CN212905460U - 光学接近传感器和接近传感器 - Google Patents

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Abstract

本公开的实施例涉及光学接近传感器和接近传感器。光学接近传感器，包括固态光电转换器、偏置固态光电转换器的偏置电路，以及驱动电路。驱动电路控制偏置电路以将在第一值和第二值之间调制的偏置信号施加到光电转换器，第二值与第一值不同，由固态光电转换器向目标对象发射经调制的光学信号。驱动电路从固态光电转换器接收电输出信号，该电输出信号根据由于发射的经调制的光学信号在目标对象处的反射而在固态光电转换器处接收的经调制的光学信号变化。驱动电路执行经调制的偏置信号与电输出信号的相位比较，作为相位比较的结果产生相移信号。驱动电路根据相移信号来计算光学接近传感器与目标对象之间的距离。根据实施例，成本降低，精度提高。

Description

光学接近传感器和接近传感器
技术领域
本公开涉及光学接近传感器和接近传感器。
背景技术
光学接近传感器被用在各种应用中。例如，它们被用在许多行业和研究中以进行距离测量，以及被用在工程中以进行质量控制和过程监测。非接触式传感器系统代表了一种理想的解决方案，特别是在狭窄的空间中。
光学接近传感器也适用于自动化、化学工业、医疗技术、特殊机器构造、自动机器人、移动电话和消费电子领域。
作为非限制性示例，涉及光学接近传感器的其他可能应用可以包括用户检测(例如，开启/关闭设备和锁定/解锁设备)、针对物联网设备、服务机器人和真空清洁器的低功率模式的自主触发、无人机、智能货架和自动售货机、卫生设备、智能建筑物和智能照明设备、手势识别设备。
实用新型内容
本公开至少提出了在狭窄的空间中的距离测量解决方案。
根据本公开的第一方面，提供了一种光学接近传感器，包括：固态光电转换器；偏置电路，被配置为对固态光电转换器进行偏置；以及控制电路，其中控制电路被配置为：控制偏置电路，以将在第一值和第二值之间调制的偏置信号施加到固态光电转换器，第二值与第一值不同，其中响应于偏置信号被施加到固态光电转换器，由固态光电转换器朝向目标对象发射经调制的光学信号；接收来自固态光电转换器的电输出信号，电输出信号根据接收的经调制的光学信号而变化，接收的经调制的光学信号由于朝向目标对象发射的经调制的光学信号的反射，而在固态光电转换器处被接收，执行对施加到固态光电转换器的偏置信号与从固态光电转换器接收的电输出信号的相位比较，基于相位比较，产生相移信号，相移信号根据朝向目标对象发射的经调制的光学信号与在固态光电转换器处接收的接收的经调制的光学信号之间的相移而变化，以及根据相移信号，计算光学接近传感器与目标对象之间的距离。
在一些实施例中，偏置电路包括调制电路，调制电路被配置为以在100MHz和3GHz之间的频率，在第一值和第二值之间周期性地调制偏置信号，并且朝向目标对象发射的经调制的光学信号以在100MHz和3GHz之间的频率周期性被调制。
在一些实施例中，第一值高于固态光电转换器的击穿电压，并且第二值低于固态光电转换器的击穿电压。
在一些实施例中，第一值和第二值两者都高于固态光电转换器的击穿电压。
在一些实施例中，光学接近传感器还包括：调节电路，被配置为调节来自固态光电转换器的电输出信号，并且被配置为将经调节的电信号提供给控制电路。
在一些实施例中，固态光电转换器、偏置电路或调节电路中的至少两个被实施在相同的半导体芯片上。
在一些实施例中，固态光电转换器包括抗反射涂层、背景光衰减滤波器和透镜。
在一些实施例中，固态光电转换器包括单光子雪崩二极管的阵列、雪崩光电二极管的阵列或硅光电倍增器中的至少一个。
在一些实施例中，固态光电转换器包括透镜的阵列，透镜的阵列中的每个透镜具有抗反射涂层和包含在其中的背景光衰减滤波器。
在一些实施例中，固态光电转换器包括用于评估背景光的基准通道。
在一些实施例中，控制电路被配置为：执行对施加到光电转换器的经调制的偏置信号与从固态光电转换器接收的电输出信号的多个相位比较，并且基于多个相位比较，产生相移信号的多个值，以及根据相移信号的多个值，计算光学接近传感器与目标对象之间的距离。
根据本公开的第二方面，提供了一种接近传感器，包括：基底；光学传感器，在基底上，光学传感器被配置为：响应于偏置信号被施加到光学传感器，朝向目标对象发射经调制的光学信号，并且被配置为检测由于经调制的光学信号被反射离开目标对象而被光学传感器接收的反射的经调制的光学调制信号；驱动器电路，在基底上，驱动器电路被配置为向光学传感器施加偏置信号，偏置信号在第一值和不同于第一值的第二值之间交替；以及控制电路，被配置为计算经调制的光学信号与反射的经调制的光学信号之间的相移，并且基于相移，确定接近传感器与目标对象之间的距离。
在一些实施例中，接近传感器还包括：在基底上的信号调节电路，信号调节电路被配置为处理用于控制电路的反射的经调制的光学信号，信号调节电路包括放大器、模数转换器或逻辑接口中的至少一个。
在一些实施例中，接近传感器还包括：在光学传感器上的抗反射涂层；在抗反射涂层上的滤波器；以及在滤波器上的透镜。
在一些实施例中，光学传感器包括单光子雪崩二极管的阵列、雪崩光电二极管的阵列或硅光电倍增器中的至少一个，并且第一值高于光学传感器的击穿电压，并且第二值低于光学传感器的击穿电压。
在一些实施例中，光学传感器包括单光子雪崩二极管的阵列、雪崩光电二极管的阵列或硅光电倍增器中的至少一个，并且第一值和第二值高于光学传感器的击穿电压。
一个或多个实施例可以促进提供具有改进的精确度的、用于短范围测量的低成本光学接近传感器。
附图说明
现在将通过示例的方式参考附图描述一个或多个实施例，其中：
图1和图2是示例性光学接近传感器的示意性框图，并且已经在前面进行了描述；
图3至图8是根据各种实施例的示例性光学接近传感器的示意性框图；以及
图9和图10是根据各种实施例的光学接近传感器的示例性实施细节的分解截面图(侧视图)。
具体实施方式
光学接近传感器可能依赖于时域反射法(也被称为直接飞行时间传感器)、频域反射法(也被称为相位差传感器)和光强度评估。
如图1中例示的，依赖于直接飞行时间技术的光学接近传感器10可以包括定时和控制单元100、光学发射器102、光学接收器104以及可选的人机接口106。定时和控制单元100生成用于光学发射器102的控制信号，该控制信号引起光学脉冲从光学发射器的发射，并且同时tstart触发定时和控制单元100内部的定时器。光学脉冲向目标对象110传播，并且反向散射光中的一些反向散射光反向传播回光学接收器104。在接收器104处感测的光学脉冲使内部定时器在特定时间tstop处停止。在一个示例性实施方式中，光学接近传感器10与目标对象110之间的距离D可以被计算为D＝c·Δt/2，其中c是光的传播速度，并且Δt＝tstop-tstart。
在例如高级驾驶员辅助系统(ADAS)中使用的机械扫描LIDAR设备(光检测和测范围)是依赖于直接飞行时间技术的示例性光学接近传感器。
注意，依赖于时域反射法的传感器通常不适合在短距离上提供具有良好分辨率的低成本测范围仪，因为这可能涉及昂贵宽带电子设备的使用，例如，因为涉及几皮秒(1ps＝10-12s)的时间分辨率以用于获得毫米级(1mm＝10-3m)的距离分辨率。同样，依赖于时域反射法的传感器通常可能涉及体积庞大且复杂的仪器，这可能不适合低成本的应用。
如图2中例示的，依赖于频域反射法的光学接近传感器20可以包括定时和控制单元200、光学发射器202、光学接收器204以及可选的人机接口206。定时和控制单元200生成用于光学发射器202的控制信号，该控制信号引起其强度(振幅)随时间被调制的光学信号从光学发射器202的发射。所发射的光学信号的强度可以被周期性地调制并且例如被表达为ITX(t)＝I1(1+cos(ωmt+ΦTX))，其中ωm是发射的光学信号的调制频率(以rad/s为单位)，并且ΦTX是发射的光学信号的相位。光学信号向目标对象210传播，并且具有强度IRX(t)＝I2(1+cos(ωmt+ΦRX))+IBL的反射的光学信号返回到光学接收器204，其中ωm是所接收的光学信号的调制频率(以rad/s为单位)(等于发射的光学信号的调制频率)，ΦRX是所接收的光学信号的相位，并且IBL是环境背景光的强度。将在接收器204处接收的反射的光学信号(例如，其包络)与发射的(基准)光学信号进行比较，以确定所发射的光学信号和所接收的光学信号之间的相移ΔΦ＝ΦRX-ΦTX。在一个示例性实施方式中，光学接近传感器20与目标对象210之间的距离D可以被计算为D＝c·ΔΦ/(2ωm)，其中再次c是光的传播速度。
依赖于频域反射法的传感器通常不适合提供低成本的光学传感器，因为它们可能涉及复杂的系统、昂贵的电子设备、光发射器202和光检测器204之间的精确机械对准，并且可能涉及温度校准。
依赖于光强度评估的传感器可能会受到不同光强度环境条件的影响，并且可能涉及校准阶段和/或校准查找表的实施。
尽管该领域中的广泛活动，但仍需要进一步改进的解决方案。
例如，需要适合短范围距离测量(例如，具有大约0.5m的范围)的低成本光学接近传感器。
本公开的一个或多个实施例有助于提供这种改进的解决方案。
根据一个或多个实施例，可以借助于具有在以下描述的实施例中阐述的特征的光学接近传感器来实现这种改进的解决方案。
一个或多个实施例可以涉及一种操作光学接近传感器的对应方法。
一个或多个实施例可以提供一种光学接近传感器，其包括至少一个(固态)设备，该(固态)设备既用作光发射器又用作光检测器的。单光子雪崩二极管(SPAD)的阵列、雪崩光电二极管(APD)的阵列或硅光电倍增器(SiPM)可以是这种设备的示例。
在一个或多个实施例中，光学接近传感器可以包括驱动器电路，该驱动器电路被配置用于利用(周期性地)调制的信号偏置上述发射器/检测器设备，以引起经调制的光学信号(例如，具有随时间变化强度)的发射。
在一个或多个实施例中，驱动器电路可以被(完全)集成在光学接近传感器内，以提供所谓的“单芯片”设备。备选地，驱动器电路可以被实施在不同的芯片上并且耦合到发射器/检测器设备。
在一个或多个实施例中，传感器的光学部件(例如，具有光学特性的透镜和/或涂层和/或层)可以例如通过工艺集成被(完全)集成在光学接近传感器内。备选地，传感器的光学部件可以是分立的组件。
在随后的描述中，说明了一个或多个具体细节，旨在提供对本描述的实施例的示例的深入理解。可以在没有一个或多个特定细节，或者利用其他方法、组件、材料等的情况下获得实施例。在其他情况下，没有详细图示或描述已知的结构、材料或操作，以使实施例的某些方面将不被模糊。
在本描述的框架中对“一实施例”或“一个实施例”的引用旨在指示关于该实施例描述的特定配置、结构或特性被包括在至少一个实施例中。因此，可以在本描述的一个或多个点中出现的诸如“在实施例中”或“在一个实施例中”的短语不一定指代同一个实施例。此外，在一个或多个实施例中，可以以任何适当的方式组合特定的构造、结构或特性。
贯穿本文所附的附图，相同的部件或元件用相同的附图标记/数字指示，并且为了简洁起见将不再重复对应的描述。
仅出于方便起见而提供本文中使用的附图标记，并且因此不定义保护的程度或实施例的范围。
图3是根据一个或多个实施例的示例性光学接近传感器30的示意性框图。传感器30可以包括(固态)设备300，(固态)设备300被配置为既作为光发射器操作又用作光检测器(例如，光电转换器设备)操作。例如，发射器/检测器设备300可以包括单光子雪崩二极管(SPAD)的阵列或雪崩光电二极管(APD)的阵列，或包括硅光电倍增器(SiPM)。作为非限制性示例，该阵列可以包括100和10000之间的SPAD或APD。
附加地，发射器/检测器设备300可以包括具有特殊光学性质的光学组件，诸如透镜、涂层和层，这将在下面进一步描述。
传感器30可以包括驱动器电路302，驱动器电路302被配置用于驱动发射器/检测器设备300。特别地，驱动器电路302可以包括调制电路，调制电路被配置用于利用调制信号来偏置发射器/检测器设备300，例如，调制信号是具有一定的调制频率(例如，在100MHz至3GHz的范围内)的周期性信号。驱动器电路302可以被集成在与发射器/检测器设备300的相同芯片上，或者可以被实施在不同的芯片上并且耦合到发射器/检测器设备300。
传感器30可以包括信号调节电路304，信号调节电路304被配置用于从发射器/检测器设备300接收指示光强度的输出信号并且调节上述输出信号，例如，以用于在数字处理电路或模拟处理电路中进行后续处理。例如，信号调节电路304可以包括(模拟)放大级、模数转换器(ADC)以及到处理电路的逻辑接口。信号调节电路304可以被集成在与发射器/检测器设备300的相同芯片上，或者可以被实施在不同的芯片上并且耦合到发射器/检测器设备300。
传感器30可以包括定时和控制电路306(在本文中可以被称为定时和控制单元306)，其被配置用于生成用于驱动器电路302的操作的一个或多个控制信号，和/或被配置用于处理从信号调节电路304接收的一个或多个经调节的信号。定时和控制单元306因此可以被配置为控制整个传感器30的操作。例如，定时和控制单元306可以包括微控制器电路(MCU)。
因此，一个或多个实施例可以包括被配置为既作为光发射器操作又作为光检测器操作的设备300，这可以有利地导致传感器30的成本降低和/或复杂度降低。
特别地，发射器/检测器设备300可以包括SPAD的阵列或APD的阵列，或包括SiPM，利用(远)高于击穿电压的反向偏置电压对其进行偏置，这在名义上被用作光电检测器设备。
注意，在这种操作条件下，设备300中的每个SPAD或APD在统计上针对例如1ms(1ms＝10-3s)的时间间隔保持“静态”状态(即，它防止电流从中流过)。实际上，由于发射器/检测器设备300中的热噪声，阵列中的SPAD或APD可以以一定速率随机地生成雪崩事件。
注意，在SPAD或APD中发生的雪崩事件又可以导致从那个SPAD或APD发射一个或多个光子，即，硅中的雪崩过程可以导致光发射。例如，注意，在雪崩过程期间，在SPAD或APD中生成的每105个载流子可以发射大约三个光子。由于SiPM可以以一定的增益因子(例如约5·106)操作，因此在雪崩过程期间，每个SPAD或APD平均可以发射大约150个光子。
因此，以高于击穿电压的反向偏置电压偏置的SPAD的阵列或APD的阵列或SiPM发射具有一定强度的光，该强度根据偏置条件而变化，由于SPAD的阵列或APD的阵列或SiPM可以包括大量的单个单元(例如，数百或数千个SPAD或APD)，因此，由于电荷载流子的热产生，即使在没有照明的情况下，雪崩事件在统计上也以恒定的速率发生。
因此，由于热产生效应(其又可以引起雪崩效应，这又可以导致光发射)，从SPAD的阵列或APD的阵列或SiPM发射的光可以通过调制SPAD的阵列或APD的阵列或SiPM的偏置条件而随时间(例如，以一定频率)被调制。
例如，在一个实施例中，SPAD的阵列或APD的阵列或SiPM的偏置电压可以在(即，交替地)高于击穿电压的第一值和低于击穿电压的第二值之间(例如，周期性地)切换。由于来自SPAD的阵列或APD的阵列的光发射在偏置电压高于击穿电压时发生，因此这种偏置调制方案可以导致(例如，周期性地)调制的光学信号(一种开/关调制)的发射，在目标对象处反射后，在相同的SPAD的阵列或APD的阵列(也可以作为光检测器操作)处接收这种发射的光学信号。
备选地，可以在两个都高于击穿电压但彼此不同的值之间调制SPAD的阵列或APD的阵列或SiPM的偏置电压，从而导致连续光学信号的强度的调制。
在一个或多个实施例中，光学接近传感器30与目标对象之间的距离D可以被计算为D＝c·ΔΦ/(2ωm)或D＝c·ΔΦ/(2·2πfm)，其中ωm是发射的光学信号的调制频率(以rad/s为单位)，fm是发射的光学信号的调制频率(以Hz为单位，ωm＝2πfm)，并且ΔΦ是相位差，该相位差在由发射器/检测器设备300发射的经调制的光学信号与在由目标对象反射之后的、在发射器/检测器设备300处接收的对应的经调制的光学信号之间进行测量。因此，对于具有给定相位精确度(例如，通过设计固定)的测量系统，可以将调制频率选择为尽可能高，从而产生更好的距离精确度。在一个实施例中，距离D由定时和控制单元306计算。
调制频率fm可以确定传感器的无歧义距离范围L，其中L＝c/2fm。例如，300MHz的调制频率可以产生大约0.5m的传感器的范围，并且1GHz的调制频率可以产生大约0.15m的传感器的范围。在一个或多个实施例中，可以在100MHz至3GHz的范围内选择调制频率fm。例如，调制频率fm可以被选择为传感器的目标距离精确度和目标距离范围之间的折衷。
注意，APD、SPAD和/或SiPM可以具有良好的定时抖动性能(例如，几十皮秒)，但是这可能不足以为光学接近传感器30提供毫米级的距离精确度。
距离精确度可以被计算为σ(d)＝c·σ(t)/2，其中σ(t)是单次时间测量的不确定性，其中
Figure BDA0002668967240000091
是相位精确度)。在一个或多个实施例中，可以通过增加测量的数目M来改善距离精确度，只要M个测量结果可以被近似为(例如，独立且相同分布的)随机变量的集合即可。因此，通过执行M次测量可以通过因子
Figure BDA0002668967240000101
将时间不确定性减小，从而产生等于
Figure BDA0002668967240000102
的距离精确度。例如，可以在σ(t)≈65ps并且M＝1000的情况下获得距离精确度σ(d)≈0.3mm。
图3是一个实施例的示例，其中发射器/检测器设备300、驱动器电路302、信号调节电路304和定时和控制单元306被实施在不同的芯片上。
备选地，如图4的示意性框图中所例示的，发射器/检测器设备300和驱动器电路302可以被实施在相同的芯片34上。
备选地，如图5的示意性框图中所例示的，发射器/检测器设备300和信号调节电路304可以被实施在相同的芯片35上。
备选地，如图6的示意性框图中所例示的，发射器/检测器设备300、驱动器电路302和信号调节电路304可以被实施在相同的芯片36上。
在图7中例示的一个或多个实施例中，发射器/检测器设备300可以包括多个光发射器/检测器3007，例如，多个APD的阵列或多个SPAD的阵列或多个SiPM。提供多个光发射器/检测器3007可以促进同时执行多个M次测量。
附加地或备选地，在如图8中例示的一个或多个实施例中，发射器/检测器设备300可以包括基准通道3008。这种基准通道3008可以被集成(以与多个阵列类似的方式)在主设备30内的单个芯片中。例如，在一些应用中，基准通道3008可以对评估背景光有用。
在一个或多个实施例中，发射器/检测器设备300可以被放置在外壳中以避免背景照射。
如图9的分解侧视图中例示的，发射器/检测器设备300可以包括以下组件/层，其可以是例如分立的组件：
900：基底
901：APD的阵列或SPAD的阵列，或SiPM，
902：抗反射涂层
903：背景光(衰减)滤波器，以及
904：透镜系统
备选地，如图10的分解侧视图中例示的，可以通过工艺集成来集成发射器/检测器设备300的光学组件。例如，发射器/检测器设备300可以包括基底1000，APD的阵列或SPAD的阵列或SiPM1001，并且包括具有集成的抗反射涂层和背景光(衰减)滤光片的相应的微透镜1002的阵列。
在一个或多个实施例中，可以在相邻的APD或SPAD单元之间提供金属层(例如，钨层)以避免光学串扰。
当然，将理解，图3至图6中例示的实施例可以与图7、图8和图9和图10中的任一个中例示的实施例中的任何实施例组合。
因此，相对于现有技术，一个或多个实施例可以提供以下优点中的一个或多个优点：
低成本和短距离范围应用的良好分辨率，
紧凑和简化的系统，由于使用了同时提供光学信号的发射和检测的设备，
无需在光发射器和检测器之间进行机械对准，
距离测量与光强度无关，
无需利用距离或查询表进行校准，
无需温度校准，只要发射器和检测器之间的机械失配被抑制并且测量结果与光强度无关，并且因此与检测器/发射器灵敏度无关。
如本文所例示的，光学接近传感器(例如30)可以包括固态光电转换器(例如300)、用于偏置固态光电转换器的偏置电路(例如302)以及驱动电路(例如306)。驱动电路可以被配置为：
控制偏置电路，以将在第一值和第二值之间调制的偏置信号施加到固态光电转换器，第二值与第一值不同，其中由固态光电转换器朝向目标对象发射经调制的光学信号；
接收(例如，304)来自固态光电转换器的电输出信号，电输出信号根据经调制的光学信号而变化，该经调制的光学信号由于上述发射的经调制的光学信号在上述目标对象处的反射，而在固态光电转换器处被接收，
执行对施加到光电转换器的上述经调制的偏置信号与从固态光电转换器接收的上述电输出信号的相位比较，并且作为上述相位比较的结果，产生相移信号，该相移信号根据由固态光电转换器发射的上述经调制的光学信号与在固态光电转换器处接收的经调制的光学信号之间的相移而变化，以及
根据上述相移信号，计算光学接近传感器与上述目标对象之间的距离。
如本文所例示的，偏置电路可以包括调制电路，调制电路被配置为以100MHz至3GHz(例如，在100MHz和3GHz之间)的频率在上述第一值和上述第二值之间周期性地调制上述偏置信号，其中由固态光电转换器发射以100MHz至3GHz的频率周期性调制的光学信号。
如本文所例示的，偏置信号的第一值可以高于固态光电转换器的击穿电压，并且偏置信号的第二值可以低于固态光电转换器的击穿电压。
如本文所例示的，偏置信号的第一值和第二值两者都可以高于固态光电转换器的击穿电压。
如本文所例示的，光学接近传感器可以包括调节电路(例如304)，该调节电路被配置为调节来自固态光电转换器的电输出信号并且将经调节的电信号提供给驱动电路。
如本文所例示的，固态光电转换器、偏置电路和调节电路中的至少两个可以被实施在相同的半导体芯片(例如34、35、36)上。
如本文所例示的，固态光电转换器可以包括：
抗反射涂层(例如902)，
背景光衰减滤波器(例如903)，以及
透镜(例如904)。
如本文所例示的，固态光电转换器可以包括以下中的至少一个：
单光子雪崩二极管的阵列，
雪崩光电二极管的阵列，以及
硅光电倍增器。
如本文所例示的，固态光电转换器可以包括相应的透镜(例如，微透镜1002，其被定位在与阵列中的二极管1001的位置相对应的位置处)的阵列，透镜的阵列中的透镜具有抗反射涂层和包含在其中的背景光衰减滤波器。
如本文所例示的，固态光电转换器可以包括被配置为评估背景光(例如，其强度)的基准通道(例如，3008)。
如本文所例示的，驱动电路可以被配置为：
执行对施加到光电转换器的上述经调制的偏置信号与从固态光电转换器接收的上述电输出信号的多个相位比较，并且产生上述相移信号的相应的多个值，以及
根据(例如，平均)上述相移信号的上述多个值，计算光学接近传感器与上述目标对象之间的距离。
如本文所例示的，操作根据一个或多个实施例的光学接近传感器的方法可以包括：
向固态光电转换器施加在第一值和第二值之间调制的偏置信号，第二值与第一值不同，其中由固态光电转换器朝向目标对象发射经调制的光学信号；
接收来自固态光电转换器的电输出信号，该电输出信号根据经调制的光学信号而变化，经调制的光学信号由于上述发射的经调制的光学信号在上述目标对象处的反射，而在固态光电转换器处被接收；
执行对施加到固态光电转换器的上述经调制的偏置信号与从固态光电转换器接收的上述电输出信号的相位比较，
作为上述相位比较的结果，产生相移信号，该相移信号根据由固态光电转换器发射的经调制的光学信号与在固态光电转换器处接收的经调制的光学信号之间的相移而变化，以及
根据上述相移信号，计算光学接近传感器与上述目标对象之间的距离。
在不影响基本原理的情况下，细节和实施例可以相对于通过示例描述的内容进行变化，甚至显著地变化，而不会脱离保护的范围。
上述各种实施例可以被组合以提供另外的实施例。可以根据以上详细描述对实施例进行这些和其他改变。通常，在所附权利要求中，所使用的术语不应当被解释为将权利要求限制于说明书和权利要求中公开的特定实施例，而是应当被解释为包括所有可能的实施例以及赋予这种权利要求的等同物的全部范围。因此，权利要求不受公开内容的限制。

Claims (16)

1.一种光学接近传感器，其特征在于，包括：
固态光电转换器；
偏置电路，被配置为对所述固态光电转换器进行偏置；以及
控制电路，其中所述控制电路被配置为：
控制所述偏置电路，以将在第一值和第二值之间调制的偏置信号施加到所述固态光电转换器，所述第二值与所述第一值不同，其中响应于所述偏置信号被施加到所述固态光电转换器，由所述固态光电转换器朝向目标对象发射经调制的光学信号；
接收来自所述固态光电转换器的电输出信号，所述电输出信号根据接收的经调制的光学信号而变化，所述接收的经调制的光学信号由于朝向所述目标对象发射的所述经调制的光学信号的反射，而在所述固态光电转换器处被接收，
执行对施加到所述固态光电转换器的所述偏置信号与从所述固态光电转换器接收的所述电输出信号的相位比较，
基于所述相位比较，产生相移信号，所述相移信号根据朝向所述目标对象发射的所述经调制的光学信号与在所述固态光电转换器处接收的所述接收的经调制的光学信号之间的相移而变化，以及
根据所述相移信号，计算所述光学接近传感器与所述目标对象之间的距离。
2.根据权利要求1所述的光学接近传感器，其特征在于，所述偏置电路包括调制电路，所述调制电路被配置为以在100MHz和3GHz之间的频率，在所述第一值和所述第二值之间周期性地调制所述偏置信号，并且朝向所述目标对象发射的所述经调制的光学信号以在100MHz和3GHz之间的所述频率周期性被调制。
3.根据权利要求1所述的光学接近传感器，其特征在于，所述第一值高于所述固态光电转换器的击穿电压，并且所述第二值低于所述固态光电转换器的所述击穿电压。
4.根据权利要求1所述的光学接近传感器，其特征在于，所述第一值和所述第二值两者都高于所述固态光电转换器的击穿电压。
5.根据权利要求1所述的光学接近传感器，其特征在于，还包括：
调节电路，被配置为调节来自所述固态光电转换器的所述电输出信号，并且被配置为将经调节的电信号提供给所述控制电路。
6.根据权利要求5所述的光学接近传感器，其特征在于，所述固态光电转换器、所述偏置电路或所述调节电路中的至少两个被实施在相同的半导体芯片上。
7.根据权利要求1所述的光学接近传感器，其特征在于，所述固态光电转换器包括抗反射涂层、背景光衰减滤波器和透镜。
8.根据权利要求1所述的光学接近传感器，其特征在于，所述固态光电转换器包括单光子雪崩二极管的阵列、雪崩光电二极管的阵列或硅光电倍增器中的至少一个。
9.根据权利要求8所述的光学接近传感器，其特征在于，所述固态光电转换器包括透镜的阵列，所述透镜的阵列中的每个透镜具有抗反射涂层和包含在其中的背景光衰减滤波器。
10.根据权利要求1所述的光学接近传感器，其特征在于，所述固态光电转换器包括用于评估背景光的基准通道。
11.根据权利要求1所述的光学接近传感器，其特征在于，所述控制电路被配置为：
执行对施加到所述光电转换器的所述经调制的偏置信号与从所述固态光电转换器接收的所述电输出信号的多个相位比较，并且基于所述多个相位比较，产生所述相移信号的多个值，以及
根据所述相移信号的所述多个值，计算所述光学接近传感器与所述目标对象之间的距离。
12.一种接近传感器，其特征在于，包括：
基底；
光学传感器，在所述基底上，所述光学传感器被配置为：响应于偏置信号被施加到所述光学传感器，朝向目标对象发射经调制的光学信号，并且被配置为检测由于所述经调制的光学信号被反射离开所述目标对象而被所述光学传感器接收的反射的经调制的光学调制信号；
驱动器电路，在所述基底上，所述驱动器电路被配置为向所述光学传感器施加所述偏置信号，所述偏置信号在第一值和不同于所述第一值的第二值之间交替；以及
控制电路，被配置为计算所述经调制的光学信号与所述反射的经调制的光学信号之间的相移，并且基于所述相移，确定所述接近传感器与所述目标对象之间的距离。
13.根据权利要求12所述的接近传感器，其特征在于，还包括：
在所述基底上的信号调节电路，所述信号调节电路被配置为处理用于所述控制电路的所述反射的经调制的光学信号，所述信号调节电路包括放大器、模数转换器或逻辑接口中的至少一个。
14.根据权利要求12所述的接近传感器，其特征在于，还包括：
在所述光学传感器上的抗反射涂层；
在所述抗反射涂层上的滤波器；以及
在所述滤波器上的透镜。
15.根据权利要求12所述的接近传感器，其特征在于，
所述光学传感器包括单光子雪崩二极管的阵列、雪崩光电二极管的阵列或硅光电倍增器中的至少一个，并且
所述第一值高于所述光学传感器的击穿电压，并且所述第二值低于所述光学传感器的所述击穿电压。
16.根据权利要求12所述的接近传感器，其特征在于，
所述光学传感器包括单光子雪崩二极管的阵列、雪崩光电二极管的阵列或硅光电倍增器中的至少一个，并且
所述第一值和所述第二值高于所述光学传感器的击穿电压。
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