光学接近传感器的制作方法

本公开内容涉及光学接近传感器。具体地，本公开内容涉及包括光电二极管、光源和测量电路的光学接近传感器，测量电路用于确定光源关闭时感测到的光与光源开启时感测到的光之间的差。本公开内容还涉及包括光学接近传感器的移动通信设备。

背景技术：

1、光学接近传感器用于电子设备以确定对象相对于电子设备的接近度。该对象可以是使用该电子设备的操作者的身体的一部分，并且该电子设备可以是诸如智能手机的移动通信设备。在工业应用中，光学接近传感器可以用于确定穿过区域的对象的接近事件。接近传感器可以基于光强度测量，其中光源照射目标空间，使得反射光是离传感器最近的对象的距离的函数。可以执行至少两个测量来确定当光源例如led或vcsel开启和光源关闭时接收到的光。差代表反射光，反射光是对象接近度的函数。开启测量和关闭测量的相减去除了系统环境光。在传统的光学接近传感器中，光源开启的第一测量和光源关闭的第二测量具有相等的持续时间。

2、在当前的智能手机中，光学接近传感器和光源可以放置在智能手机显示器的背面，智能手机显示器可以基于oled(有机发光二极管)技术。在这种情况下，在不影响显示失真的情况下，光源可以开启多久是有限制的。在用于接近的光源和oled显示器刷新信号中也可能涉及一些同步。

3、接近传感器中使用的电子设备生成影响计算准确性的噪声。测量信号中的噪声的主要来源可能是在开启测量阶段和关闭测量阶段期间接收光的光电二极管的散粒噪声。在高环境光条件下，散粒噪声变得至关重要，这可能涉及环境光在100klux或更大的范围内的情况。

4、光学接近传感器需要提高光学接近传感器的snr(信噪比)。为了降低由光电二极管生成的散粒噪声的影响，需要在高环境光条件下提高光学接近传感器的snr。光学接近传感器应该适用于在传感器放置在显示屏背面的背面oled条件下的智能手机应用。

5、本公开内容的目的是提供具有改进的snr的光学接近传感器。

6、本公开内容的另一目的是提供在高环境光条件下具有改进的snr的光学接近传感器。

7、本公开内容的又一目的是提供在背面oled的情况下在高环境光条件下具有改进的snr的光学接近传感器。

8、本公开内容的又一目的是提供具有提高的精度的光学接近传感器的移动通信设备。

技术实现思路

1、上述目标中的一个或更多个通过具有本权利要求1的特征的光学接近传感器来实现。

2、根据实施方式的光学接近传感器包括接收光学光的光电二极管。传感器包括光源，该光源被配置成在光源的开启阶段期间发光。光源可以是led(发光二极管)或vcsel(垂直腔面发射激光器)或者可以通过集成电路技术形成的另一光源。光学接近传感器包括耦接至光电二极管的测量电路，使得测量电路评估通过光电二极管接收到的光。测量电路能够操作并被配置成测量在光源关闭的第一阶段中由光电二极管接收到的光，使得仅环境光由光电二极管接收并且由测量电路评估。测量电路还能够操作并被配置成测量在光源开启的第二阶段中由光电二极管接收到的光，使得环境光加上由光源发射并被对象反射的光由光电二极管接收并评估。测量电路确定在第一阶段和第二阶段中测量的光之间的差。光测量相互减去，使得反射光被分离，并且作为指示对象的接近事件的量度。也可以在第一阶段使光源开启，在第二阶段使光源关闭，并且在电子电路中适当地减去光测量以估计反射光。第二阶段可以在第一阶段之后执行，或者第一阶段可以在第二阶段之后执行。

3、根据实施方式，光源关闭的第一阶段比光源开启的第二阶段长，使得第一阶段期间的测量比第二阶段期间的测量长。在关闭阶段接收和评估更多的光，使得与电路中生成的噪声特别是光电二极管的散粒噪声相比，接收到更多的信号能量。光源开启的第二阶段期间的测量时间受到在oled在背面的情况下由光源生成的可接受失真的限制。实际上，第一阶段可以是第二阶段的整数倍，第一阶段可以是第二阶段的两倍或四倍或八倍，或者甚至更高的整数倍。

4、应用比第二阶段更长的第一阶段可以通过第一实施方式和可选的第二实施方式来实现。根据第一实施方式，光源关闭以测量环境光的第一阶段包括第一子阶段和第二子阶段的连续执行，其中在第一子阶段和第二子阶段中的每一个期间测量光。

5、测量电路包括耦接至光电二极管的积分器、耦接至积分器下游的求和保持电路以及设置在积分器与求和保持电路之间的用于对积分器输出电压信号进行采样的电容器装置。

6、电容器装置包括至少第一电容器和第二电容器，其中所述电容器中的一个选择性地在作为关闭阶段的第一阶段的至少第一子阶段和第二子阶段期间在操作时连接在积分器的输出端与求和保持电路的输入端之间。在作为光源的开启阶段的第二阶段期间，第一和第二电容器的并联连接在操作时连接在积分器的输出端与求和保持电路的输入端之间。因此，在第一阶段期间，电容器中的仅一个电容器操作，在第二阶段期间，两个电容器以平均电荷被转移至求和保持电路的并联连接操作。

7、由于第一阶段比第二阶段长，并且包括第一子阶段和第二子阶段，第一电容器在第一子阶段期间操作，而第二电容器在第二子阶段期间操作。这样的子阶段可以扩展至高于两个子阶段，其中更多的电容器作为并联阵列连接在求和保持输入端，其中每个电容器存储一个子阶段的积分电压。

8、第一电容器和第二电容器在第一子阶段、第二子阶段和第二阶段期间的操作通过设置在电容器板中的一个与积分器的输出端之间以及电容器板中的另一个与求和保持电路的输入端之间的开关来实现。开关被操作成使得连接至第一电容器的第一开关和第二开关在第一子阶段期间导通，而在第二子阶段期间不导通，以实现第一电容器在第一子阶段期间操作并且在第二子阶段期间解耦。连接至第二电容器的第三开关和第四开关在第一子阶段期间不导通，在第二子阶段期间导通，使得第二电容器在第二子阶段期间操作，并且在第一子阶段期间解耦。

9、电容器装置中的电容器由对应的控制信号控制，该控制信号在第一阶段的第一子阶段和第二子阶段期间执行与第三开关和第四开关相比异相的第一开关和第二开关的切换。当第三开关和第四开关不导通时，第一开关和第二开关导通，并且当第三开关和第四开关导通时，第一开关和第二开关不导通。

10、电容器装置可以包括设置在求和保持电路的积分器输出端与输入端之间的至少四个电容器。在作为光源的关闭阶段的第一阶段期间，所述四个电容器中的单个电容器与子阶段中的一个相关联。具有四个子阶段，四个电容器中的不同电容器与每个子阶段相关联，使得它在操作时连接在积分器输出端与求和保持电路输入端之间，其中其他电容器断开。四个电容器可以具有相等的电容。第一阶段的每个子阶段与电容器中的一个相关联。该原理可以扩展至大于四个电容器，例如八个电容器等。

11、在电容器装置的操作期间，从积分器接收输出信号，并且在电容器装置的各个电容器中存储电荷。在第一阶段的第一子阶段和第二子阶段期间执行噪声平均。来自积分器的信号包括有用信号部分和噪声部分，其中噪声平均降低噪声部分。

12、求和保持电路包括连接在电容器装置下游的放大器，该电容器装置包括连接在放大器的输入端与输出端之间的至少一个电容器和并联连接至电容器的开关。求和保持电路被配置和操作成生成输出信号，该输出信号表示在第一阶段结束时，即在第一阶段的最后一个子阶段结束时，存储在电容器装置的电容器中的电荷与在第二阶段结束时存储在电容器装置的电容器中的电荷之间的差。

13、在求和保持电路的输出端的信号，包括在第一阶段和第二阶段结束时来自电容器装置的电荷之间的差，被转发至adc(模数转换器)，以将模拟电压信号转换成数字码，该数字码可以是比特流或数字字，用于进一步用于控制电路的操作。

14、根据第二替选实施方式，积分器生成第一信号，该第一信号表示在光源关闭的第一阶段期间由光电二极管接收到的光的量，并且第二信号表示当光源开启的第二阶段期间由光电二极管接收到的光的量。测量电路通过第一阶段和第二阶段(关闭阶段和开启阶段)的持续时间或长度的比值来对光源关闭的情况下的第一信号进行归一化。求和保持电路生成经归一化的关闭阶段的第一信号与开启阶段的第二信号之间的差。

15、设置在积分器的输入端与输出端之间的积分电容以第一阶段和第二阶段的长度的比值增加，使得积分器的增益从第一阶段至第二阶段改变。

16、关于接近传感器在较大设备中的应用，来自光学接近传感器的输出信号可以用在诸如智能手机的移动通信设备中，其中包括光源的接近传感器设置在显示器背面。来自光学接近传感器的输出信号用作对象相对于移动通信设备的接近程度的指示，并且可以用于控制显示器的亮度。例如，当对象在附近时，这可能是智能手机用户接到电话时的情况，显示器的亮度降低或关闭。当没有对象被确定为接近时，显示器的亮度被操作为正常。

17、应当理解，前面的一般描述和下面的详细描述都仅是示例性的，并且旨在提供理解权利要求的性质和特征的概述或框架。包括附图以提供进一步的理解，并且附图被结合至本说明书中并构成本说明书的一部分。附图示出了一个或更多个实施方式，并且与描述一起用于解释各种实施方式的原理和操作。附图的不同图中的相同元件用相同的附图标记表示。