专利名称：检测物体移动的系统和方法及其集成电路实现的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种检测系统，具体地涉及一种检测可移动物体的移动并且获得相应的检测信号的检测系统，涉及一种检测可移动物体的移动的方法，以及涉及一种其中实现了用于检测可移动物体的移动的检测系统的集成电路。
背景技术：
在近来逐渐增长的例如移动电话、PDA等移动设备市场中，功能和用户接口的多样性提高，使得在大多数现有移动设备中，提供具有光标的显示器(例如液晶显示器)，用户通常要通过5维操作杆来控制光标。这种操纵杆可以包含位于按钮的圆顶下方的五个开关，用户将操纵这五个开关以使显示器上的光标移动。根据构成可移动物体的操纵杆向左侧或向右侧的移动，来接通四个开关之一。可以基于用户根据菜单上光标实际处在的特定项目垂直地按压操纵杆的操作，结合第五开关来获得“点击”功能。上述移动设备可以具有越来越大的显示器，并且这种设备的控制菜单变得越来越复杂。要求通过操纵杆对光标的连续、高灵敏度和可靠的控制。此外，移动设备的这种操纵杆必须小巧并且耐用，并且必须具有较低的功耗和较低的价格。就此而言，参考文献W02007/122556A2公开了一种检测电路，用于检测诸如操纵杆之类的可移动物体的移动，其中，提供多个第一检测单元以检测在检测单元上存在或不存在光斑，可移动物体的移动影响光斑的位置。提供第二检测单元，以根据可移动物体沿另一方向的移动来检测光斑的光强度。具体地，通过第二检测单元检测光斑的两个强度，并且获得输出信号，所述输出信号表示可移动物体沿Z方向的移动，可移动物体沿Z方向的移动表示操纵杆布置的点击功能。将检测单元的输出信号与相应的参考信号进行比较，得到一比特数字信号。在检测单元的每一个光电探测器处对所述信号进行数字化，以获得准备用于另外的数据评估的数字化信号。检测单元包括光电二极管和晶体管，所述晶体管用于对来自所述光电二极管的信号进行数字化。
发明内容
本发明的目的是提供一种检测系统，用于检测可移动物体的移动；提供一种检测可移动物体的移动的方法；以及提供一种集成电路，在所述集成电路中实现了用于检测可移动物体的移动的检测系统，其中，基于简化的电路布置来确保所述可移动物体的移动的可靠检测。根据本发明，该目的是通过根据所附权利要求的检测可移动物体的移动的检测系统、检测可移动物体的移动的方法、以及其中实现了用于检测可移动物体的移动的检测系统的集成电路来实现的。根据本发明的第一方面，用于对可移动物体的移动进行检测的检测系统包括光源，用于发射光；反射单元，配置为与可移动物体功能连接，并且适用于反射所发射的光； 至少一个检测器，用于检测反射光，并且输出检测信号以确定可移动物体的移动；模数转换
4器，包括至少一个电流源，所述模数转换器用于获得共模信号；以及共模控制器，用于输出至少一个共模信号以控制所述至少一个电流源，其中对可移动物体沿预定的方向的移动加以表示的数字信号基于所述至少一个检测器的输出信号和所述至少一个共模信号。因此根据本发明，可以可靠地检测对操纵杆的点击和释放的精确检测，其中操纵杆表示可移动物体。操纵杆的用于获取点击或释放功能的操作与沿Z方向的移动相对应。 点击和释放功能的检测完全与模数转换器ADC相耦合，以根据测量信号或检测信号来获得精确的数字检测信号。应该注意的是，不需要知晓通过感测元件的二极管的精确电流。(当检测系统的用户执行点击功能时)由检测器上增大的光强度导致的电路中电流的增大或者各个参数的相应减小被可靠地检测，并且被转换为表示所需释放或者点击功能的数字值。因此，根据本发明的电路布置利用简化的电路，提供了一种对所述可移动物体的点击和释放功能进行检测的简单方式，并且优选地，所述电路可以与一个芯片上的检测系统的另外电子部件集成在一起。本发明的优选实施例由从所附权利要求限定。本发明的检测系统还可以包括相对于光源对称地设置的多个检测器，并且反射单元可以设置在光源上方与光源相距预定的距离，以将反射光导引至所述多个检测器。所述至少一个检测器、光源、共模控制器和模数转换器可以设置在衬底上，反射单元可以适用于使光斑入射到衬底上。此外，可移动物体可以是对于至少预定的移动而被弹性地支撑的按钮，所述预定的移动引起所述至少一个检测器上的反射光的辐照度变化。所述至少一个检测器可以是光敏元件，所述光源可以是发光元件，并且所述反射单元可以是金属化的反射表面。所述模数转换器可以包括电容和比较器，所述电容与所述至少一个检测器和所述至少一个电流源相连，将电容器的电势提供给所述比较器以产生所述数字信号。由所述反射单元引起的光斑可以包括反射光的预定的辐照度曲线，可以基于由于移动而在所述至少一个检测器上引起的光斑的辐照度曲线的增大，来确定可移动物体沿预定的方向的移动，所述至少一个检测器上的反射光的光斑可以具有预定的尺寸，当移动可移动物体时所述预定的尺寸保持不变。所述至少一个共模信号可以适用于确定流过所述至少一个电流源的电流的量，所述至少一个电流源可以经由至少一个开关与电容相连，所述电容的电势被提供给所述模数转换器的比较器以产生所述数字信号。本发明的检测系统还可以包括多个开关，比较器可以适用于将电容的电势与预定的参考值进行比较，并且可以根据比较结果来控制开关的关断或接通状态。检测系统还可以包括计数器，计数器适用于基于时钟信号对时钟脉冲进行计数， 时钟脉冲的计数个数依赖于由比较器控制的多个开关的关断或接通状态。比较器可以根据预定的定时来控制所述多个开关的关断或接通状态，所述预定的定时基于流过所述至少一个检测器的电流。检测系统还可以包括评估单元，评估单元适用于将计数器计数的脉冲与先前的计数结果进行比较，以确定可移动物体沿预定的方向的移动。
根据另一方面的本发明涉及一种集成电路，在所述集成电路中实现了根据本发明第一方面的用于对可移动物体的移动进行检测的检测系统。根据另一方面的本发明涉及一种对可移动物体的移动进行检测的方法，所述方法包括以下步骤将光辐射到反射单元，并且将所述光反射到至少一个检测器；检测反射光， 并且输出检测信号以确定可移动物体的移动；根据检测信号产生至少一个共模信号；以及基于所述至少一个检测器的检测信号和所述至少一个共模信号来产生对可移动物体沿预定方向的移动加以表示的数字信号。因此，根据本发明的方法可以可靠地检测与沿Z方向的移动相对应的操纵杆的点击或释放的精确检测，所述操纵杆表示所述可移动物体。本发明还可以通过以下附图和示例来阐明，其并非意欲限制本发明的范围。本领域普通技术人员应该理解，在对本发明的范围之内，可以对不同实施例进行组合。
根据随后所述的本发明的实施例，以上目的、优势和特点以及各种其他优势和特征将变得清楚明白，在附图中图1示出了本发明的检测系统的布置的截面图；图2示出了根据本发明的检测系统的平面图；图3示出了检测系统的方框图，表示根据本发明的数据处理部件；图4示出了释放和点击位置的计算出的辐照度曲线，其中点击检测基于该辐照度曲线；图5示出了模数转换器ADC的原理性电路布置；图6示出了模数转换器ADC和用于测量电流差的另外数据路径的示意性电路布置；图7示出了总体设备的方框图，所述总体设备具有用于点击检测并与所述点击检测电路连接的两个模数转换器ADC ；图8a和8b示出了图6电路布置的具体节点和部件的信号波形；以及图9示出了对可移动物体的移动进行检测的方法步骤的流程图。
具体实施例方式图1以截面图的形式示出了根据本发明的检测系统10的总体配置。根据该说明书描述的示例，优选地，根据本发明的检测系统10可以实现为任意可以移动设备的操纵杆。因此在以下描述中，检测系统10也称作操纵杆，可以具体地以光学操纵杆的形式来提供所述操纵杆，或者所述操纵杆可以是用于对便携设备的显示器上的光标加以控制的任意其他定点设备的一部分。根据图1，截面图示出了封装(或者外壳)1，其中，在所述封装1的腔体3中设置的衬底2上，提供了多个检测器(光敏元件、光接收元件)D1至D4。将具有光感测功能的多个检测器Dl至D4设置在衬底2上，或者嵌入到衬底2中，其中由于截面图的原因仅示出了检测器D3和D4。通过金属层4将衬底2固定到封装1，优选地固定到封装1的在腔体3中的中心部分。
将由单个发光元件或多个发光元件(发光装置)组成的光源S设置为与所述多个检测器Dl至D4相邻，优选地但不是必要的，设置在所述衬底2的中心部分。即优选地，所述光源S位于具有多个检测器Dl至D4的衬底2的中心部分，所述多个检测器Dl至D4设置在所述光源S的周围，优选地根据预定的图案和/或对称性设置在所述光源S的周围。封装1、所述多个检测器Dl至D4以及光源S之间的必要电连接由图1中所示的接合线来提供，并且封装1与外部的电连接可以是球栅、SMD(表面安装器件)等等，但是也可以是柔性连接。所述封装的腔体3在光源S和检测器Dl至D4上方延伸，即在衬底2上方延伸，并且由所述封装1两侧的侧壁5包围。因此，所述衬底2结合所述多个检测器Dl至D4、光源S和相应的接合连接可以共同收纳于封装1内部，所述封装1可以设置为IC封装的形式。因此，这种IC封装包括根据本发明的检测系统10。备选地，根据本发明并且包括上述部件的衬底2可以模制到也可以用作IC封装的透明材料内部，而光仍然可以通过所述透明材料。沿图1的垂直方向，根据本发明的优选实施例，以按钮6的形式在光源S上方提供触摸表面。按钮6构成检测系统10的可触摸部分，表示一般的可移动物体。优选地如图1所示，以按钮6的形式提供的可移动物体基本上形成封装1及其腔体3上的盖子，并且可以相对于封装1移动到一定程度。为此目的，所述按钮6被柔性悬置机制可移动地支撑，所述柔性悬置机制优选地通过至少一个弹簧7来提供，当用户手指试图操作所述检测系统10并且向所述按钮6 (可移动物体)施力时，所述至少一个弹簧允许按钮6在虚拟点周围倾斜几度。由于通过弹簧7在封装1上对按钮6的弹性支撑，可以在一定移动范围内将按钮6移动至不同位置，并且当去掉用户手指的力时，所述按钮6将回到其平衡位置(如图1所示的按钮6的位置)。在所述按钮6的下表面或下部分处，基本上在其面对封装1的腔体3的表面上，提供反射单元8，所述反射单元8可以具有诸如正方形或圆形形状之类的对称形状，并且配置用于将(由所述光源S沿朝着反射单元8向上的方向发射的)光反射回朝着检测器Dl至 D4的方向(图1的向下方向)。可以以反射镜的形式来提供适用于对所发射的光的至少一部分进行反射的反射单元8，所述反射镜可以具有上述形状并且基本上安装在所述按钮6的中心部分，可以以以下形式来提供所述按钮6的中心部分沿图1中向下朝着衬底2的方向(具体地朝着光源 S的方向)延伸的突出部分。通过向所述按钮6的这一预定部分涂覆金属化层或膜，也可以以金属化表面的形式，从而以反射表面的形式，来提供所述反射单元8。所述弹簧7可以配置为使得将按钮6固定到预定位置，所述预定位置与平衡位置 (如图1所示)相对应，从所述平衡位置可以进行向左侧或向右侧的任何移动(倾斜移动)。 移动范围可以由封装的侧壁5来限制，根据本发明的优选实施例将所述弹簧7固定至所述侧壁5。特别应该注意的是，如图2所示的弹簧的形状和构造、封装1的形状和尺寸以及按钮6(可移动物体)的布置只是形成了典型示例，在确保与检测系统(操纵杆)10的另外部件正确相互作用的情况下，可以按照不同的适当方式提供或者设计这些部件。就此而言，按钮6可以由弹性材料制成，当用户手指按压时所述弹性材料具有特定的柔度，或者按钮6可以由刚性材料制成。所述至少一个弹簧7柔性地并且可移动地支撑的按钮6位于如图1所示的垂直位置(当没有向按钮6施力时的平衡位置)。在这种情况下，所述反射单元8基本上与衬底 2的上表面平行，并且由于反射单元8面对所述光源S的特定位置，反射单元8对从所述光源S发射的光进行反射，从而在衬底2上(具体地在所述多个检测器Dl至D4上)形成光斑9。如图1所示，多个检测器Dl至D4全都以某种方式设置在封装1中的衬底2上，使得这多个检测器Dl至D4完全位于反射单元8引起的光斑9的范围之内。换句话说，当按钮6已经恢复到如图1所示的平衡位置(用户手指没有施力)时，所述多个检测器Dl至D4 的每一个基本上接收相等量的光，并且各个检测器Dl至D4的输出信号几乎相同(按钮的倾斜角α = 0)。下文中结合图2所示的描述来说明与检测系统10的上述部件及其另外部件的布置有关的另外细节。具体地，图2示出了根据本发明的检测系统10的平面图，表示图1的封装1的衬底2上的顶视图。所述光源S基本上设置在所述衬底2的中心部分。所述光源S可以由发射特定强度和波长(颜色)的光的发光二极管组成。所述光源S也可以由根据预定图案(阵列)而布置的多个发光二极管LED组成，其中每一个具体的发光二极管发射对于本发明检测系统的功能所必须的总发光强度(辐照度)的一部分。光源S的所述发光二极管或多个二极管沿与图2的纸面垂直的向上方向发射光， 即朝着基本上对称地放置在光源S上方的反射单元8发射光。根据特定的对称性，所述多个检测器Dl至D4设置在所述光源S周围。可以以诸如光电探测器之类的多个光敏元件的形式来提供所述检测器Dl至D4，根据预定图案或阵列将每一个检测器Dl至D4的具体光电探测器设置在所述每一个检测器Dl至D4区域内。 通过所述反射单元8，将光源S发射的光朝着封装1的衬底2反射，从而在衬底2上形成光斑9，并且包括覆盖所述多个检测器Dl至D4的每一个检测器的位置的区域。在图2中，通过虚线圆示出了从反射单元8反射的光的光斑9。然而，如图2所示的光斑的圆形形状只是示例，本发明不局限于光斑9的这种形状和面积。光斑9在覆盖面积和形状方面可以依赖于光源S的布置和形状以及反射单元8的形状。如从图2中可以看出，在该优选实施例中，所有的多个检测器Dl至D4都位于由光斑9覆盖的预定区域内。然而，这只是示例，因为根据光斑9的形状和面积，所述多个检测器Dl至D4的具体检测器可以仅被所述光斑9部分地覆盖。在图2所述的衬底2上，将另外的面积分配给另外的数字电路区域，例如可以用于实现另外的通用数字电路的区域11和12。此外，根据图2的衬底2包括分配给模数转换器ADC的预定的区域，例如区域Al 和A2，随后将结合根据本发明的检测系统10的另外功能来描述模数转换器ADC的布置和结构。关于图2所示的图示，应该注意的是该布置不局限于光源S的正方形轮廓，可以在通常的设计选项内提供光源的不同形状。此外，反射单元8也可以是不同的形状和设计，以在这种情况下在容纳或者支撑所述检测器Dl至D4和光源S的衬底2的区域上获得光斑9的不同形状。例如在图2中，将所述光斑9示为圆形区域。还应该注意的是，根据图2，将检测器Dl至D4布置为基本上的正方形区域。然而本发明不局限于此，因为可以将覆盖所述检测器的区域的形状修改为其他合适的形状。所述检测器Dl至D4的每一个区域可以覆盖多个具体的光敏元件，例如光电二极管、光电晶体管或任意其他光敏部件。所述光敏部件可以均勻地分布在专用区域，或者可以根据预定的图案来布置，所述预定的图案进一步依赖于所使用技术和另外的设计条件。同样，在这一方面的变化不会影响本发明的性能。当表示所述可移动物体的按钮6尚未被用户触摸以进行操作使得所述倾斜角α =0时，按钮6被布置为直立在如图1所示的平衡位置。例如，按钮6的这种位置以及因此反射单元8的这种位置引起如图2所示的光斑9。在用户操作按钮6的情况下，即所述按钮6被用户触摸并且以α Φ 0的倾斜角倾斜，通过基本上保持衬底2上光斑9的尺寸和位置，这引起具体的检测器Dl至D4上的光强度的变化。具体地，沿X方向的移动引起在具体检测器D3和D4上光强度分布的变化，而按钮 6 (以及反射单元8)沿Y方向的移动引起具体检测器Dl和D2上的强度变化。因此，因为倾斜的按钮6破坏了所述多个检测器D1-D4上的入射光的对称性，其中所述倾斜的按钮6可以沿任何可能的方向倾斜(使反射单元8以相同的方式倾斜)，所以如果按钮6沿X方向并且朝着图2中右侧有任何移动，则第四检测器D4比第三检测器D3接收更多的光，而第一和第二检测器Dl和D2仍然基本上接收相等量的光。其他移动按照类似的相应方式改变光强度(入射到具体检测器Dl至D4上的光的量)。在检测器Dl至D4的输出信号的数据评估之后，例如与合适的阈值进行比较，可以获得与用户操作的按钮6的移动有关的精确信息。这用于控制任意相应显示器上光标的位置。关于图1和图2所示的布置，优选地可以选择光源S的尺寸、反射单元8的尺寸、 光源S与反射单元8之间的距离、以及所述多个检测器Dl至D4的尺寸，使得在平衡位置或者当所述按钮6和反射单元8倾斜至任意设计最大角度时，所述检测器Dl至D4完全位于光斑9之内。所述按钮6和所述反射单元8的倾斜角度α的范围由封装1侧壁5旁边的按钮6来限制。在图1的上半部分中，示出的箭头表示用户操作按钮6的可能性。S卩，具有 “倾斜”标识的弧形箭头表示可以应用于按钮6的倾斜角度的范围。图1中具有“点击”标识的垂直箭头表示沿与X和Y平面垂直的Z轴的检测，并且随后将更加详细地描述这种情形。图3示出了与根据本发明的检测系统的机械部件相结合的方框电路布置。根据图3，所述光源S由发光二极管LED表示，发射导引至按钮6下部部分(下表面)的光，所述下部部分覆盖所述反射单元8。来自光源S的光被反射单元8反射，并且辐照在图3中由光敏元件(例如光电二极管)表示的检测器Dl至D4上。电路布置包括中央控制器(中央数据评估和控制装置)13，中央控制器用于执行检测系统的总体控制。控制器13从其他部件接收信息，并且在(根据预定程序的)相应和预定数据评估之后提供整个检测系统的控制。具体地，所述控制器13与系统时钟单元14相连，所述系统时钟单元14用于向所述检测系统提供必要的系统时钟。所述控制器13 (以及时钟单元14)与光源控制器15相连，所述光源控制器15适用于控制所述光源S的发光二极管LED，从而提供对光源S的功率控制，即提供对发光强度(发光量)的控制。光源控制器15提供的对光源S的控制也可以包括对发射光的波长或频率(颜色) 的控制。控制的可能性依赖于在所述光源中使用的具体发光元件，并且还可以依赖于所述检测器Dl至D4的光敏元件的灵敏度。所述检测器Dl至D4与点击检测器16相连，在所述点击检测器中执行对检测器Dl 至D4的输出信号的第一预处理。将点击检测器16的检测结果馈送至数据处理器17，所述数据处理器17适用于提供另外的数据处理，即提供所述对点击检测器16的输出信号的数据评估，以获得与所需光标移动有关的信息。因此，在点击检测器16中的点击检测和在数据处理器17中的数据处理提供了在用户操作所引起的按钮6移动与相应显示器上光标的所需移动之间的相关性。可以通过另外的接口单元18(1/0)将在数据处理器16中获得的信息馈送至检测系统的外部，所述检测系统的外部与包括要控制的显示器在内的任意其他装置或设备相对应。结合示图3，作为示意性示例，将诸如光电二极管之类的一个光敏元件表示为检测器Dl至D4。就此而言应该注意的是，可以基于所述多个检测器Dl至D4中的每一个检测器的所有光敏元件的输出信号，来执行点击检测，即，沿Z方向的检测。然而，根据本发明的优选实施例，可以将所述多个检测器Dl至D4的具体(选定的)光敏元件分配给所述点击检测器16，专门用于获得点击检测(Z检测)。除了所述多个检测器Dl至D4的光敏元件以外，还可以提供提供至少一个或者优选地预定个数的附加光敏元件(未示出)，所述附加的光敏元件主要用于点击检测，这些附加的光敏元件与点击检测器16相连。所述附加光敏元件可以设置在衬底2上，优选地一方面与所述多个检测器Dl至D4 相邻，另一方面靠近所述光源S的位置。然而，本发明不局限于这种布置，只要这些光敏元件完全位于由来自光源S的、被反射单元8反射的光引起的光斑9的范围之内，那么专用于点击检测的附加光敏元件就可以设置在所述衬底2上的任意位置，而与用户操作是否使按钮6移动至倾斜角度α的任何最大值无关。关于上述检测概念，图4示出了具体光敏元件PE上的检测波形(光强度曲线、辐照度)，具体光敏元件PE是单独提供的或者形成所述检测器Dl至D4的一部分。使用至少一个光敏元件Dl至D4或者PE的输出信号。当在平衡位置(按钮6的中心位置)处至少一个弹簧7释放或者维持按钮6形式的可移动物体时，光敏元件PE ( 一个PE位于光源S左侧，另一个PE位于光源S右侧)的辐照度感测反射光的预定辐照度(照射量、光强度)。将所述光敏元件PE的相应输出信号传送至点击检测器16以用于另外的评估。当用户具体地通过如图1所述向下按压所述按钮6来操作所述按钮6 (点击功能) 使得光源S和反射单元8之间的距离减小时，衬底2上的辐照度增大，如图4的虚线曲线所示。关于入射在具体光敏元件PE上辐照度部分，辐照度如沿向上方向的箭头所示增大。因此获得了辐照度差，具体地当通过用户按压按钮6以获得所述点击功能时，入射在所述光敏元件PE上的辐照度增大。具体地通过点击检测器16，根据本发明的检测系统检测增大的强度，从而检测用户所需的点击功能，具体检测流过所述光敏元件PE的较高电流，下面将描述点击检测器16 的操作。在图4中，衬底上辐照度的曲线是优选形式的，但是不必基本上相对于中心线CL 对称，所述中心线CL与X和Y平面垂直，并且优选地实质上在光源S的中心处与由封装1 的衬底2来表示的所述X和Y平面接触。相对于衬底2而言在衬底上辐照度最小的位置与光斑9的边界相对应。图5示出了模数转换器的原理电路布置，模数转换器用于基于电流差的测量来测量所述点击功能(检测系统的点击操作)。图5所示的电路结构还包括至少一个电流源，优选地两个底部电流源，这两个底部电流源是第一电流源21和第二电流源。提供由第三电流源23表示的另外电流源作为顶部电流源，并且可以将所述另外的电流源选择为固定至与流过所述底部电流源的最大电流的大约10倍。所述顶部电流源(第三电流源)的这一选择电流是优选的值，并且本发明不局限于该值。这三个电流源可以与共模控制器24(下文中如图6所示的共模控制装置)相连， 共模控制器24适用于向图5的电路结构，具体地向所述电路结构的ADC提供共模控制。具体地，分别为所述第一和第二电流源提供水平共模控制信号CMX和垂直共模控制信号CMY。 这些水平共模控制信号CMX和垂直共模控制信号CMY由共模控制器24 (图6)产生。所述共模信号CMX和CMY用于在沿X方向(检测器D3和D4)和Y方向(检测器Dl和D2)的检测中，在对所述检测器Dl至D4的输出信号进行评估时，获得共模控制。电流源经由开关SW与积分电容25(图5中的节点和信号Vdet)以及(时钟)比较器26的输入相连。即，为所述比较器26提供信号Vref，信号Vdet构成积分电容25的电压或电势的检测信号。还为比较器26提供电压Vref，电压Vref构成参考电压，比较器26还适于将所述节点Vdet上的电压与参考电压Vref进行比较。在优选实施例中，可以以晶体管的形式来提供用于连接相应的底部电流源和顶部电流源的开关(底部开关和顶部开关) SW。关于所述电路布置的功能，顶部开关和底部开关SW在比较器26(输出信号 todig)的控制下交替地接通和关断。当认为所述顶部开关接通并且底部开关关断时，所述节点Vdet上的电压开始上升。一旦所述节点Vdet上的电压上升到大于所述电压Vref (出于比较的目的提供给比较器的参考电压)时，所述比较器26在下一个时钟时接通，从而关断顶部开关并且接通所述底部开关。这意味着节点Vdet上的电压开始下降。一旦该节点上的电压Vdet的减小的值变得低于参考电压Vref，所述比较器再次切换，关断底部开关而接通顶部开关。顶部电流对总的底部电路的配比限定了每一个检测输出周期的时钟周期个数。例如，当图5所示电路布置的上部部分中的顶部电流是底部电路的大约10倍时， 关断底部开关所用的时钟周期的量是关断顶部开关所用的时钟周期的量的大约10倍。因为所述顶部电流源是固定的，所以根据本发明的图5的电路布置的功能可以通过简单地对比较器26的输出的一个或多个周期上的时钟量进行计数，来测量流过所述底部电流源的电流(为此目的，比较器26可以与计数器27相连，参见图6)。利用检测电路中电流的这种概念，也可以检测由于检测器Dl至D4(图2)上增大或减小的辐照度(图4)而引起的电流增大或者减小，所述检测器Dl至D4上增大或减小的辐照度与点击检测相对应。图6示出了模数转换器ADC和用于测量电流差的另外的数据路径的示意性电路布置，示出了电路的另外的细节。图6的电路示出了模拟部分19 (表示模数转换器ADC)和数字部分20。这两个部分之间的界线用虚线L表示。用于产生共模信号CMX和CMY的共模控制器24向多个电流源提供这些共模信号，以控制所述电流源。在图6的电路布置中，例如示出了两个顶部电流源和一个底部电流源。为了产生共模信号CMX和CMY，共模控制器感测积分电容25的电势，该电势还被馈送至时钟比较器26，以提供比较过处理且输出相应的数字信号(图5中的 todig) ο模数转换器ADC的电路布置以一般形式的模拟部分19示出了例如两个光敏元件 PE,根据沿X或Y方向的检测，这两个光敏元件PE表示检测器Dl至D4中的具体检测器。除了检测器Dl至D4以外，还可以提供另外的分离光敏元件PE以用于点击检测。所述积分电容器25的端子与所述光敏元件PE相连，而所述光敏元件PE的另一个端子接地。通过利用比较器26将结果与先前获得的结果进行比较，可以检测操纵杆的点击或释放，所述操纵杆的点击或释放由光斑9内相应检测器Dl至D4或者光敏元件PE上的光强度(图4的辐照度)变化来表示。具体地，如图4所示，当明显更高的辐照度落到检测器 Dl至D4上或者一般地落在光敏元件PE上，并且电流相应地增大时，这可以通过图5和图6 的电路布置来检测到。更具体地，如果时钟的量(由比较器26输出并且由数字部分20的计数器27计数的)小于之前的时钟的量，则检测到点击。这与底部电流源的较高电流相对应。如果所计数的时钟的量小于之前的时钟的量，则检测到按钮6的释放(与通过底部电流源的较低电流相对应)。具体地，信号CMX和CMY分别是水平和垂直ADC的共模信号。共模控制器24的输出(即，信号CMX和CMY)确定流过顶部电流源和底部电流源的电流的量。优选地，将该电流控制为流过光敏元件(例如光电二极管)PE的中间电流的两倍，以获得对光敏元件PE上变化的辐照度所引起的变化电流的依赖性。即，当用户按压按钮6以获得点击功能时，希望流过二极管的电流升高，例如升高大于因子2 (参见图4)。这意味着共模控制器24的输出也变化，使得流过顶部电流源和底部电流源的电流也按照相同的配比上升。因此基于这种检测原理，可以容易地并且精确地测量电流的点击和释放沿，使得可以以可靠的方式确定用户执行的点击和释放操作(按压或者释放按钮 6)。因此与ADC相对应的图5的电路布置的模拟部分19提供模数转换功能，可以将模拟部分19的输出信号传送至计数器27。该输出信号表示数据密度调制(结果是0 = 0000...，空闲=1010...，Fs = 1111...)。计数器27属于电路结构的数字部分20。可以以10比特计数器的形式来提供计数器27。还可以将计数结果传送至偏移单元27，偏移单元27可以与增益单元28相连。增益单元28还可以与阈值单元29相连，可以考虑阈值以避免由于噪声影响而引起的错误检测。此外，通过在更多时间周期上进行计数，可以提高精度。
共模控制器24的输出表示流过相应的光敏元件PE的中间电流。在点击期间，即在用户操作(按压)按钮6期间，由于光敏元件PE上的辐照度的增大，流过光敏元件PE的电流显著增大。通过检测共模信号随时间的差，根据结合阈值的优选实施例，可以检测按钮 6的点击功能或释放功能。因此，表示沿Z方向(预定的方向)移动的数字信号(即，比较器26的输出信号)基于检测器的(至少一个检测器的)输出信号和共模信号(至少一个共模信号)。图5中示意性地示出了这一点。所述电路布置整个地用作1比特一阶西格玛德尔塔转换器。图7示出了总体设备的方框图，所述总体设备具有用于点击检测并与点击检测电路16(图3)连接的两个模数转换器ADC。具体地，从图7中可以看出，第一模数转换器ADCl和第二模数转换器ADC2的分别都可以配置为图6所示的电路布置。即，根据上述设备，第一模数转换器ADCl用于评估检测器Dl至D4或者光敏元件PE沿X方向的输出信号，第二模数转换器ADC2用于沿Y方向的检测。换句话说，参考图2，一个模数转换器用于顶部和底部的检测器(Dl和D2，Y方向)， 另一个模数转换器用于左侧和右侧的检测器(D3和D4，X方向)。针对水平方向(X)和垂直方向⑴，ADCl和ADC2的相应共模控制器分别产生相应的共模信号CMX和CMY。此外，除了在每一个块ADCl和ADC2中所包括的图5的模拟部分之外，也可以包括数字部分以用于完整的数据评估。还将所产生的共模控制器的相应共模信号CMX和CMY馈送至点击检测电路16 (图3)，其中所产生的所述相应共模信号CMX和CMY用于控制模数转换器ADCl和ADC2的内部电流源(受控电流源)。点击检测使用来自ADCl和ADC2两者的共模信号CMX和CMY。图8a和图8b示出了在图5所示的电路布置中出现的信号的时序图(信号波形)。 在该示例中，时钟频率是约IMHz，电路布置中的顶部电流是约10 μ Α，底部电流是0. 1 μ A的两倍。具体地，图8a示出了按钮6没有被用户操作并且保持处于平衡位置的情况。这在电路中引起更低的电流，因此导致基于时钟CLK的脉冲计数周期更长(脉冲的个数更多) (电容25的充电周期更长)。然而，根据图8b，当操作按钮6并且在光敏元件PE (或者检测器Dl至D4)中结合共模信号CMX和CMY检测到更高的电流时，检测到点击功能。更高的电流导致更短的计数周期和更少个数的计数脉冲(电容25的更短充电周期)。根据本发明，点击和释放检测完全与ADC相耦合，并且在电路中使用相同的时钟。ADC可以集成到已经容纳了检测器Dl至 D4、任意光敏元件PE和光源S的相同衬底2上。图2例如示出了用于ADC的特定区域Al 和A2。可以按照类似的方式接通或者关断，以节省电路布置的功率。也不必知晓流过光敏元件PE(例如光电二极管)的精确电流。检测方法是自校准的。更具体地，不会检测到例如由于环境温度变化导致的缓慢变化。可以可选地选择水平和垂直共模电流或者只选择其中之一。电路布置还具有较低的功耗。还可以通过减小流过底部(和顶部)电流源的电流来进一步降低功耗。在测量之间关断电流源可以节省更多的功率。以上描述了检测器Dl至D4以及在附加光敏元件用于点击检测(Z检测)的情况下的这些光敏元件完全位于反射单元8在反射来自光源S的光时所引起的光斑9之内。在这种情况下，这意味着此光用作所有光敏元件PE上的恒定背景信号，而对于X和Y方向特别是Z检测并不考虑此光。另外从图4中可以得出，可以通过检测较高强度的照射光(辐照度)来执行所述点击检测。根据另外的修改，可以通过将至少一个光敏元件PE放置在光源S附近来进行点击检测。如上所述，通过重复和连续地测量积分时间并且将其与之前的测量进行比较，可以容易地利用简化的电路来检测点击功能(用户的点击操作)。如图6的电路布置的模拟部分19所示的信号流表示模拟实现。图6的整个电路布置表示与1比特时间连续比特流ADC相结合的差分电流积分器，可以实现10比特输出。为了校准，提供共模控制器来将电流积分器调制到所述至少一个光敏元件的正确电流，所述正确电流依赖于入射到该光敏元件PE上的光的量。根据这种模拟共模信号(例如CMX和CMY)，可以得出点击功能。如从图6中可以看出的，可以在电路布置的数字部分 20中进行偏移校正、增益和阈值功能。至电流源S的电流可以由中央控制器13来控制，并且可以是固定的。还可以根据预定的条件对所述电流进行编程，可以基于用实验方法找到的基本值。还应该注意的是，参考图1和图2，配置用于容纳诸如图6所示的另外电路的数字电路区域11和25可以被金属屏蔽所覆盖，以避免由于辐照在衬底上的光而引起的问题。这是因为第一和第二数字电路区域11和12(图2)完全地或者部分地位于由反射单元8的反射功能所产生的光斑9之内。备选地或者附加地，可以为反射单元8赋予合适的形状，以避免或者至少减小用于集成另外电路的数字电路区域11和12上的入射光。根据示出了对可移动物体的移动进行检测的方法的流程图的图9，所述方法包括 第一步骤Si，(通过光源S)将光辐射到反射单元，并且(通过反射单元8)将所述光反射到至少一个检测器(Dl至D4，PE)。此后，在第二步骤S2中，(通过所述至少一个检测器)检测所反射的光并且输出检测信号以确定所述可移动物体6的移动。第三步骤涉及根据所述检测信号产生至少一个共模信号，第一步骤S4涉及基于所述至少一个检测器的所述检测信号和所述至少一个共模信号来产生对所述可移动物体沿预定的方向Z的移动加以表示的数字信号。具体地，对可移动物体的移动进行检测的方法具有与上述检测系统相同的优点ο结合操纵杆的操作，具体地基于用户对按钮6的移动以及检测系统对这种移动的检测，描述了根据本发明的用于检测可移动物体的检测系统。除了使用用于检测操纵杆的移动的检测系统之外，本发明可以应用于相应的设备或装置，其中对可移动物体沿三个空间坐标的任意移动进行类似检测。可以利用电路以高可靠性来执行在基平面(X和Y平面) 以及沿Z方向的可靠检测，其中所述电路可以以集成的形式一般地布置在衬底上以易于制造和操纵所述电路。也就是说，本发明还涉及一种集成电路(IC)，在所述集成电路(IC)中实现了用于对可移动物体的移动进行检测的检测系统，并且所述集成电路(IC)包括上述硬件。尽管已经在附图和上述描述中详细说明和描述了本发明，然而这些说明和描述将被看作是说明性和示例性的而不是限制性的；本发明不局限于公开的实施例。通过阅读附图、说明书和所附权利要求，本领域普通技术人员在实践要求保护的
14本发明时，可以理解和实践所公开实施例的其他变体。在权利要求中，词语“包括”不排除其他的元件或步骤，不定冠词“一个”不排除多个。在互不相同的从属权利要求中阐述特定的措施并不表示不能有利地使用这些措施的组合。权利要求中的任意参考符号不应该解释为限制本发明的范围。
权利要求
1.一种用于对可移动物体(6)的移动进行检测的检测系统，所述检测系统包括光源(S)，适用于发射光；反射单元(8)，配置为与所述可移动物体功能连接，并且适用于反射所发射的光；至少一个检测器(Dl、D2、D3、D4、PE)，用于检测反射光，并且输出检测信号以确定所述可移动物体的移动；模数转换器，包括至少一个电流源，所述模数转换器用于获得数字信号；以及共模控制器(M)，用于输出至少一个共模信号(CMX、CMY)以控制所述至少一个电流源，其中对所述可移动物体沿预定的方向(Z)的移动加以表示的数字信号基于所述至少一个检测器的输出信号和所述至少一个共模信号。
2.根据权利要求1所述的检测系统，还包括相对于所述光源( 对称地设置的多个检测器(D1、D2、D3、D4、PE)，所述反射单元(8)设置在所述光源上方与所述光源相距预定的距离，所述反射单元用于将反射光导弓I至所述多个检测器。
3.根据权利要求1所述的检测系统，其中所述至少一个检测器(D1、D2、D3、D4、PE)、所述光源(S)、所述共模控制器04)和所述模数转换器设置在衬底( 上，所述反射单元(8) 适用于使光斑(9)入射到所述衬底上。
4.根据权利要求1所述的检测系统，其中所述可移动物体(6)是对于至少预定的移动而被弹性地支撑的按钮，所述预定的移动引起所述至少一个检测器(D1、D2、D3、D4、PE)上的反射光的辐照度变化。
5.根据权利要求1所述的检测系统，其中所述至少一个检测器(D1、D2、D3、D4、PE)是光敏元件，所述光源( 是发光元件，所述反射单元(8)是金属化的反射表面。
6.根据权利要求1所述的检测系统，其中所述模数转换器包括电容(25)，与所述至少一个检测器(D1、D2、D3、D4、PE)和所述至少一个电流源相连；以及比较器( )，其中将电容器的电势提供给所述比较器以产生所述数字信号。
7.根据权利要求3所述的检测系统，其中由所述反射单元(8)引起的光斑(9)包括反射光的预定的辐照度曲线，基于由于所述移动而在所述至少一个检测器(D1、D2、D3、D4、 ΡΕ)上引起的所述光斑的辐照度曲线的增大，来确定所述可移动物体(6)沿所述预定的方向(Z)的移动。
8.根据权利要求3所述的检测系统，其中所述至少一个检测器(D1、D2、D3、D4、PE)上的所述反射光的所述光斑(9)具有预定的尺寸，当移动所述可移动物体(6)时所述预定的尺寸保持不变。
9.根据权利要求1所述的检测系统，其中所述至少一个共模信号(CMX、CMY)适用于确定流过所述至少一个电流源的电流的量，所述至少一个电流源经由至少一个开关(SW)与电容0 相连，所述电容的电势被提供给所述模数转换器的比较器06)以产生所述数字信号。
10.根据权利要求9所述的检测系统，还包括多个开关(SW)，所述比较器06)适用于将所述电容0 的电势与预定的参考值进行比较，并根据所述比较结果来控制所述开关的关断或接通状态。
11.根据权利要求10所述的检测系统，还包括计数器(27)，所述计数器适用于基于时钟信号(CLK)对时钟脉冲进行计数，并且所计的时钟脉冲个数依赖于由所述比较器06)来控制的所述多个开关(SW)的关断或接通状态。
12.根据权利要求11所述的检测系统，其中所述比较器06)根据预定的定时来控制所述多个开关(SW)的关断或接通状态，所述预定的定时基于流过所述至少一个检测器(Dl、 D2、D3、D4、PE)的电流。
13.根据权利要求11所述的检测系统，还包括评估单元(观、29、30)，所述评估单元适用于将通过所述计数器(XT)计数的脉冲与先前的计数结果进行比较，以确定所述可移动物体(6)沿所述预定的方向(Z)的所述移动。
14.一种集成电路，在所述集成电路中实现了根据权利要求1所述的用于对可移动物体的移动进行检测的检测系统。
15.一种对可移动物体的移动进行检测的方法，所述方法包括以下步骤将光辐射到反射单元，并且将所述光反射到至少一个检测器(Si)；检测反射光，并且输出检测信号以确定所述可移动物体的移动(S2)根据所述检测信号产生至少一个共模信号(S； )；以及基于所述至少一个检测器的所述检测信号和所述至少一个共模信号，来产生对所述可移动物体沿预定的方向(Z)的移动加以表示的数字信号(S4)。
全文摘要
本发明涉及一种用于对可移动物体(6)的移动进行检测的检测系统。所述检测系统包括光源(S)，用于发射光；反射单元(8)，设置为与可移动物体(6)功能连接，并且适用于反射所发射的光；至少一个检测器(D1至D4)，用于检测反射光并且输出检测信号以确定可移动物体的移动；模数转换器，包括至少一个电流源，所述模数转换器用于获得数字信号；以及共模控制器，用于输出至少一个共模信号(CMX、CMY)以控制所述至少一个电流源，其中对可移动物体沿预定的方向(Z)的移动加以表示的数字信号基于所述至少一个检测器的输出信号和所述至少一个共模信号。本发明还涉及一种对可移动物体的移动进行检测的方法以及一种其中实现了检测系统的集成电路。
文档编号G06F3/033GK102165398SQ200980137947
公开日2011年8月24日 申请日期2009年9月26日 优先权日2008年9月26日
发明者伯纳德斯·马丁内斯·约翰内斯·库普, 约翰内斯·安东尼·约瑟夫斯·范·格洛文 申请人:Nxp股份有限公司