一些實施例涉及裝置并且特別地但是非排他地涉及用于測距應用中使用的裝置。

背景技術(shù)：

用于確定到對象的距離的設備是已知的。一種目前使用的方法被稱為“飛行時間”。這一方法包括朝向?qū)ο蟀l(fā)送光信號并且確定信號行進到對象并且返回所用的時間。對信號所用的用于這一行程的時間的計算可以通過測量從光源出來的信號和在對象上反射并且由光傳感器檢測到的信號之間的相位移動而獲得。知道這一相位移動和光速使得能夠確定到對象的距離。還已知使用直方圖技術(shù)的其它技術(shù)。

單光子雪崩二極管(SPAD)可以被用于感測被反射的光。一般地，SPAD的陣列被提供作為傳感器，以便檢測被反射的光脈沖。光子可以觸發(fā)SPAD陣列中的一個或者多個SPAD中的雪崩電流。該雪崩電流可以標志著如下事件，即已經(jīng)檢測到光的光子。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了正確地對興趣對象測距，根據(jù)一個方面，提供距離感測裝置，其包括：光源裝置，被配置為發(fā)射偏振光；以及光敏檢測器裝置，被配置為檢測由所述光源裝置發(fā)射并且從目標反射的光，其中所述光敏檢測器裝置被配置為基本上防止從具有相對高的反射率的目標反射的所述偏振光抵達所述檢測器。

光源裝置可以包括偏振光的發(fā)射器。

光源裝置可以包括光源和光源偏振裝置。

光源偏振裝置可以被配置為如下之一：使由所述光源發(fā)射的所述光進行圓偏振；以及使由所述光源發(fā)射的所述光進行線偏振。

光敏檢測裝置可以包括檢測器偏振裝置和至少一個光敏檢測器。

所述檢測器偏振裝置可以提供所述光源偏振裝置。

所述光源偏振裝置和所述檢測器偏振裝置中的至少一個偏振裝置可以包括四分之一波片。

所述光源偏振裝置和所述檢測器偏振裝置中的至少一個偏振裝置可以包括線偏振器。

檢測器偏振裝置可以包括至少一個第一線偏振器和正交于至少一個第一線偏振器的至少一個第二線偏振器。

具有相對高的反射率的目標可以包括玻璃、鏡子、或者鏡子式的表面。

光敏檢測器裝置可以包括至少一個光敏檢測器，所述光敏檢測器中的至少一個光敏檢測器包括提供線偏振器的線性柵格。

線性柵格可以包括平行接線的柵格，所述接線的縱向延伸限定偏振平面。

鄰近的接線之間的間距可以小于光的波長。

柵格或者每個柵格可以被單獨地提供給相應的光敏檢測器。

光敏檢測器可以包括光敏檢測器的陣列，該光敏檢測器的陣列中的至少一個光敏檢測器被提供有偏振濾波器，并且該光敏檢測器的陣列中的至少一個光敏檢測器沒有偏振濾波器。

光敏檢測器或者每個光敏檢測器可以包括SPAD。

本公開的實施例可以正確地對興趣對象測距，而不是將具有相對高的反射率的表面檢測為目標。

附圖說明

現(xiàn)在將僅通過示例的方式并且參照附圖描述一些實施例，其中：

圖1圖示了用于確定到對象的距離的“飛行時間”方法的原理；

圖2A至圖2C是圖示了借助于圖1中的設備以及“SPAD”的操作獲得的結(jié)果的時序圖。

圖3示出了其中光從非反射性對象被反射的情境；

圖4示出了在一些實施例中使用的原理；

圖5示出了其中光從窗口被反射的情境；

圖6示出了其中光從鏡子被反射的情境；

圖7示出了具有SPAD陣列設置的設備；

圖8示出了其中線偏振光從鏡子被反射的情境；

圖9示出了其中偏振光經(jīng)由鏡子從對象被反射的情境；

圖10A和圖10B示出了在一些實施例中使用的SPAD器件的橫截面；

圖11示出了圖10中的SPAD器件的透視圖；以及

圖12示意性地示出了具有線偏振濾波的成像器的示例。

具體實施方式

在圖1中，發(fā)生器10(PULSE)提供周期性電信號，例如，所述信號可以是方形的。這一信號對光源12供電。光源12的示例可以是發(fā)光二極管，或者任何已知照明設備，例如激光器。從光源12出來的信號被朝向?qū)ο?6傳輸并且被這一對象反射。被反射的光信號由光傳感器18(CAPT)檢測。傳感器18上的信號CAPT因此從由發(fā)生器提供的信號被延遲了與到對象16的距離的兩倍成比例的時間段。

計算塊20(“DIFF”)接收由發(fā)生器10和由傳感器18生成的信號以獲得到對象16的距離。已知用于確定這一距離的各種不同的技術(shù)。

圖2A至圖2C是圖示了諸如圖1中的電路之類的電路的操作的時序圖。圖2A圖示了能夠由圖1中的發(fā)生器10提供的周期性信號“PULSE”。圖2B圖示了由傳感器18接收的信號CAPT。傳感器18上的信號從發(fā)生器10出來的信號被延遲了延遲D。

通常，傳感器18集成了實現(xiàn)對從對象16反射之后被接收的信號的檢測的一個或者幾個光檢測元件。這種元件可以是快速電荷轉(zhuǎn)移光電二極管。可以備選地使用單光子雪崩二極管或者“SPAD”，還稱為蓋革(Geiger)模式雪崩光電二極管。這些器件具有反向偏置p-n 結(jié)，其中光子可以由于碰撞離化機制觸發(fā)雪崩電流。SPAD可以被設計為以比擊穿電壓高得多的反向偏置電壓操作。

圖2C圖示了在其中傳感器18包含這種SPAD的情形下，由這一傳感器生成的信號(PULSEC)。

SPAD按如下方式操作。在初始時間時，二極管被反向偏置到大于其擊穿電壓的電壓。二極管結(jié)區(qū)域中的光子接收在二極管中產(chǎn)生雪崩電流，這創(chuàng)建了電脈沖。二極管接著被偏置回到小于擊穿電壓的電壓以淬滅雪崩電流，使得SPAD可以再次對接收到光子起反應。然而，二極管必須再次被反向偏置到大于其擊穿電壓的電壓以便對另一光子起反應。SPAD目前可以在具有短于10ns的再激活周期的循環(huán)中使用。因此，SPAD可以在高頻率下使用以檢測與測量設備相距相對短距離處的對象，例如范圍從幾厘米到幾十厘米的距離。其它設置可以支持不同的范圍。

如圖2C所示，如果SPAD接收諸如聯(lián)系圖2B描述的光信號，則二極管雪崩時間可以關(guān)于這一信號變化。脈沖數(shù)與時間關(guān)系的圖反映由SPAD接收的光的功率-時間分布。因此，在圖2A至圖2C所示的情形下，通過大量的采集，通過SPAD的脈沖傳輸?shù)膱D基本上遵循圖2B中的曲線。

因此，飛行時間(ToF)傳感器可以通過確定所發(fā)射的光被反射回到傳感器所用的時間，來測量傳感器和目標表面之間的距離。

來自ToF傳感器的測量可以具有很多不同的應用。例如，測量可以被用于當拍照時協(xié)助自動聚焦機制。ToF傳感器可以被提供在相機中，并且關(guān)于到對象的距離的信息被用于至少部分控制相機中的聚焦機制。

然而，當用戶想要拍攝鏡子的照片或者穿過外部玻璃窗口拍攝照片時，會出現(xiàn)問題。在這種使用情形下，可能期望ToF傳感器返回鏡子“中”或者玻璃后的對象的距離。然而，因為從玻璃和鏡子表面返回的信號通常相比于從興趣對象的反射而言相對高，所以ToF傳感器傾向于返回鏡子或者玻璃的距離(即，到鏡子或者玻璃表面的距離) 而不是興趣對象的距離。

參照圖3，其中對象210不是反射性的。來自光源202的光被發(fā)射并且穿過第一線偏振器204。線偏振器204將使得由光源202發(fā)射的非偏振光被線偏振。線偏振光接著穿過四分之一波片206以產(chǎn)生圓偏振光208。當光從對象210被反射時，被反射的光253未被偏振。被反射的光253大部分不受阻礙地穿過四分之一波片206和線偏振器204，雖然后者將把該光線偏振。因此，被發(fā)射的光將抵達檢測器200。

參照圖4，其示出了在一些實施例中使用的原理。來自光源202的光被發(fā)射并且穿過第一線偏振器204。線偏振器204將使得由光源202發(fā)射的非偏振光被線偏振(在所示的示例中為P偏振)。線偏振光接著穿過四分之一波片206。四分之一波片206產(chǎn)生圓偏振光208。當光從反射表面212反射時，被反射的光208被圓偏振，但是相比于入射光，具有反向的偏振狀態(tài)。反射表面例如可以是玻璃、鏡子、或者任何其它類型的反射表面。被反射的光252穿過四分之一波片206，其在四分之一波片206處被轉(zhuǎn)換為線偏振光。然而，該線偏振光正交于由線偏振器204引入的偏振(在所示的示例中為S偏振)。因此，被反射的光被線偏振器204阻擋。因此，被反射的光未抵達檢測器200。

如將更詳細地討論的那樣，反射表面212可以是鏡子、窗口的玻璃面、或者任何其它合適的反射表面。因為從反射表面反射的光不抵達檢測器，這意味著檢測器不會將反射表面檢測為目標。

參照圖5，其示出了其中反射表面是窗口的玻璃214的面并且對象210在窗口之后。來自光源202的光穿過線偏振器204和四分之一波片206。光因此如前面討論那樣被圓偏振。從玻璃反射的光被引用為262。如前面討論那樣，被反射的光被圓偏振，但是相比于入射光而言具有反向的偏振狀態(tài)。被反射的光262穿過四分之一波片206，其在四分之一波片206處被轉(zhuǎn)換為線偏振光并且接著被線偏振器204阻擋。因此，從玻璃反射的光未抵達檢測器200。

然而，來自光源202的一些光將穿過玻璃214并且從對象210反 射回來。被對象210反射的光242未被偏振。從對象210反射的非偏振光242如聯(lián)系圖3討論那樣穿過玻璃214的面、四分之一波片206、以及線偏振器204，以從而被檢測器200檢測到。

在這一示例中參照圖6，并且反射表面是鏡子。來自光源202的光穿過線偏振器204和四分之一波片206。光因此如之前討論那樣被圓偏振。從玻璃反射的光被引用為230。如前面討論那樣，被反射的光被圓偏振，但是相比于入射光而言具有反向的偏振狀態(tài)。被反射的光230穿過四分之一波片206，其在四分之一波片206處被轉(zhuǎn)換為線偏振光并且接著被線偏振器204阻擋。因此，從玻璃反射的光未抵達檢測器200。

一些光將從鏡子232反射，以從鏡子前方的對象216反射。這可以在用戶為他們自己拍攝照片的情況下使用。從對象234反射的光將不被偏振，并且因此當該非偏振光從對象234反射回到反射表面212時，該光將轉(zhuǎn)而從反射表面反射回到檢測器236。因為光未被偏振，該光將如之前討論那樣抵達檢測器。

在一些實施例中，檢測器、光源、連同線偏振器和四分之一波片中的一個或者多個可以被包括在共用封裝中。在其它實施例中，四分之一波片206和線偏振器中的一個或者多個可以被外部提供到包括光源和檢測器的封裝。

通過將減反射偏振濾波器放在ToF傳感器模塊內(nèi)或者放在傳感器頂部上的蓋玻璃內(nèi)的光學堆疊中，來自例如鏡子和玻璃的反射可以被過濾掉，從而允許傳感器正確地對興趣對象測距。

因此，實施例可以使用與四分之一波片(λ/4)結(jié)合的線偏振器，以產(chǎn)生圓偏振光。在圓偏振光被鏡子或者玻璃反射之后，其不能穿過相同的光學堆疊。

在使用ToF傳感器、使用正常朗伯(Lambertian)目標的正常測距操作期間(見圖3)，圓偏振光從光源行進并且行進到對象上。該光作為非偏振光被反射回來并且大部分不受阻礙地穿過光學堆疊。ToF傳感器接著可以測量到對象的距離。

使用鏡子目標(見圖6)，從鏡子反射的圓偏振光將仍然是圓偏振的，但是其將具有反向的偏振狀態(tài)或者自旋特性。被反射的光行進穿過波片，并且被轉(zhuǎn)換為線偏振光。這一線偏振光正交于線偏振器，并且因此將被拒絕或者阻擋而不能抵達傳感器。ToF傳感器因此將不把鏡子視為有效目標。

對于玻璃使用情形(見圖5)，玻璃將返回偏振光，并且興趣對象將返回非偏振光，并且僅來自對象的光將能夠穿過光學堆疊。

在一些實施例中，可以使用不同的偏振設置。例如，偏振器可以是接線柵格偏振器、吸收性偏振器、分束偏振器、薄膜偏振器、或者任何其它合適的偏振濾波器。

在一些實施例中，檢測器可以包括感測元件的陣列。至少一個感測元件可以具有諸如之前討論那樣的偏振設置，并且至少一個感測元件可以不具有偏振設置。使用這種設置，從被提供有偏振設置的至少一個感測元件獲得的信息可以與從沒有偏振設置的至少一個感測元件獲得的信息進行比較。該差別可以被用于檢測諸如玻璃面或者鏡子之類的反射性對象的存在。特別地，如果由沒有偏振設置的至少一個感測元件檢測的距離小于由具有偏振設置的至少一個感測元件檢測的距離，則可以確定有反射表面存在。

一些實施例可以被提供在諸如圖7所示的設備400中。設備400可以包括多個如之前描述那樣并且被引用為402的SPAD陣列。來自SPAD設置的輸出可以被提供到處理器404?；谟商幚砥魈峁┑妮敵?，信息或者控制信號可以被輸出到功能塊406。功能塊可以是被配置為響應于檢測到對象的存在而引起一個或者多個動作的控制器。功能塊可以是被配置為顯示測量結(jié)果的顯示器。處理器可以被配置為識別來自從SPAD陣列提供的信息的一個或者多個手勢。

在一些實施例中，光源可以產(chǎn)生偏振光。例如，光源可以產(chǎn)生圓偏振光，而未利用在光源前方的圓偏振器(諸如四分之一波片)。在其它實施例中，光源可以例如產(chǎn)生線偏振光，而未利用在光源前方的線偏振器。

在一些實施例中，檢測器可以檢測偏振光。例如，檢測器可以檢測圓偏振光，而未利用在檢測器前方的圓偏振器(諸如四分之一波片)。在其它實施例中，檢測器可以例如檢測線偏振光，而未利用在檢測器前方的線偏振器。

參照圖8，在這一示例中，僅利用了彼此正交(90度異相，或者接近90度異相)的線偏振器。第一線偏振器204(例如豎直對準)將使得由光源202發(fā)射的非偏振光變成線偏振光308(在所示的示例中為P偏振)。當該P偏振光被反射表面212反射時，光保持其P偏振狀態(tài)。從反射表面反射的光被引用為330。被反射的光330接著由正交對準于第一線偏振器的第二線偏振器306(例如水平對準)阻擋。因此，從反射表面反射的光未抵達檢測器200。

使用鏡子目標(見圖9)，僅從鏡子330反射的P偏振光將仍然是P偏振的，并且將如上面討論那樣不被檢測。當P偏振光332被對象316反射時，被反射的光是非偏振光334。這一非偏振光334接著可以被鏡子212反射。從鏡子336反射的非偏振光中的一些接著能夠穿過第二線偏振器306，因為非偏振光具有一些S偏振分量。因此，被反射的光將抵達檢測器200。

在一些實施例中，檢測器200可以使用單光子雪崩二極管(SPAD)感測被反射的光。一般地，SPAD的陣列被提供作為傳感器，以便檢測被反射的光脈沖或者光。光子可以觸發(fā)SPAD陣列中的一個或者多個SPAD中的雪崩電流。雪崩電流可以標志著如下事件，即已經(jīng)檢測到光的光子。

SPAD按如下方式操作。在初始時間時，二極管被反向偏置到大于其擊穿電壓的電壓。二極管結(jié)區(qū)域中的光子的接收在二極管中產(chǎn)生雪崩電流，這創(chuàng)建了電脈沖。二極管接著被偏置回到小于擊穿電壓的電壓以淬滅雪崩電流，使得SPAD可以再次對接收到光子起反應。然而，二極管必須再次被反向偏置到大于其擊穿電壓的電壓以便對另一光子起反應。SPAD目前可以在具有短于10ns的再激活周期的循環(huán)中使用。

參照圖10A，其示意性地示出了在一些實施例中使用的SPAD的橫截面。SPAD 54可以被提供在p襯底52中。相應的p阱30和42可以被提供在襯底中。n阱區(qū)域被提供在兩個p阱30和42之間。n阱區(qū)域包括深n阱34、n阱32、以及n+區(qū)域36。n+區(qū)域36鄰近SPAD的表面區(qū)域，并且具有與其接觸的陰極38。p阱30和42中的每個被提供有相應的p+區(qū)域46和44。相應的陽極48和50被提供為與相應的p+區(qū)域46和44接觸。應該領(lǐng)會的是，倍增結(jié)被提供在深n阱34和p襯底52之間。

密集間隔的金屬接線柵格40被提供在SPAD的表面之上，并且因此在SPAD檢測器和反射源之間。接線柵格具有多個平行接線。密集間隔的接線柵格充當用于光的偏振濾波器。接線之間的間距d可以小于光的波長，并且可以例如為：d＝λ/2(其中λ是波長)。接線的寬度w可以如處理允許的那樣?。簑＝最小值(其中w為接線寬度，其中接線可以例如由金屬制成)，w的值可以例如為0.14μm。

在一些實施例中，接線柵格濾波器可以被提供在每個單獨的SPAD上。

應該領(lǐng)會的是，接線的定向控制由柵格提供的線偏振的方向。

現(xiàn)在參照圖10B，其示意性地示出了在一些實施例中使用的SPAD的橫截面。SPAD 1254可以被提供在P襯底1252中。相應的P阱1230、1231、以及1232可以被提供在襯底中。P阱1230、1231、以及1232中的每個包括p+區(qū)域1234、1235、以及1236。相應的陽極1238被提供到p+區(qū)域1235。p+區(qū)域1234以及1236中的每個被提供有電接地1237以及1239。N阱區(qū)域1240以及1241分別被提供在P阱區(qū)域1230和1231之間以及在P阱區(qū)域1231和1232之間(即以P-N-P-N-P設置)。N阱1240以及1241中的每個分別包括n+區(qū)域1242以及1243。N阱1240以及1241分別被提供有陰極1244以及1245。N-P-N阱1240、1231、以及1241分別被提供有深N阱1246。倍增結(jié)1247被提供在深N阱1246和P阱1231之間。在一些實施例中，線偏振器柵格邊緣40應該從頂部金屬向下接觸到多晶硅(Poly)以避 免側(cè)照射。

在這一點上，參照圖11，其示意性地示出了被提供在SPAD 54上的柵格40。在一些實施例中，保證了柵格端部邊緣在平行于接線的縱向方向上應該從頂部金屬向下接觸到多晶硅層以避免撞擊在SPAD上的側(cè)照射，從而繞開由柵格提供的偏振功能。垂直于接線的縱向方向的邊緣仍然提供偏振功能。然而，在一些實施例中，與接線平行的方向上的柵格端部邊緣可以使得存在連續(xù)側(cè)邊緣以防止任何側(cè)照射。

現(xiàn)在參照圖12，其示意性地示出了SPAD陣列上的濾波器的設置。在這一示例中，SPAD 60中的一些SPAD沒有任何接線柵格，并且因此能夠檢測包括偏振光在內(nèi)的所有光。換句話說，這些SPAD在其上不具有任何濾波器。SPAD 62中的一些SPAD每個被提供有被定向在一個方向上的接線柵格，并且SPAD 64中的一些SPAD被提供有被定向在垂直于SPAD 62的接線柵格的方向上的接線柵格。在圖12所示的示例中，被引用為62的那些SPAD可以例如僅檢測豎直偏振光，而被引用為64的那些SPAD僅能夠檢測水平偏振光。

使用諸如聯(lián)系圖10A、10B、11、以及12描述的SPAD陣列，光源可以被提供有其自身的線偏振濾波器以保證發(fā)射線偏振光。來自光源的光的偏振相對于至少一個SPAD上的偏振濾波器成直角，以過濾掉來自不想要的反射的光(例如在之前討論的窗口和鏡子的情景中)。

應該領(lǐng)會的是，該設備可以是任何合適的設備。僅通過示例的方式并且不具有限制性，該設備可以是移動電話、智能電話、平板電腦、計算機、測量設備、開關(guān)控制器(諸如用于燈、控制諸如水龍頭或者衛(wèi)生間中的供水)、門控制器、距離傳感器、作用控制器、或者任何其它合適的設備。

一些實施例可以使用其它傳感器而非SPAD。這些傳感器可以是在接收到光信息時生成事件的集成元件。

應該領(lǐng)會的是，上面描述的設置可以至少部分地由集成電路、芯片集、一起封裝或者不同封裝中的一個或者多個裸片、分立電路、或者這些選項的任何組合來實施。

這里已經(jīng)在上面描述了具有不同變化的各種實施例。應該注意的是，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以將這些各種實施例和變體的各種元件組合。

這種更改、修改、以及改善旨在作為本公開的一部分，并且旨在處于本實用新型的范圍內(nèi)。因此，上面的描述僅通過示例的方式，并且不旨在是限制性的。本實用新型僅被限制為如以下權(quán)利要求和其等效所限定的。