接。
开关三极管Q4的栅极与开关三极管Q6的源极和开关三极管Q3的漏极、电阻R4的2端连接，漏极与开关三极管Q3的栅极和开关三极管Q2的源极、电阻R3的2端连接，源极与开关三极管Q3的源极和恒流源H1的输入端连接。
开关三极管Q5的栅极与外部接口U1的复位信号连接，漏极与恒流源H1的输出端、电容C1的正(+)极、跟随器Q7的栅极连接。电容C1的负（-）极与电源地连接。
开关三极管Q6的栅极与外部接口U1的基准信号连接，漏极与模拟电源AVDD连接，源极与开关三极管Q4的栅极和开关三极管Q3的漏极、电阻R4的2端连接。
跟随器Q7的栅极与开关三极管Q5的漏极、恒流源H1的输出端、电容C1的正（+）极连接，漏极与电源VDD连接，源极与开关三极管Q8的漏极连接。
开关三极管Q8的漏极与跟随器Q7的源极连接，源极与开关三极管Q9的漏极连接，栅极与外部接口U1的选通信号2连接。
开关三极管Q9的漏极与开关三极管Q8的源极连接，栅极与外部接口U1的选通信号1连接，源极与外部接口的A/D转换连接。
本发明一种光敏恒流电容积分传感器的工作流程如下：
步骤U201，开始时，外部接口U1的基准信号、选通信号1、选通信号2分别使开关三极管Q6、Q8、Q9的漏极与源极断流，外部接口U1的复位信号使开关三极管的Q5的漏极和源极导通，对电容C1放电复位，放电后C1的电压为0V，同时外部的特定光源处于关闭状态。
步骤U202，外部接口U1的复位信号使开关三极管Q5的漏极和源极断流。
步骤U203，外部接口U1的基准信号使开关三极管Q6的漏极和源极导通，同时外部特定光源发光。
步骤U204，当光敏元件D1接收到特定光线后，放大器Q1将光敏元件D1负端的电压信号放大，驱动开关三极管Q2的漏极和源极导通。
步骤U205，由于外部接口U1的基准信号有效时的时间和光敏元件D1接收到特定光线时的时间有一个时间差，该时间差使得开关三极管Q2和Q4导通，Q6和Q3断流，或使得开关三极管Q2和Q4断流，Q6和Q3导通，这样就将模拟电源AVDD接通到恒流源H1的输入端，如果该时间差为0，则使得开关三极管Q2、Q4、Q6、Q3断流。
步骤U206，当恒流源H1的输入端接通模拟电源AVDD后，则在输出端输出一个恒定的电流到电容C1，电容C1对输入的该恒定电流进行电压积分，电容C1上的电压与积分时间成线性关系，该电压传到了跟随器Q7的栅极上。
步骤U207，跟随器Q7将其栅极上的电压信号放大，通过其源极输出到开关三极管Q8的漏极上。当外部接口U1的选通信号1和选通信号2有效时，开关三极管Q8的漏极与源极导通，开关三极管Q9的漏极与源极导通，就将跟随器Q7的源极输出的电压信号传递到了外部接口U1的A/D转换口。
Claims (3)
1.一种光敏恒流电容积分传感器，其特征是：包括有光敏元件D1、电容C1、电阻R1到R4、放大器Q1、开关三极管Q2到Q6、跟随器Q7、开关三极管Q8到Q9、恒流源H1；
光敏元件D1的负极与电阻R1的1端和放大器Q1的栅极连接，光敏元件D1的正极与电源地连接，电阻R1的2端与电源VDD连接；
放大器Q1的栅极与光敏元件D1的负极和电阻R1的1端连接，源极接电源地，漏极与开关三极管Q2的栅极和电阻R2的1端连接，电阻R2的2端与模拟电源AVDD连接；
开关三极管Q2的栅极与放大器Q1的漏极和电阻R2的1端连接，漏极接模拟电源AVDD连接，源极连接到开关三极管Q3的栅极、开关三极管Q4的漏极和电阻R3的2端，电阻R3的1端与电源地连接；
开关三极管Q3的栅极与开关三极管Q2的源极和开关三极管Q4的漏极、电阻R3的2端连接，漏极与开关三极管Q4的栅极和开关三极管Q6的源极、电阻R4的2端连接，源极与开关三极管Q4的源极和恒流源H1的输入端连接，电阻R4的1端与电源地连接；
开关三极管Q4的栅极与开关三极管Q6的源极和开关三极管Q3的漏极、电阻R4的2端连接，漏极与开关三极管Q3的栅极和开关三极管Q2的源极、电阻R3的2端连接，源极与开关三极管Q3的源极和恒流源H1的输入端连接；
开关三极管Q5的栅极与外部接口U1的复位信号连接，漏极与恒流源H1的输出端、电容C1的正(+)极、跟随器Q7的栅极连接，电容C1的负（-）极与电源地连接；
开关三极管Q6的栅极与外部接口U1的基准信号连接，漏极与模拟电源AVDD连接，源极与开关三极管Q4的栅极和开关三极管Q3的漏极、电阻R4的2端连接；
跟随器Q7的栅极与开关三极管Q5的漏极、恒流源H1的输出端、电容C1的正（+）极连接，漏极与电源VDD连接，源极与开关三极管Q8的漏极连接；
开关三极管Q8的漏极与跟随器Q7的源极连接，源极与开关三极管Q9的漏极连接，栅极与外部接口U1的选通信号2连接；
开关三极管Q9的漏极与开关三极管Q8的源极连接，栅极与外部接口U1的选通信号1连接，源极与外部接口的A/D转换连接。
2.如权利要求1所述的光敏恒流电容积分传感器，其特征是：所述的光敏恒流电容积分传感器组成一个平面阵列。
3.如权利要求2所述的光敏恒流电容积分传感器，其特征是：所述的平面阵列放置在镜头的成像焦平面上，与镜头、受控光源、控制电路连接在一起，组成一个光敏恒流电容积分面阵列测距传感器。
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |