CN107576967A - 一种光敏恒流电容积分测距传感器 - Google Patents

Abstract

本发明一种光敏恒流电容积分测距传感器属于技术领域，包括有光敏二极管D1、电容C1、电阻R1、恒流源H1，和MOS管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5，包括有MOS管Q6、Q7和控制接口U1；本发明在对电容充电控制电路上，采用5个MOS管，无需基准信号控制，使得制造平阵列测距传感器集成电路时，工艺更简化，在相同的感光面积上所能集成的测距像素更多。

Description

一种光敏恒流电容积分测距传感器

技术领域

本发明涉及一种光敏恒流电容积分测距传感器技术领域，具体涉及一种包含光敏传感器技术、电容恒流充电积分技术，信号放大技术等。

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。

另一已公开的专利ZL201310372353.X 光敏恒流电容积分传感器，与本发明在电容充电控制电路上存在明显差别，本发明在对电容充电控制电路上，采用5个MOS管，无需基准信号控制，使得制造平阵列测距传感器集成电路时，工艺更简化，在相同的感光面积上所能集成的测距像素更多。

发明内容

本发明包括有光敏二极管D1、电容C1、电阻R1、恒流源H1（可用二极管工作在反向饱和电流区间实现），和MOS管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5，包括有MOS管Q6、Q7和控制接口U1。其中：

D1的负极与Q1的D极连接， D1的正极与电源地连接。

Q1的G极与U1的“复位信号”连接，Q1的S极与VDD电源连接，Q1的D极与D1的负极和Q2的G极连接。

Q2的S极与电源VDD连接，Q2的D极与Q3的G极和R1的1端连接。

R1的2端与电源地连接。

Q3的S极与电源AVDD连接，Q3的D极与H1的1端连接。

H1的2端与C1的1端、Q4的S极、Q5的G极连接。

Q4的G极与U1的“复位信号”连接，Q4的D极与电源地连接。

C1的2端与电源地连接。

Q5的S极与电源AVDD连接，Q5的D极与Q6的S极连接。

Q6的G极与U1的“选通信号2”连接，Q6的D极与Q7的S极连接。

Q7的G极与U1的“选通信号1”连接，Q7的D极与U1的“A/D转换”连接。

本发明中，当“复位信号”停止复位后，刚开始时，光敏二极管D1上的电压处于高位，电容C1上电压为零伏，随即电路通过恒流源H1对电容C1的充电。之后，当光敏二极管D1受到光照射时，光敏二极管D1的电压降低，电路对电容C1的充电停止。由于电容C1的电压值与充电时间成线性关系，因此，电路通过对电容C1进行电压测量采集，则可计算出电路从复位结束到光敏二极管D1受到光照射之间的时间长度，再通过光速和该时间长度计算出光敏传感器到场景中对应物体间的距离。

因此，可以将本发明造成一个CMOS光敏恒流电容积分阵列测距传感器。该测距传感器与镜头、受控光源、控制电路等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。

文中：MOS的英文全称是Metal Oxide Semiconductor，是指金属氧化物半导体；CMOS的英文全称是Complementary Metal Oxide Semiconductor，是指互补金属氧化物半导体；MOS管的G极是指栅极，S极是指源极，D极是指漏极。

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，本发明包括有光敏二极管D1、电容C1、电阻R1、恒流源H1（可用二极管工作在反向饱和电流区间实现），和MOS管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5，包括有MOS管Q6、Q7和控制接口U1。其中：

D1的负极与Q1的D极连接， D1的正极与电源地连接。

Q1的G极与U1的“复位信号”连接，Q1的S极与VDD电源连接，Q1的D极与D1的负极和Q2的G极连接。

Q2的S极与电源VDD连接，Q2的D极与Q3的G极和R1的1端连接。

R1的2端与电源地连接。

Q3的S极与电源AVDD连接，Q3的D极与H1的1端连接。

H1的2端同时与C1的1端、Q4的S极、Q5的G极连接。

Q4的G极与U1的“复位信号”连接，Q4的D极与电源地连接。

C1的2端与电源地连接。

Q5的S极与电源AVDD连接，Q5的D极与Q6的S极连接。

Q6的G极与U1的“选通信号2”连接，Q6的D极与Q7的S极连接。

Q7的G极与U1的“选通信号1”连接，Q7的D极与U1的“A/D转换”连接。

图3为本发明的运用示例，其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）等组成 。

具体实施方式

图1中，本发明包括有光敏二极管D1、电容C1、电阻R1、恒流源H1（可用二极管工作在反向饱和电流区间实现），和MOS管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5，包括有MOS管Q6、Q7和控制接口U1。其中：

D1的负极与Q1的D极连接， D1的正极与电源地连接。

Q1的G极与U1的“复位信号”连接，Q1的S极与VDD电源连接，Q1的D极与D1的负极和Q2的G极连接。

Q2的S极与电源VDD连接，Q2的D极与Q3的G极和R1的1端连接。

R1的2端与电源地连接。

Q3的S极与电源AVDD连接，Q3的D极与H1的1端连接。

H1的2端与C1的1端、Q4的S极、Q5的G极连接。

Q4的G极与U1的“复位信号”连接，Q4的D极与电源地连接。

C1的2端与电源地连接。

Q5的S极与电源AVDD连接，Q5的D极与Q6的S极连接。

Q6的G极与U1的“选通信号2”连接，Q6的D极与Q7的S极连接。

Q7的G极与U1的“选通信号1”连接，Q7的D极与U1的“A/D转换”连接。

参看图1、图2，本发明的工作原理如下：

步骤U201，“复位信号”为低电平，使得：MOS管Q1、Q3、Q4的S极与D极导通，MOS管Q2的S极与D极断流，光敏二极管D1充电，电容C1放电。

步骤U202，“复位信号”为高电平（在光敏二极管D1无光照射时），使得：MOS管Q1、Q2、Q4的S极与D极断流，MOS管Q3的S极与D极导通，恒流源H1向电容C1充电，电容C1的电压随着时间增加。

步骤U203，当光敏二极管D1有光照时，光敏二极管D1内部产生放电使自己的电压下降，使得：MOS管Q2的S极与D极导通，MOS管Q3的S极与D极断流，恒流源H1对电容C1的充电停止。

步骤U204，MOS管Q5将C1的电压放大后从其D极输出到MOS管Q6的S极；“选通信号1”和“选通信号2”同时使MOS管Q6、Q7的S极与D极导通时，MOS管Q6的S极电压通过MOS管Q6和Q7的S极和D极输出到控制接口U1的“A/D转换”。

Claims (4)

1.一种光敏恒流电容积分测距传感器，其特征是：包括有光敏二极管D1、电容C1、电阻R1、恒流源H1，和MOS管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5，包括有MOS管Q6、Q7和控制接口U1，D1的负极与Q1的D极连接，D1的正极与电源地连接，Q1的G极与U1的“复位信号”连接，Q1的S极与VDD电源连接，Q1的D极与D1的负极和Q2的G极连接，Q2的S极与电源VDD连接，Q2的D极与Q3的G极和R1的1端连接，R1的2端与电源地连接，Q3的S极与电源AVDD连接，Q3的D极与H1的1端连接，H1的2端同时与C1的1端、Q4的S极、Q5的G极连接，Q4的G极与U1的“复位信号”连接，Q4的D极与电源地连接，C1的2端与电源地连接，Q5的S极与电源AVDD连接，Q5的D极与Q6的S极连接，Q6的G极与U1的“选通信号2”连接，Q6的D极与Q7的S极连接；Q7的G极与U1的“选通信号1”连接，Q7的D极与U1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测距传感器，其特征是：当U1的复位信号复位时，电路对 D1充电，对C1放电，之后，当U1的复位信号停止复位并且D1无光照射时，H1对电容C1进行恒流充电，之后，在D1有光照射时，D1内部放电，D1的电压下降，使得电路停止对C1充电，此时C1的电压值反映了从U1复位信号停止复位时刻到D1接收到光照射时刻的时间长度，利用该时间则可计算出该时间长度对应的光线传播距离。

3.如权利要求1所述的光敏恒流电容积分测距传感器，其特征是：将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。

4.如权利要求1所述的光敏恒流电容积分测距传感器，其特征是：可以将其制造成一个CMOS光敏恒流电容积分阵列测距传感器。