[发明专利]用于飞行时间和接近度的测量的半导体装置和方法

说明书

一种电磁辐射的发射器(12)，该发射器被配置用于提供不同宽度的照明场的运行模式，和光电检测器(11)，该光电检测器被配置用于通过检测由发射器发射并且被反射到光电检测器的电磁辐射来进行飞行时间和接近度的测量。发射器由驱动器(13)操作，该驱动器(13)被配置用于运行模式之间的交替。当照明场窄时执行飞行时间测量，并且当照明场宽时执行接近度或环境光测量。

本公开涉及飞行时间测量与接近度或环境光测量相结合的领域。

物体的距离能够通过飞行时间(TOF)方法进行测量，该方法确定了从发射光信号到接收到在物体上反射之后的同一光信号之间所经过的时间。垂直腔面发射激光器(VCSEL)能用作发射器，并且反射信号的到达能够由光电检测器检测。

接近度测量所需的照明场要比长距离飞行时间测量所需的照明场宽。发光二极管(LED)具有相对较宽的照明场并且适合用于接近度测量，而垂直腔面发射激光器在其激射模式下具有相对较窄的照明场，并且适合用于飞行时间测量。因此，如果同时期望飞行时间测量和接近度测量，则不同电磁辐射源装置，特别是集成在两个分立的半导体管芯中的光电二极管和垂直腔面发射激光器可能需要位于同一个封装件内。

本发明的目的是促进交替飞行时间测量和接近度测量的功能，并在减小了飞行时间装置的封装件尺寸的同时还允许进行接近度测量。

该目的通过根据权利要求1的半导体装置以及根据权利要求10的用于飞行时间和接近度的测量的方法来实现。实施例和变型从从属权利要求中得出。

除非另有说明，否则上述限定也适用于以下描述。

该半导体装置包括：电磁辐射的发射器，该发射器被配置用于提供不同宽度的照明场的运行模式；和光电检测器，该光电检测器被配置用于通过检测由发射器发射并且被反射到光电检测器的电磁辐射来进行飞行时间和接近度的测量。发射器由驱动器操作，该驱动器被配置用于运行模式之间的交替。

在半导体装置的实施例中，发射器是垂直腔面发射激光器(VCSEL)。驱动器尤其可以被配置为产生用于该垂直腔面发射激光器的驱动电流，该驱动电流之一低于激射阈值，并且该驱动电流之一高于激射阈值。

在另一实施例中，光电检测器是包括半导体管芯的光电检测器装置的一部分，并且发射器是包括另一半导体管芯的发射器装置的一部分。该驱动器尤其可以被集成在发射器装置中。替代地，驱动器可以被集成在光电检测器装置中。

在另一实施例中，光电检测器装置的集成电路被配置用于使用发射器和光电检测器来执行和评估飞行时间测量以及接近度或环境光测量。

在另一实施例中，设置了载体以承载光电检测器装置和发射器装置，并且具有窗口的盖子被安装在载体上以覆盖光电检测器装置和发射器装置，窗口被布置在光电检测器和发射器上方。

在另一实施例中，该驱动器被配置为当通过飞行时间或接近度测量检测到的变化的距离值超过预先描述的界限值时，切换运行模式。

该用于飞行时间和接近度的测量的方法包括以提供不同宽度的照明场的运行模式交替地操作电磁辐射的发射器，以及当照明场窄时执行飞行时间测量，并且当照明场宽时执行接近度或环境光测量。

垂直腔面发射激光器能够被用作发射器，并且驱动器能够被用于产生驱动电流，该驱动电流之一低于垂直腔面发射激光器的激射阈值，并且该驱动电流之一高于激射阈值。

在使用垂直腔面发射激光器和驱动器的方法的应用中，当驱动电流低于激射阈值时执行接近度或环境光测量，并且当驱动电流高于垂直腔面发射激光器的激射阈值时执行飞行时间测量。

在该方法的变型中，当由飞行时间或接近度测量检测到的变化的距离值超过预先描述的界限值时，切换不同的运行模式。

以下是结合附图对半导体装置以及用于飞行时间和接近度的测量的方法的示例的详细描述。