用于光学式邻近侦测器的精确度估计的制作方法

文档序号:9921353阅读:466来源:国知局
用于光学式邻近侦测器的精确度估计的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明的实施例大致上关于光学式邻近侦测器及与随着光学式邻近侦测器所使 用的方法,且特别是关于产生指示在光学式邻近侦测器和一对象之间的距离的距离值以及 产生指示该距离值的精确度的精确度值的光学式邻近侦测器。
【背景技术】
[0002] 光学式邻近侦测器(其也可被称作光学式邻近传感器或光学式邻近侦测传感器) 通常包括或使用光源及邻近感旋光性光侦测器。此光学式邻近侦测器可用以基于源自光源 的自对象反射且由光侦测器侦测的光来侦测对象的存在、估计对象的邻近(例如,至对象的 距离)及/或侦测对象的运动。在此等侦测器特定地用以侦测至对象的距离的情况下,此等 侦测器也可被称作光学式距离侦测器或光学距离传感器。在此等侦测器依赖于飞行时间 (time- 〇f-flight;TOF)原理侦测至对象的距离的情况下,此等侦测器还可被称作光学T0F 传感器、光学T0F邻近传感器、光学T0F邻近侦测器或类似者。随着电池操作式手持型装置 (诸如,移动电话)的出现,此等侦测器/传感器的价值已变得更重要。举例而言,来自移动电 话电池的大量能量用以驱动显示器,且在当使移动电话或其他装置处于用户的耳部(其中 无论如何不能观看移动电话或其他装置)时关断显示器或背光方面存在价值。光学式邻近 侦测器已用于此及许多其他应用。
[0003] 对于其他实例,存在对象的存在可有利地经由光学式邻近侦测器侦测的许多其他 应用。此等范围自感测机械上已打开保护盖、纸已经正确地定位于打印机中或操作者的手 有危险地在操作机器附近的时间。也可将光学式邻近侦测器用作简单触碰或近触碰启动式 开关,且可将其实施于如键盘或具有经密封但允许来自光源的光穿过且反过来由侦测器感 测的塑料外壳的装置的应用中。

【发明内容】

[0004] 本发明的实施例是关于光学式邻近侦测器、供光学式邻近侦测器使用的方法,及 包括光学式邻近侦测器的系统。根据某些实施例,一种光学式邻近侦测器包括驱动器、光侦 测器、模拟前端,及数字后端。驱动器驱动光源以发射光。光侦测器产生指示所发射光的反 射离开对象并入射于光侦测器上的一部分的量值及相位的光侦测信号。模拟前端包括放大 电路,及输出数字光侦测信号或指示其的数字同相信号及正交相位信号的一或多个模拟至 数字转换器(analog-to-digital converter ;ADC)。数字后端包括距离计算器及精确度估 计器。距离计算器取决于由模拟前端的ADC输出的数字光侦测信号或数字同相信号及正交 相位信号而产生数字距离值。精确度估计器产生指示数字距离值的精确度的精确度值。
【附图说明】
[0005] 图1说明光学式邻近侦测器的实施例。
[0006]图2A为用以描述用于由诸如图1中介绍的光学式邻近侦测器的光学式邻近侦测器 在操作模式期间使用方法的高阶流程图。
[0007] 图2B为用以描述用于由诸如图1中介绍的光学式邻近侦测器的光学式邻近侦测器 在动态增益及相位偏移校准模式期间使用方法的高阶流程图。
[0008] 图2C为用以描述用于由诸如图1中介绍的光学式邻近侦测器的光学式邻近侦测器 在串扰校准模式期间使用方法的高阶流程图。
[0009] 图2D为用以描述用于由诸如图1中介绍的光学式邻近侦测器的光学式邻近侦测器 在静态相位偏移校准模式期间使方法的高阶流程图。
[0010] 图3说明由图1中介绍的驱动器产生的驱动信号的例示性重复率及例示性脉冲宽 度。
[0011]图4说明根据实施例的光学式邻近侦测器的实施例。
[0012] 图5为用以描述用于对残余误差执行开路修正以供光学式邻近侦测器(诸如图4中 介绍的光学式邻近侦测器)使用方法的高阶流程图。
[0013] 图6为用以描述用于提供精确度估计以供光学式邻近侦测器(诸如图4中介绍的光 学式邻近侦测器)使用方法的高阶流程图。
[0014] 图7说明根据实施例的系统,其包括在图1或图4中介绍的光学式邻近侦测器。
[0015] 附图标记说明:
[0016] 102-光学式邻近侦测器/光学式距离侦测器;103-不透明光障壁;104-红外光源; 105-对象/目标;106-光侦测器;107-校准参考信号产生器;108-模拟前端电路/前端/模拟 前端;109-电压供应器;110-驱动器;111-DC光电流(DCPC)模拟至数字转换器(ADC); 112-数 字后端电路/数字后端;120-时序产生器;122-放大器;130-增益调整电路;132-放大电路/ 模拟放大电路;140-IQ解调器电路/IQ解调器;142i_混频器;142q_混频器;144i_模拟低通 滤波器;144q_模拟低通滤波器;146i_模拟至数字转换器(ADC);146q_模拟至数字转换器 (ADC); 150-增益调整控制器;152-数字滤波器;153-动态增益及相位偏移修正器;154-串扰 修正器;156-相位及量值计算器;158-静态相位偏移修正器;160-缓存器;162-内存;164-距 离计算器;166-精确度估计器;202~256-方法步骤;402-光学式邻近侦测器;404-温度传感 器;406-供电电压传感器;408-前向电压降传感器(Vf传感器);410_数字电路及/或微控制 器单元(MCU); 502~518-方法步骤;602~616-方法步骤;700-系统;704-比较器或处理器; 706-子系统;I-频道;Idem-同相解调变信号;Q-频道;QDem-正交相位解调变信号;Sw-开关; Vcc-供电电压。
【具体实施方式】
[0017] 图1说明2014年9月24日申请的名为「Optical Proximity Detectors」的共同让渡 的美国专利申请案第14/495,688号揭示的光学式邻近侦测器102。在光学式邻近侦测器102 用于侦测至对象(例如,105)的距离的情况下,光学式邻近侦测器102可替代性地被称作光 学式距离侦测器102。在光学式邻近侦测器102依赖于飞行时间(T0F)原理侦测至对象的距 离的情况下,其也可更特定地称作光学式T0F距离传感器、光学式T0F邻近传感器、光学式 T0F邻近侦测器或类似者。参看图1,将光学式邻近侦测器102展示为包括红外光源104、光侦 测器106、模拟前端电路108、数字后端电路112、驱动器110及时序产生器120。还可将光源 104及光侦测器106视为模拟前端电路108的一部分。模拟前端电路108也可被称作模拟前端 (analog front-end; AFE)、前端频道或简称为前端。类似地,数字后端电路108也可被称作 数字后端、后端频道或简称为后端。时序产生器120可包括(例如)输出高频信号(例如, 4.5MHz或5MHz)的本地振荡器,及将高频信号移相90度的移相器。如以下将按额外细节来描 述,高频信号(例如,4.5MHz或5MHz)可经提供至驱动器110及前端108,且移相90度的高频信 号还可提供至前端108。时序产生器120还可包括用以产生可由光学式邻近侦测器102的各 种其他区块使用的其他频率(例如较低及/或较高频率)的信号的电路。光学式邻近侦测器 102还展示为包括产生标记为Vcc的供电电压的电压供应器109。由电压供应器109输出的供 电电压可用以直接向模拟前端108及数字后端112两者的各种组件供电。还有可能由电压供 应器109输出的供电电压升压或降压至用以向模拟前端108及/或数字后端112的特定组件 供电的一或多个其他电压。
[0018]红外光源104可为(例如)一或多个红外线发光二极管(LED)或红外线激光二极管, 但不限于此。虽然红外线(infrared; IR)光源常用于光学式邻近侦测器中,但因为人眼不能 侦测IR光,所以光源可替代性地产生其他波长的光。因此,红外光源104可更一般地被称作 光源104。光侦测器106可为(例如)一或多个光电二极管(photodiode ;Ρ?),但不限于此。当 实施为在光导模式中操作的Η)时,光侦测器106将侦测的光转换成电流信号。若实施为在光 电模式中操作的PD,则光侦测器106将使侦测的光转换成电压信号。除非另有叙述,否则为 了方便描述的缘故而假定光侦测器106为在光导模式中操作的ro。
[0019 ]根据实施例,前端108接收广泛范围的在高频(例如,4.5MHz或5MHz)下的输入电流 (来自光侦测器106),且调节信号以用于数字化。此调节可包括调整增益以增大且较佳地优 化动态范围,滤波以增大且较佳地优化信噪比(s igna 1 -to-noi se rati〇; SNR),及IQ解调变 以简化数字后端处理。根据实施例,数字后端112执行额外滤波,修正动态增益及相位偏移 误差,修正串扰误差,且计算指示光学式邻近侦测器102与目标105之间的距离之相位。数字 后端112还可修正静态相位偏移误差。另外,数字后端112产生用于模拟前端108的一或多个 控制信号。以下描述模拟前端108及数字后端112的额外细节。
[0020]仍参看图1,根据实施例,模拟前端108包括放大器122、增益调整电路130、IQ解调 器电路140、模拟低通滤波器144:1、1449及模拟至数字转换器(31^1(^-1:〇-(1丨8;^31;六0〇 146i、146q。虽然将ADC 146i及146q说明为两个分开的ADC,但可替代地使用单一 ADC,在该 情况下,该单一 ADC在I频道与Q频道之间时间共享。根据实施例,数字后端112包括增益调整 控制器150、一或多个数字滤波器152、动态增益及相位偏移修正器153、串扰修正器154、相 位及量值计算器156及静态相位偏移修正器158。数字后端112还展示为包括距离计算器164 及精确度估计器166。根据实施例,数字后端112内的区块中的每一者是使用数字信号处理 器(digital signal processor;DSP)实施。替代性地,数字后端112内的区块中的每一者可 使用数字电路来实施。可使用DSP实施数字后端112的区块中的一些而使用数字电路实施其 他区块也是可能的。在某些实施例中,距离计算器164及精确度估计器166中的一或两者是 在数字后端112外部实施,且视需要在光学式邻近侦测器外部实施。举例而言,精确度估计 器166可通过专用数字芯片或主机MCU实施,但不限于此。
[0021 ]驱动电路110取决于由时序产生器120产生的驱动时序信号(也被称作IrDr时序信 号)产生驱动信号。驱动时序信号可为(例如)4.5MHz方波信号,但不限于此。此驱动信号用 以驱动红外光源104,回应于此,红外光源104发射红外光。发射的红外光的调变频率(其也 可被称作载波频率)取决于驱动时序信号的频率(例如,4.5MHz)。换言之,在红外光源104由 4.5MHz驱动信号驱动的情况下,则发射的红外光的载波频率将为4.5MHz。
[0022] 若在光学式邻近侦测器102的感测区(也就是,视野及范围)内存在一目标105(其 可更一般化地被称作对象105),则由红外光源104发射的红外光将自目标105反射,且反射 的红外光的一部分将入射于光侦测器106上。响应于侦测到光,光侦测器106产生指示侦测 的光的量值及相位的光侦测信号。光侦测信号的量值可取决于(例如)目标105与光学式邻 近侦测器102之间的距离及目标的色彩。一般而言,在所有其他事物皆相等的情况下,目标 105愈靠近,则光侦测信号的量值愈大。另外,在所有其他事物皆相等的情况下,若目标具有 白色,或另一高度反射性色彩,则光侦测信号的量值将比若目标具有黑色或另一低反射性 色彩大。相比之下,光侦测信号的相位应主要地取决于目标105与光学式邻近侦测器102之 间的距离,且不应取决于目标105的色彩或反射率。
[0023] 虽未展示于图1中,但一或多个光学滤光片可位于光侦测器106的前部以反射及/ 或吸收不关注的波长。对于更特定实例,一或多个光学滤光片可用以拒绝环境可见光且使 红外线光通过。可使用用于拒绝及/或补偿环境可见光的替代及/或额外技术,如此项技术 中已知。
[0024] 由光源104发射且由光侦测器106侦测的红外光(其尚未反射离开对象105)被考虑 为降低总体装置或系统感测距离的能力的光学串扰。一些此光可直接自光源104行进至光 侦测器106。为了减少且较佳地防止光直接自光源104行进至光侦测器106,可使用不透明光 障壁(在图1中展示为组件103)来将光源104与光侦测器106隔离。然而,光障壁常常不完美, 导致在障壁下、上及/或经由障壁的光泄漏。另外,光学串扰可自镜面反射及/或其他类型的 反向散射产生,尤其在光源104及光侦测器106由玻璃或塑料盖板覆盖的情况下,如此项技 术中已知。
[0025] 在将由光侦测器106产生的光侦测信号提供至增益调整电路130前,光侦测信号可 由可选放大器122(其具有固定增益)放大。取决于需要在电压域或是电流域中执行信号处 理,且取决于光侦测器106产生指示侦测的光的量值及相位的电压信号或是电流信号,可选 放大器122还可用以将电流信号转换至电压信号,或反之亦然。举例而言,放大器122可为具 有固定增益的跨阻抗放大器(t
当前第1页1 2 3 4 5 6 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1