CN113805188B - ToF型距离传感器及电子设备 - Google Patents

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Abstract

ToF型距离传感器(100)具有发光元件(10)、第一聚光部(20)、受光元件(30)、设于盖(40)的第一区域(41)以及设置于盖(40)的第二区域(42)。第一区域(41)是使脉冲光散射的散射区域。

Description

ToF型距离传感器及电子设备
技术领域
本发明涉及一种使用ToF(Time of Flight)进行测距的ToF型距离传感器和具备该传感器的电子设备。
背景技术
以往，提出了检测液面的ToF型距离传感器和作为具备其的电子设备的空气调节器(参照国际公开第2020/032111号公报)。该ToF型距离传感器为盖具有覆盖发光部的透射区域和覆盖测定光受光部的散射区域的传感器。
发明内容
在想要将国际公开第2020/032111号公报所公开的现有技术应用于例如净水器的情况下，发现存在以下的还不能解决的问题。
净水器有时会将液体猛烈地追加注入到储水容器。如果猛烈地注入液体且测定对象物的液面发生变动，则在测距时有时无法精度和稳定性良好地检测推移。
本发明是鉴于上述问题点而完成的，其目的在于，实现即使在测定对象物的液面变动的情况下也能够精度和稳定性良好地检测推移的ToF型距离传感器以及具备该距离传感器的电子设备。
为了解决上述技术问题，本发明的一方面涉及的ToF型距离传感器包括：发光元件，其发出脉冲光；第一聚光部，其对从所述发光元件发出的所述脉冲光进行聚光；受光元件；以及盖，其设有第一区域以及第二区域，所述第一区域使由所述第一聚光部聚光后的所述脉冲光出射至外部，所述第二区域使由测定对象物反射的所述脉冲光向所述受光元件入射，所述第一区域是使所述脉冲光散射的散射区域。
为了解决上述课题，本发明的另一个方式的ToF型距离传感器包括：发光元件，其发出脉冲光；受光元件；盖，其设置有第一区域以及第二区域，所述第一区域使从所述发光元件发出的所述脉冲光出射至外部，所述第二区域使被测定对象物反射的所述脉冲光入射至所述受光元件；以及第二聚光部，其对朝向所述受光元件入射的所述脉冲光聚光，所述第二区域是使所述脉冲光散射的散射区域。
根据本发明，即使在测定对象物的液面变动的情况下，也能够起到精度和稳定性良好地检测推移的效果。
附图说明
图1为表示第一实施方式的净水器的一个例子的说明图。
图2是表示第一实施方式中的ToF型距离传感器的立体图。
图3是表示从图2的ToF型距离传感器拆下盖后的状态的外形的立体图。
图4为图2的A-A线的截面图。
图5是示意性表示从发光元件发出的脉冲光和朝向受光元件入射的脉冲光的说明截面图。
图6是表示第一实施方式的净水器注水时的测定时间与ToF型距离传感器的输出距离变动的图表。
图7是示意性表示第二实施方式的ToF型距离传感器和从发光元件发出的脉冲光的说明截面图。
图8是表示第三实施方式的ToF型距离传感器的盖的立体图。
图9是示意性地表示采用了图8的盖的变形例的ToF型距离传感器和从发光元件发出的脉冲光的说明截面图。
图10是示意性表示第三实施方式的ToF型距离传感器和从发光元件发出的脉冲光的说明截面图。
图11是示意性表示第五实施方式的ToF型距离传感器和从发光元件发出的脉冲光的说明截面图。
图12是表示第六实施方式的ToF型距离传感器的截面图。
具体实施方式
以下，参照附图，详细说明用于实施本发明的方式。此外，本发明并不限定于以下的实施方式。
〔第一实施方式〕
以下，参照图1～图6对本发明的第一实施方式进行详细说明。在第一实施方式中，表示了作为本发明的一个方式的ToF型距离传感器100以及使用了ToF型距离传感器100的作为本发明的电子设备的一个方式的净水器110。
(净水器110的构成)
如图1所示，净水器110具备前过滤部101、活性炭处理部102、反渗透膜处理部103、注水口104、储水器105以及ToF型距离传感器100。反渗透膜也称为RO(Reverse Osmosis)膜，反渗透膜处理部103也称为RO膜处理部。在净水器110中，原水依次经过前过滤部101、活性炭处理部102以及反渗透膜处理部103。通过反渗透膜处理部103之后的液体作为净水或过滤后的水，经由注水口104注入到储水器105中，并蓄积在直接拆卸式的储水器105中。
由于净水器110为储水器105能够从净水器110拆下的构成，因此，采用过滤后的水从储水器105的上方注入的构成。此外，为了缩短直到满水为止的时间，净水器110使从注水口104放出的液体的流量尽可能多。
因此，在净水器110中，贮存在储水器105内的水的液面的变动比例如具有加湿器之类的储水部的其它一般的电子设备大。在图1中，贮存在储水器105内的水是ToF型距离传感器100的测定对象物106。在净水器110中，为了检测其液面位置，在与注水口104大致相同的高度设置有ToF型距离传感器100。
(ToF型距离传感器100的构成)
ToF型距离传感器100是通过飞行时间(Time of Flight)方式来检测距离的传感器。第一实施方式中的ToF型距离传感器100具备发光元件10、第一聚光部20、受光元件30、盖40以及第二聚光部50(参照图4以及图5)。在图2中表示ToF型距离传感器100的外形。
如图2所示，ToF型距离传感器100在盖40上具有供脉冲光通过的第一区域41和第二区域42。进而，在盖40中，至少在第一区域41和第二区域42之间具有遮蔽部45，该遮蔽部45用于遮蔽脉冲光的透射。在图3中表示拆下盖40后的状态下的ToF型距离传感器100。
如图3所示，ToF型距离传感器100采用在基板1上包覆具有遮光性材料的不透明树脂2的构成。此外，ToF型距离传感器100在不透明树脂2上具有出射开口3和受光开口4。出射开口3和受光开口4由贯通不透明树脂2的贯通孔构成。
此外，出射开口3的开口直径大于受光开口4的开口直径。拆下盖40后的状态下的ToF型距离传感器100的外形尺寸为厚度0.3mm以上且3mm以下左右。其长边为2mm以上且10mm以下左右，短边为1mm以上且5mm以下左右。图4中表示图2的A-A线的截面图。ToF型距离传感器100在不透明树脂2与基板1之间填充有透明树脂8。在填充有透明树脂8的ToF型距离传感器100的内部具有发光元件10。
(发光元件10的构成)
发光元件10优选为能够进行超高速调制的垂直共振腔面射型激光器(VerticalCavity Surface Emitting Laser：VCSEL)。发光元件10可以选择例如940nm波段的红外光作为发光波长。在发光元件10使用VCSEL的情况下，从发光元件10发出的脉冲光从发光元件10的光轴扩展。例如，该脉冲光以半功率半角具有15度的指向性。该情况下的脉冲光也称为激光。
以下，将从发光元件10发出的脉冲光到达测定对象物106(参照图1)为止的脉冲光称为“发光脉冲”。发光脉冲包括ToF型距离传感器100内部的脉冲光和ToF型距离传感器100外部的脉冲光。此外，将由测定对象物106(参照图1)反射的脉冲光称为“反射光”。进一步地，将朝向受光元件30入射的脉冲光称为“受光脉冲”。
(第一聚光部20的构成)
第一聚光部20是使从发光元件10发出的脉冲光在ToF型距离传感器100的内部聚光的部件。具体而言，第一聚光部20是从发光元件10侧向出射开口3侧突出的凸透镜。
第一聚光部20由与透明树脂8同样的环氧等具有透光性的材料构成。第一聚光部20与出射开口3的下部相接，与透明树脂8一体构成。但是，第一聚光部20也可以由与透明树脂8不同的部件构成。并且，第一聚光部20的最凸部位于出射开口3的中心轴上。进一步地，发光元件10的中心位于第一聚光部20的焦点。发光元件10和受光元件30以存在规定间隔的方式管芯接合于基板1上。
(受光元件30的构成)
受光元件30是接收脉冲光的半导体芯片。优选在受光元件30设置有能够以超高速检测微弱的光的单光子雪崩二极管(Single Photon Avalanche Photo Diode：SPAD)的阵列作为受光部。在受光元件30的受光部上设有由基准光滤波器5和测定光滤波器6构成的两个滤波器。基准光滤波器5的正下方是基准光的受光部，测定光滤波器6的正下方是测定光的受光部。
基准光滤波器5和测定光滤波器6是可见光截止的玻璃滤波器。此外，优选在基准光滤波器5的表面设置选择性地透射发光元件10的发光波长的带通滤波器。基准光滤波器5配置在发光元件10的附近。
在基准光滤波器5与测定光滤波器6之间设置有对脉冲光进行遮光的遮光部7。此外，在基准光滤波器5与发光元件10之间填充有透明树脂8，形成脉冲光的路径。以下，将该路径称为“基准光路径”。受光元件30经由基准光路径在基准光的受光部接收从发光元件10发出的脉冲光。另一方面，受光元件30在测定光的受光部接收受光脉冲。
(盖40的构成)
盖40是为了保护ToF型距离传感器100而设置的。盖40设置为与不透明树脂2的上表面之间存在规定距离。此外，盖40防止ToF型距离传感器100的水润湿，并在不透明树脂2以及基板1的两侧面分别设置适当的两个连接部件9而被固定。
盖40与不透明树脂2的规定距离可从超过0mm且5mm以下的范围内选择。另外，盖40的厚度能够从0.5以上且3mm以下的范围内选择。典型地，其距离为0.7mm，其厚度为1mm。
在盖40中，在与出射开口3对应的第一区域41和与受光开口4对应的第二区域42中，调整材料、厚度以透射脉冲光。在图4中，在盖40的表背两面中的一个面具有第一区域41，在与具有第一区域41的面相反的另一面设置第一凹部43来调整厚度。
第一凹部43设置在位于内部侧的另一个面上。第一区域41覆盖出射开口3和发光元件10。此外，在盖40的表背两面中的一面上具有第二区域42，在与具有第二区域42的面相反的另一面上设置第二凹部44来调整厚度。第二区域42覆盖受光开口4和测定光的受光部及其附近。
(第一实施方式的第一区域的构成)
在盖40中，第一区域41是使脉冲光散射的散射区域。在作为散射区域的第一区域41中，脉冲光不仅透射盖40，而且被散射。在此，作为散射区域的第一区域41构成为在一个面上设置有凹凸。具体而言，第一区域41在位于外部侧的一面设置纹理而形成有散射区域的凹凸。
第二区域42是仅透射脉冲光的透射区域。作为透射区域的第二区域42的盖40的表背两面由平面构成。具体而言，第二区域42设置于位于盖40的外部侧的一面。另一方面，第二凹部44设置在位于盖40的内部侧的另一个面上。
(第二聚光部的构成)
第二聚光部50为聚光受光脉冲的部件。具体而言，第二聚光部50是从受光元件30侧向受光开口4侧突出的凸型聚光透镜。第二聚光部50由与透明树脂8同样的环氧等具有透光性的材料构成。第二聚光部50在图4的纵截面图中与受光开口4相比直径更大，且具有从透明树脂8到受光开口4的上下高度的大致一半左右的高度。
第二聚光部50与受光开口4接触，与透明树脂8一体地构成。但是，第二聚光部50也可以由与透明树脂8不同的部件构成。然后，测定光的受光部位于第二聚光部50的焦点。但是，第二聚光部50的最凸部配置成从受光开口4的中心轴向遮光部7侧偏移。此外，不透明树脂2覆盖第二聚光部50的与遮光部7的上方对应的的一部分。
(第一实施方式的发光侧的光学关系)
ToF型距离传感器100在发光脉冲的光路中，接着发光元件10而存在第一聚光部20，通过出射开口3和第一凹部43，接着第一聚光部20而存在作为散射区域的第一区域41。换而言之，发光侧的光学关系是发光元件10、第一聚光部20、作为散射区域的第一区域41的顺序。
(第一实施方式的受光侧的光学关系)
此外，ToF型距离传感器100在受光脉冲的光路中，接着作为透射区域的第二区域42而存在第二聚光部50。并且，接着第二聚光部50而依次存在测定光滤波器6、受光元件30的测定光的受光部。
(水位检测动作)
以下，参照图1以及图5对使用ToF型距离传感器100的水位检测动作进行详细说明。水位检测动作是用ToF型距离传感器100检测测定对象物106(参照图1)的液面的位置的动作。
发光元件10向外部释放短脉冲光(脉冲光)。如图5所示，从发光元件10发出并从其光轴扩展的脉冲光通过第一聚光部20，从而通过出射开口3的光能向与发光元件10的光轴平行的方向聚光。
然后，该聚光后的发光脉冲f通过第一凹部43，通过第一区域41，一边散射一边出射至外部。发光脉冲f通过盖40而照射到测定对象物106(参照图1)。另外，虽未图示，但其脉冲光的一部分在ToF型距离传感器100的内部通过基准光路径，在受光元件30作为基准光被接收。
通过第一聚光部20和第一区域41，释放到ToF型距离传感器100的外部的发光脉冲f在测定对象物106(参照图1)的测定面反射。在储水器105(参照图1)的液面等测定面上的反射光返回ToF型距离传感器100。反射光的一部分作为测定光通过第二区域42，依次入射到第二聚光部50、测定光滤波器6、受光元件30的测定光的受光部并被接收。这是受光脉冲i。
具体而言，受光脉冲i通过第二区域42，向受光元件30入射。从第二区域42入射的受光脉冲i通过第二凹部44和受光开口4，由第二聚光部50集中到测定光的受光部。集中的受光脉冲i由受光元件30检测。此时，基于经由基准光的受光部和测定光的受光部的受光元件30的检测，进行检测测定对象物106(参照图1)的液面的位置的水位检测动作。
在水位检测动作中，当测定面从ToF型距离传感器100离开时，光的往复所需的时间(飞行时间)变长。此外，测定面从ToF型距离传感器100离开时，从受光元件30检测到基准光起到受光元件30检测到反射光为止的时间变长。
ToF型距离传感器100通过针对许多短脉冲光测量飞行时间并进行统计处理，由此抑制杂散光的影响。根据ToF型距离传感器100，参照检测基准光的定时为基准，相对地测定飞行时间，从而能够进行高精度的测距。
(发光侧构成的变更测试)
发光侧构成是指能够构成发光侧的光学关系的构成。在第一实施方式中，发光侧构成包括发光元件10、第一聚光部20、出射开口3、第一凹部43以及第一区域41。在制造第一实施方式的ToF型距离传感器100时，对发光侧构成进行各种变更，调查了ToF型距离传感器100的距离检测结果。
图6表示净水器110中的注水时的测定时间和ToF型距离传感器100的输出距离变动的曲线图。图6的虚线是理想变动。即，在空水状态时，检测至储水器105(参照图1)的底部的检测距离100mm，随着注水，描绘出向满水位位置逐渐向右下倾斜的曲线。
(变更测试的方法和评价方法)
在该变更测试中，一边向储水器105(参照图1)注入水，一边使用ToF型距离传感器100进行测距，进行输出距离变动的评价。评价方法如下所示。在描绘输出距离变动为理想变动那样的曲线的情况下，判断为准确地进行了距离检测。
(第一实施方式和比较例的发光侧构成的内容)
该变更试验中使用的发光侧构成如下所述。
(第一实施方式)
在发光侧具有透镜及具有散射区域：即，具备与第一实施方式的ToF型距离传感器100的同样的构成。
(比较例1)
无散射区域和无透镜：比较例1将第一实施方式的ToF型距离传感器100的第一区域41变更为透射区域。进一步地，比较例1不设置第一实施方式的第一聚光部20，将出射开口3与透明树脂8之间变更为平面。比较例1除了这些变更之外，具备与ToF型距离传感器100同样的构成。
(比较例2)
发光侧具有散射区域：比较例2除了不设置第一实施方式的ToF型距离传感器100的第一聚光部20而将出射开口3与透明树脂8之间变更为平面之外，具备与ToF型距离传感器100同样的构成。
(第一实施方式的ToF型距离传感器100的结果)
在发光侧具有透镜及具有散射区域的第一实施方式的情况下，在发光侧构成上具备第一区域41和第一聚光部20。在该情况下，如图6所示，ToF型距离传感器100的输出表示与理想变动相同的结果，正确地进行距离检测。根据该实验事实，第一实施方式的ToF型距离传感器100判明，即使在注水而使水位急剧变动的情况下，精度也良好。
(比较例的结果)
在无散射区域和无透镜的比较例1的情况下，在发光侧构成中没有散射区域的第一区域41，并且没有第一聚光部20。在该情况下，如图6所示那样，ToF型距离传感器100的输出变动剧烈，不能正确地进行距离检测。
此外，在发光侧具有散射区域的比较例2的情况下，即，在发光侧构成上在第一区域41设置了散射区域的情况下，如图6所示，在水位低的情况下，大致正确地进行距离检测。但是，当水位变高时，ToF型距离传感器100的输出的变动剧烈，不能正确地进行距离检测。根据该实验事实，在比较例1和比较例2的ToF型距离传感器中，有时无法正确地进行距离检测，精度比第一实施方式更加不好。
比较例1的ToF型距离传感器在发光侧构成中缺少散射区域和透镜的构成。这样，如果在发光侧构成中缺少作为散射区域的第一区域41和第一聚光部20这两构成，则精度最差。此外，比较例2的ToF型距离传感器在发光侧构成中缺少透镜的构成。这样，具有作为散射区域的第一区域41，但即使缺少第一聚光部20，精度也差。
在比较例1中，由于满水状态下的液面的波动剧烈，并且储水器105在镜面反射下受光量较大，因此检测信号比反转，检测储水器105的底面。为了改善该情况，如比较例2那样，即使在发光侧设置散射区域，增加了向液面的照射区域，也得不到液面检测信号的理由如下考察。这是因为，垂直共振腔面射型激光器(VCSEL)随着从光轴扩展，放射时间产生延迟，广角成分将放射延迟时间加到了本来的光到液面的传输时间，导致无法作为液面检测信号起作用。由此，检测信号受到仅光轴成分的光线行为的影响较大，无法得到发光散射的效果，无法获得液面信号。为了改善该症状，在发光元件10与第一区域41所具有的纹理面板之间设置第一聚光部20，使发光的放射时间偏差平均化。
具体而言，将t1、t2…作为单位角度周边的放射时间，将n作为基于透镜的聚光率，将针对每个单位角度不同的放射时间如式(t1+t2+……)/n那样平均化。由此，被纹理散射的成分各自的放射时间被平均化，能够仅提取满水与储水器105的底的传输时间的差，因此如图6所示那样特性进一步得到改善。
即，如图6所示，在发光侧具有透镜以及具有散射区域的第一实施方式的情况下，与在发光侧具有散射区域的比较例2的情况相比，特性进一步得到改善。
具体而言，如图4及图5所示，将发光元件10的中心配置在第一聚光部20的焦点位置。由此，从发光元件10发出并从发光元件10的光轴扩展的脉冲光被转换为平行光，使发光的放射时间偏差平均化。此外，受光侧的第二聚光部50起到如下效果：将由测定对象物106反射而返回的受光脉冲聚光，经由测定光的受光部集中到受光元件30。
如上所述，根据ToF型距离传感器100，即使在测定对象物106的液面变动的情况下，也能够精度和稳定性良好地检测推移。此外，根据净水器110，即使在测定对象物106的液面变动的情况下，也能够精度和稳定性良好地检测推移。
〔第二实施方式〕
下面，参照图7说明本发明的第二实施方式。另外，为了便于说明，对具有与在上述实施方式中说明的部件相同的功能的部件标记相同的附图标记，不重复其说明。
如图7所示，第二实施方式的ToF型距离传感器200与第一实施方式的ToF型距离传感器100除了盖的第一区域和第二区域不同以外具备同样的构成。即，ToF型距离传感器200具备发光元件10、第一聚光部20、受光元件30、第二聚光部50以及盖240。
(盖240的构成)
如图7所示，盖240具有覆盖出射开口3和发光元件10的第一区域241以及覆盖受光开口4和测定光的受光部及其附近的第二区域242。在盖240中，第一区域241是仅透射脉冲光的透射区域。作为透射区域的第一区域241中，位于外部侧的一面由平面构成，并且位于内部侧的另一面设置有第一凹部243，表背两面均由平面构成。
第一凹部243与实施方式的第一凹部43对应。另一方面，第二区域242是使脉冲光散射的散射区域。与第一实施方式的第一区域41同样地构成为，作为散射区域的第二区域242在位于外部侧的一面设置有凹凸。由此，起到散射的效果。另外，在位于盖240的内部侧的另一面设置有第二凹部244。第二凹部244与第一实施方式的第二凹部44对应。
(第二实施方式的发光侧的光学关系)
ToF型距离传感器200在发光脉冲f的光路中，接着发光元件10存在第一聚光部20，接着第一聚光部20存在透射区域即第一区域241。换而言之，发光侧的光学关系是发光元件10、第一聚光部20、作为透射区域的第一区域241的顺序。
(第二实施方式的受光侧的光学关系)
此外，ToF型距离传感器200在受光脉冲i的光路中，接着作为散射区域的第二区域242存在第二聚光部50，接着第二聚光部50依次存在测定光滤波器6、受光元件30的测定光的受光部。
由于盖240的第二区域242是散射区域，因此，到达盖240的脉冲光分散。换而言之，由于脉冲光在第二区域242散射，因此，向受光部的一定部位的受光量集中被抑制。因此，在由于测定对象物106(参照图1)的液面的变动而漫反射的情况下，能够防止该漫反射的脉冲光向受光部的偏移、向受光部外折射的影响。与此同时，根据ToF型距离传感器200，能够防止盖240在第二区域242反射。
这样，通过了比第一实施方式更多的第二区域242的受光脉冲i被受光侧的第二聚光部50聚光，并集中到受光元件30。即，在第二区域242中，到达第二聚光部50的脉冲光与通过透射区域的情况相比增加，并且通过第二聚光部50防止来自多余的方向的杂多脉冲光入射到受光元件30，使灵敏度良好。因此，根据ToF型距离传感器200，即使在测定对象物106(参照图1)的液面变动的情况下，也能够精度和稳定性良好地检测推移。
〔第三实施方式〕
以下，参照图8和图10对本发明的第三实施方式进行说明。如图8和10所示，第三实施方式的ToF型距离传感器300与第一实施方式的ToF型距离传感器100除了盖和第一聚光部不同以外具备同样的构成。即，第三实施方式的ToF型距离传感器300具备发光元件10、第一聚光部320、受光元件30、第二聚光部50以及盖340。
(盖340的构成)
如图8所示，盖340具有第一聚光部320和分离窗60。在盖340中，第一区域341与第一实施方式的第一区域41对应。第二区域342与第一实施方式的第二区域42对应。第一凹部343与第一实施方式的第一凹部43对应。第二凹部344与第一实施方式的第二凹部44对应。
(第三实施方式的第一聚光部320的构成)
第一聚光部320是从第一凹部343侧向出射开口3侧突出的凸透镜。此外，第一聚光部320由与透明树脂8同样的环氧等具有透光性的材料构成。第一聚光部320是与透明树脂8不同的部件。第一聚光部320与第一凹部343形成为一体。但是，第一聚光部320也可以由与第一凹部343不同的部件构成。
第三实施方式中，在出射开口3及透明树脂8上未形成第一聚光部320。第一聚光部320的最凸部位于出射开口3的中心轴的延长线上。并且，发光元件10的中心位于第一聚光部320的焦点。由此，在第一聚光部320中，从发光元件10的光轴扩展的激光被转换为平行光，发光的放射时间偏差被平均化。
(分离窗60的构成)
分离窗60具有贯通盖340的内外的方形的贯通孔，且由透光性材料构成的长方体构成。分离窗60形成于第一区域341和第二区域342之间，具有从盖340到透明树脂8的高度。分离窗60的长边方向长度与将盖340拆下后的状态的ToF型距离传感器300的短边方向长度一致。此外，分离窗60的短边方向长度与第一区域341和第二区域342的内侧两端部之间的长度一致。另外，ToF型距离传感器300采用防止垃圾、尘埃等从分离窗60向内部混入的构成。
作为盖340的变形例，在图9中表示不具有分离窗60的盖440。如图9所示，变形例的ToF型距离传感器400与第三实施方式的ToF型距离传感器300相比，除了分离窗60不同以外，具备同样的构成。即，如图9所示，具备盖440的ToF型距离传感器400不具备分离窗60，盖440具备遮蔽部45。在ToF型距离传感器400中，由于不具有第一实施方式那样的第一聚光部20，所以有时ToF型距离传感器400的内部的发光脉冲f的一部分从出射开口3到达盖440，由遮蔽部45反射而到达受光元件30。在该情况下，产生串扰成分。
具体而言，在发光元件10为VCSEL的情况下，从发光元件10发出并从发光元件10的光轴扩展的脉冲光中，例如指向角为30度以上的脉冲光由遮蔽部45反射，而不从出射开口3通过第一聚光部320。然后，通过ToF型距离传感器400的不透明树脂2与盖440之间，经由第二聚光部50从受光开口4入射到受光元件30。
与此相对地，在具有分离窗60的盖340的情况下，如图10所示，通过分离窗60，发光脉冲f不被盖340反射，而从分离窗60脱离。因此，根据第三实施方式的ToF型距离传感器300，能够进一步减少串扰成分。
〔第五实施方式〕
参照图11，以下对本发明的第五实施方式进行说明。如图11所示，第五实施方式的ToF型距离传感器500与第一实施方式的ToF型距离传感器100，除了盖和第一区域不同以外，具备同样的构成。即，第五实施方式的ToF型距离传感器500具备发光元件10、第一聚光部320、受光元件30、第二聚光部50以及盖540。
(盖540的构成)
盖540具备遮光区域70。遮光区域70由用遮光材料构成的长方体构成。遮光区域70设置在第一区域341和第二区域342之间，具有从盖340到透明树脂8的高度。遮光区域70的长边方向长度与拆下盖540的状态下的ToF型距离传感器500的短边方向长度一致。此外，短边方向长度与第一区域341及第二区域342内侧两端部之间的长度一致。
在第五实施方式中，也与第三实施方式的变形例同样地，不具有第一实施方式那样的第一聚光部20，因此从发光元件10发出而产生从发光元件10的光轴扩展的脉冲光。但是，在第五实施方式中，该脉冲光中例如以指向角为30度以上的脉冲光在从出射开口3到达盖540之前在遮光区域70被反射。
被反射的脉冲光通过第一区域341，向ToF型距离传感器500的外部发射。因此，通过遮光区域70，阻止从发光元件10发出并从发光元件10的光轴扩展的脉冲光在ToF型距离传感器100的内部入射到受光侧构成。因此，根据ToF型距离传感器500，能够降低串扰成分。
〔第六实施方式〕
参照图12，以下对本发明的第六实施方式进行说明。如图12所示，第六实施方式的ToF型距离传感器600与第一实施方式的ToF型距离传感器100除了在采用在发光元件10上浇注散射性透明树脂15的构成的方面不同以外，具备同样的构成。散射性透明树脂15是在硅酮树脂中混入了散射体的树脂。从发光元件10向上方出射的脉冲光通过散射性透明树脂15而被散射。
如第六实施方式那样，在使用散射性透明树脂15的情况下，仅在盖40中的作为散射区域的第一区域41的表面设置凹凸的结构可以通过模具成型来制造。此外，当盖40的材质是玻璃或透光性树脂时，可以使用表面的蚀刻处理等化学加工方法制造。或者，可以使用喷砂、磨削等物理加工方法制造第一区域41的散射区域。
在盖40的材质是玻璃或透光性树脂的情况下，能够通过仅在作为散射区域的第一区域41的表面形成凹凸来制造。进一步地，作为散射区域的第一区域41不限于通过在板材的表面设置凹凸的构成，也可以是通过材料本身由散射光的材料、例如折射率不同的物质混杂的材料构成而得到的区域。作为表示散射的程度的指标，能够使用由日本工业标准JISK7136规定的雾度。第六实施方式中适合的雾度为10～95％。典型地，可以使雾度为90％。
[变形例]
本发明的ToF型距离传感器还能够应用于第一实施方式的净水器110以外的传感器。例如，能够应用于煤油等燃料箱的余量检测、加湿器的水位检测、咖啡厂的水位检测、医疗设备(点滴等)的余量检测等。
此外，在上述实施方式中，例示了发光元件10是垂直共振腔面射型激光器的情况，但并非限定于此。例如，发光元件10也可以是端面发光激光器等其他光源。这种情况下，不限于实施方式中列举的波段，不限于其他波段的红外光、红外光，也可以使用可见光。
进一步地，虽然例举了第一聚光部20、320为凸透镜的例子，但不限定于此。第一聚光部20、320只要是使从发光元件发出的脉冲光聚光的部件，可以是任意的构成。第一聚光部20、320例如可以是凸透镜以外的透镜、凹面镜。
进一步地，此外，第一聚光部20、320只要设置于发光元件与第一区域之间即可，并不完全限定于上述实施方式那样设置于出射开口的下部、第一凹部。在该情况下，与上述实施方式同样地，对从发光元件10发出并从发光元件10的光轴扩展的脉冲光赋予指向性，使能量在测定对象物的方向上集中，因此效率良好。
在上述实施方式中，虽然列举了第二聚光部50是凸型聚光透镜的例子，但并非限定于此。第二聚光部50只要是将朝向受光元件入射的脉冲光聚光的部件，也可以是任意的构成。第二聚光部50例如也可以是凸透镜、凸透镜以外的透镜、凹面镜。
此外，第二聚光部50只要设置在受光元件和第二区域之间即可，并不限定于上述实施方式那样的受光开口的下部。例如，第二聚光部可以设置在受光开口的上部，也可以设置在第二凹部。在该情况下，与上述实施方式同样地，对受光脉冲赋予指向性，来自多余方向的杂多的脉冲光不易进入，使灵敏度良好。
进一步地，在上述实施方式中，在第一区域41、241、341是散射区域的情况下，列举了在一个面设置凹凸的一个例子，但不限定于此。散射区域例如可以在包括另一个面的两面设置凹凸。散射的效果不限于通过在一个面上设置凹凸而得到的效果，也可以通过在包含另一个面的两面上设置凹凸而得到的效果。
同样地，在上述实施方式中，在第二区域42、242、342为散射区域的情况下，列举了在一个面上设置凹凸的一个例子，但不限定于此。散射区域例如可以在包括另一个面的两面设置凹凸。散射的效果不限于通过在一个面上设置凹凸而得到的效果，也可以通过在包含另一个面的两面上设置凹凸而得到的效果。
此外，分离窗60及遮光区域70设置于第一区域与第二区域之间，如果发挥以下功能，则完全不限定于上述实施方式的形状、构成。分离窗60只要来自发光元件的脉冲光不会被盖反射，而遗漏，则可以是任何形状、构成。遮光区域70只要是阻止来自发光元件的脉冲光入射受光侧构成而进行遮光，则可以是任何形状、构成。
〔总结〕
本发明的方式1的ToF型距离传感器构成为包括：发光元件，其发出脉冲光；第一聚光部，其对从所述发光元件发出的所述脉冲光进行聚光；受光元件；以及盖，其设有第一区域以及第二区域，所述第一区域使由所述第一聚光部聚光后的所述脉冲光出射至外部，所述第二区域使由测定对象物反射的所述脉冲光向所述受光元件入射，所述第一区域是使所述脉冲光散射的散射区域。
在该情况下，从发光元件的光轴扩展的脉冲光由第一聚光部转换为平行光，将发光的放射时间偏差平均化。平均化后的发光脉冲由测定对象物反射，反射光的一部分作为受光脉冲被受光元件检测。因此，即使在测定对象物的液面变动的情况下，也能够精度和稳定性良好地检测推移。
本发明的方式2的ToF型距离传感器在上述方式1中，也可以构成为包括对向所述受光元件入射的所述脉冲光进行聚光的第二聚光部。
在该情况下，受光侧的第二聚光部起到将由测定对象物反射回来的脉冲光聚光并集中到受光元件的效果。因此，进一步能够防止来自多余的方向的杂多脉冲光入射到受光元件，使灵敏度良好。
本发明的方式3的ToF型距离传感器的构成为，包括：发光元件，其发出脉冲光；受光元件；盖，其设置有第一区域以及第二区域，所述第一区域使从所述发光元件发出的所述脉冲光出射至外部，所述第二区域使被测定对象物反射的所述脉冲光入射至所述受光元件；以及第二聚光部，其对朝向所述受光元件入射的所述脉冲光聚光，所述第二区域是使所述脉冲光散射的散射区域。
在该情况下，在作为散射区域的第二区域，到达第二聚光部的脉冲光比通过透射区域的情况增加，并且通过第二聚光部防止来自多余的方向的杂多脉冲光入射到受光元件，使灵敏度良好。因此，即使在测定对象物的液面变动的情况下，也能够精度和稳定性良好地检测推移。
本发明的方式4的ToF型距离传感器在上述方式3中，也可以构成为还包括第一聚光部，其对从所述发光元件发出并到达所述第一区域的所述脉冲光进行聚光。
在该情况下，从发光元件的光轴扩展的激光由第一聚光部转换为平行光，并将发光的放射时间偏差平均化。因此，即使在测定对象物的液面变动的情况下，也能够精度和稳定性良好地检测推移。
本发明的方式5的ToF型距离传感器在上述方式1至方式4的任一个中，可以构成为在所述盖的所述第一区域和所述第二区域之间形成有分离窗。
在该情况下，通过形成有分离窗，来自发光元件的脉冲光从分离窗出射而不会被盖反射。因此，能够进一步减少串扰成分。
本发明的方式6的ToF型距离传感器在上述方式1至方式4的任一个中，可以构成为在所述盖的所述第一区域和所述第二区域之间设置有遮光区域。
在该情况下，通过遮光区域，从发光元件发出并从发光元件的光轴扩展的脉冲光中，例如指向角为30度以上的脉冲光被反射。该反射成分通过遮光区域阻止入射到受光侧构成而被遮光。因此，能够进一步减少串扰成分。
本发明的方式7的ToF型距离传感器在上述方式1至6中的任一个中，也可以构成为所述发光元件是垂直共振腔面射型激光器。
在该情况下，垂直共振腔面射型激光器向半导体基板垂直地出射光，与现有的激光相比，能够以低功耗进行阵列集成。此外，垂直共振腔面射型激光器随着从光轴扩展，放射时间产生延迟，因此受到轴成分的光线行为的影响。在该情况下，也能够将发光的放射时间偏差平均化，能够正确地进行距离检测。
本发明的方式8的具备ToF型距离传感器的电子设备的特征在于，在上述方式1至7中的任一项中，也可以构成为具备方式1至7中的任一个所述的ToF型距离传感器。
在该情况下，由于具备ToF型距离传感器，因此能够精度和稳定性良好地进行测距。
本发明的方式9的电子设备在上述方式8中，也可以构成为利用所述ToF型距离传感器来检测液面的位置。
在该情况下，利用上述ToF型距离传感器来检测液面的位置，因此即使在测定对象物的液面变动的情况下，也能够精度和稳定性良好地检测推移。

Claims (9)

1.一种ToF型距离传感器，其特征在于，其包括：
发光元件，其发出脉冲光；
第一聚光部，其对从所述发光元件发出的所述脉冲光进行聚光；
受光元件；以及
盖，其设有第一区域以及第二区域，所述第一区域使由所述第一聚光部聚光后的所述脉冲光出射至外部，所述第二区域使由测定对象物反射的所述脉冲光向所述受光元件入射，
所述第一区域是使由所述第一聚光部聚光的所述脉冲光散射的散射区域。
2.根据权利要求1所述的ToF型距离传感器，其特征在于，包括对向所述受光元件入射的所述脉冲光进行聚光的第二聚光部。
3.一种ToF型距离传感器，其特征在于，其包括：
发光元件，其发出脉冲光；
受光元件；
盖，其设置有第一区域以及第二区域，所述第一区域使从所述发光元件发出的所述脉冲光出射至外部，所述第二区域使被测定对象物反射的所述脉冲光入射至所述受光元件；以及
第二聚光部，其对朝向所述受光元件入射的所述脉冲光聚光，
所述第二区域是使所述脉冲光散射的散射区域，
所述第二聚光部使被所述第二区域散射的所述脉冲光聚光并入射至所述受光元件。
4.根据权利要求3所述的ToF型距离传感器，其特征在于，还包括第一聚光部，其对从所述发光元件发出并到达所述第一区域的所述脉冲光进行聚光。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的ToF型距离传感器，其特征在于，在所述盖的所述第一区域和所述第二区域之间形成有分离窗。
6.根据权利要求1至4中任意一项所述的ToF型距离传感器，其特征在于，在所述盖的所述第一区域和所述第二区域之间设置有遮光区域。
7.根据权利要求1至4中任意一项所述的ToF型距离传感器，其特征在于，所述发光元件是垂直共振腔面射型激光器。
8.一种电子设备，其特征在于，其具备权利要求1至4中任一项所述的ToF型距离传感器。
9.根据权利要求8所述的电子设备，其特征在于，通过所述ToF型距离传感器来检测液面的位置。
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