專利名稱：使用回波消除技術(shù)來檢測一個或多個物體的光學(xué)接近度傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請涉及光學(xué)傳感器，該光學(xué)傳感器可用來檢測光學(xué)傳感器、包含這類傳感器的系統(tǒng)的感測區(qū)域內(nèi)的物體的存在、接近度和/或運(yùn)動，以及用于檢測物體的存在、接近度和/或運(yùn)動的相關(guān)方法。
現(xiàn)有技術(shù)例如光學(xué)接近度傳感器的光學(xué)傳感器通常包括光源和相鄰的光敏光檢測器。這類光學(xué)傳感器可用來基于從光源產(chǎn)生的并從物體反射并由光檢測器所檢測到的光的量級來檢測物體的存在、估計物體的接近度和/或檢測物體的運(yùn)動。隨著諸如移動電話之類的電池驅(qū)動的手持設(shè)備的出現(xiàn)，這些傳感器的價值變得更加重要。例如，來自移動電話電池的大量能量被用來驅(qū)動顯示器，當(dāng)移動電話或其他設(shè)備到用戶的耳邊時(此時無論如何都無法看到顯示器)，關(guān)閉顯示器或 背光是有價值的。已將光學(xué)接近度傳感器用于這種場合以及許多其他應(yīng)用。對于其他示例，在許多其他的應(yīng)用中，利用光學(xué)接近度傳感器來檢測物體存在是有優(yōu)勢的。這些應(yīng)用范圍包括:感應(yīng)何時機(jī)器上的保護(hù)罩已被打開，紙張已正確地位于打印機(jī)中，或者操作員的手在運(yùn)轉(zhuǎn)中的機(jī)器附近處于危險中。光學(xué)接近度傳感器也可以被用作簡單的觸摸式開關(guān)或靠近接觸激活的開關(guān)，并可以實(shí)現(xiàn)在諸如這些的應(yīng)用中:具有塑料外殼的鍵盤或設(shè)備，該塑料外殼是密封的但允許來自光源的光透過其并由檢測器感應(yīng)到返程的光。從光源至檢測器的光一該光不是朝向目標(biāo)對象射出，而是直接從光源射至檢測器——降低了整個設(shè)備感測距離的能力。該光在封裝件內(nèi)基本在旁側(cè)傳播并被認(rèn)為是噪音或“光泄漏”，并且不包含信息。為了減少并優(yōu)選地防止光寫了，通常使用不透光的遮光板來隔離光源和光檢測器兩者。然而，遮光板增加了光學(xué)傳感器的復(fù)雜性、成本和尺寸。另外，遮光板常常是不完美的，這導(dǎo)致遮光板之下、之上和/或透過遮光板的光泄漏。光學(xué)傳感器經(jīng)常與玻璃或塑料或一些其他的保護(hù)性光透射材料的蓋板一起使用(例如設(shè)置在蓋板后面和/或由蓋板覆蓋)。例如，蓋板可以是覆蓋移動電話、便攜式音樂播放器或個人數(shù)據(jù)助理(PDA)的屏幕的玻璃，或者是覆蓋膝上計算機(jī)、上網(wǎng)本或平板式計算機(jī)的屏幕的塑料或玻璃。當(dāng)這樣的蓋板被放置在光學(xué)傳感器之上時，光學(xué)傳感器常常易受鏡面反射影響。由于鏡面反射本質(zhì)上是不包含任何信息的噪聲，因此鏡面反射同樣降低了整個設(shè)備感測接近度的能力。有鑒于此，希望補(bǔ)償從光源直接射至光檢測器的光以及鏡面反射和/或其他內(nèi)反射光。達(dá)成這些目的的傳統(tǒng)嘗試一般關(guān)聯(lián)于光學(xué)傳感器的機(jī)械/結(jié)構(gòu)設(shè)計的修改。另外，傳統(tǒng)的光學(xué)接近度傳感器不能同時檢測位于離光學(xué)傳感器多個距離上的多個物體。如果光學(xué)接近度傳感器包含這種能力，那將是有益的。本發(fā)明的內(nèi)容在以下詳細(xì)描述中，參考了構(gòu)成詳細(xì)描述的一部分并在其中作為解說示出若干具體實(shí)施例的附圖。應(yīng)當(dāng)理解，可采用其它實(shí)施例并且可作出機(jī)械和電子方面的改變。因此，不應(yīng)以限定的意義來理解以下詳細(xì)說明。在下面的描述中，將使用相同的數(shù)字或附圖標(biāo)記來貫穿全文地表示相同部件或要素。另外，附圖標(biāo)記的第一個數(shù)字標(biāo)識該附圖標(biāo)記首次出現(xiàn)的附圖。

圖1A示出一種示例性光學(xué)接近度傳感器102，它可以是用于檢測物體的存在、估計物體的接近度和/或檢測物體的運(yùn)動的接近度傳感器。光學(xué)傳感器102包括光檢測器114(也稱光電檢測器)、驅(qū)動器106、定時控制器108以及模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC) 116。驅(qū)動器106受從定時控制器108輸出的發(fā)射(TX)信號控制以選擇性地驅(qū)動光源104。光檢測器114產(chǎn)生一模擬信號(例如電流)，該模擬信號指示入射到光檢測器114上的光的強(qiáng)度。ADC將由光檢測器114產(chǎn)生的模擬信號(例如電流)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(例如N位信號)，該數(shù)字信號可用來檢測物體122的存在、接近度和/或運(yùn)動。光源104可以是例如一個或多個發(fā)光二極管(LED)或激光二極管，但不僅限于此。盡管在光學(xué)傳感器中經(jīng)常采用紅外(IR)光源，但由于人眼無法感知紅外光，因此光源可替代地產(chǎn)生其他波長的光。光檢測器可以是例如一個或多個光電二極管(ro)，但不僅限于此。

驅(qū)動器106大體圖示為包括電流源I1和開關(guān)S1，開關(guān)S1基于由定時控制器108輸出的發(fā)射(TX)信號選擇地閉合。當(dāng)開關(guān)S1閉合時，由電流源I1產(chǎn)生的電流被提供給光源104的陽極，由此選擇地使光射出。替代地，TX信號可選擇地使電流流過光源104，例如通過將開關(guān)S1和電流源I1耦合在光源104的陰極和低電壓軌(例如接地點(diǎn))之間，由此使光射出。在這種替代配置中，電流源可被稱為電流沉。處于光學(xué)傳感器的感測區(qū)域內(nèi)并且其接近度、存在和/或運(yùn)動由傳感器102檢測的物體由方框122表示。感測區(qū)域指的是在其中物體可由光學(xué)傳感器檢測的區(qū)域或面積。物體可能在感測區(qū)域之外，例如如果物體離光學(xué)傳感器過遠(yuǎn)；或者如果物體即使靠近光學(xué)傳感器但相對于傳感器定位在由光源發(fā)射的光不被反射回光檢測器的位置。不透光的遮光板110圖示為位于光源104和光檢測器114之間，以使光源與光檢測器隔離。然而，如前所述，遮光板常常是不完美的，這導(dǎo)致在遮光板之下、之上和/或透過遮光板的光泄漏。用來保護(hù)和/或遮掩光源104和光檢測器114的蓋板124可以是光學(xué)傳感器102的一部分或可以位于光學(xué)傳感器102外部(或接近光學(xué)傳感器102)。如前面提到的，該蓋板124可造成鏡面反射和/或其他內(nèi)反射。內(nèi)反射也可能源自包含在光學(xué)傳感器102內(nèi)的其他物理部件。為了這里描述的需要，蓋板124不被認(rèn)為是在光學(xué)傳感器的感測區(qū)之內(nèi)的物體，因?yàn)閮?yōu)選的是光學(xué)傳感器工作，好似蓋板124不存在一樣。蓋板124可以是例如覆蓋移動電話、便攜式音樂播放器、PDA、膝上計算機(jī)、上網(wǎng)本或平板式計算機(jī)的屏幕的一片玻璃、塑料或其他光透射材料，但不僅限于此。仍然參見圖1A，由光源104射出、被物體122反射并入射到光電檢測器114上的光由直線132表示。這種感興趣的反射光使光電檢測器114產(chǎn)生一信號(例如電流)，該信號可表示為K1*TX，其中Kl表示從物體122反射并入射到光檢測器114上的光的量級，而TX是二進(jìn)制值O或I。在圖1A中，大體不感興趣的光(至少對于檢測物體122的接近度、存在和/或運(yùn)動而言)由虛線134表示，并且大體不感興趣的光可以由鏡面反射和/或其他內(nèi)反射和/或在遮光板10之下、之上和/或透過遮光板110的光泄漏引起。這種大體不感興趣的光(至少對于檢測物體122的接近度、存在和/或運(yùn)動而言)通常應(yīng)當(dāng)被視為干擾光，并使光電檢測器114產(chǎn)生一信號(例如電流)，該信號可表示為Κ2*ΤΧ，其中Κ2指示入射到光檢測器114上的干擾光的量級，而TX是二進(jìn)制值O或I。該干擾光減小了光學(xué)傳感器102的動態(tài)范圍，這也減小了光學(xué)傳感器102的檢測范圍。作為這里使用的術(shù)語，干擾光不包括可來自太陽光、齒光、白熾光、突光等的環(huán)境光。如可從前面的描述知曉的那樣，光檢測器114 (例如光電二極管)產(chǎn)生一檢測信號(例如I 二《 )，該檢測信號可表示為I 二《S=K1*TX+K2*TX (暫且忽略環(huán)境光)。如前面描述的，關(guān)于檢測物體122的接近度、存在和/或運(yùn)動，K1*TX表示感興趣的光，而Κ2*ΤΧ表示干擾光。換句話說，由光檢測器產(chǎn)生的檢測信號(例如I二)包括感興趣的光和光兩者。檢測信號(例如I 二《胃)也可包括環(huán)境光，該環(huán)境光也是不感興趣的光(至少就檢測物體122的接近度、存在和/或運(yùn)動而言)。存在各種不同的技術(shù)用于減少和優(yōu)選地最小化環(huán)境光的影響，這里描述了其中的一些。然而，最初地，多數(shù)下面的描述不側(cè)重于環(huán)境光。圖1B用來示出在兩塊蓋板124a、124覆蓋光源和光檢測器的情況下可能發(fā)生額外的干擾。這可能發(fā)生在如下情形中:例如一塊蓋板(例如124a)是其中安裝有光學(xué)傳感器的智能電話的玻璃表面，而另一塊蓋板(例如124b)是光學(xué)傳感器封裝的一部分。在該例中，光檢測器114 (例如光電二極管)產(chǎn)生一檢測信號(例如I 二《胃)，該檢測信號可表不為I 二極管=K1*TX+K2*TX+K3*TX(暫且忽略環(huán)境光)。在圖1B中，附加的虛線136表示由蓋板124b產(chǎn)生的鏡面反射。下面討論的圖2示出在具有一塊蓋板124和越過該蓋板124的兩個物體122b、122c的情況下如何使用相似的公式來表達(dá)I 二極管。下面描述的本發(fā)明實(shí)施例為例如前面參照圖1A和圖1B描述的傳感器102的光學(xué)傳感器增設(shè)了回波消除器。如將在下文中更詳細(xì)描述的那樣，回波消除器被適配成產(chǎn)生一回波消除信號，該回波消除信號與(通過光檢測器產(chǎn)生的)檢測信號結(jié)合以產(chǎn)生一具有預(yù)定目標(biāo)量級的經(jīng)回波消除的檢測信號，該量級可以是零或其他一些值?；夭ㄏ靼ㄏ禂?shù)發(fā)生器，該系數(shù)發(fā)生器被適配成產(chǎn)生回波消除系數(shù)，該回波消除系數(shù)指示與光學(xué)傳感器的感測區(qū)域內(nèi)的一個或多個物體(如果有的話)的距離。傳感器，或更具體地說是包含該傳感器的系統(tǒng)，還可包括接近度檢測器，該接近度檢測器適配成基于由系數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生的回波消除系數(shù)來檢測與光學(xué)傳感器的感測區(qū)域內(nèi)的一個或多個物體的距離。
具體實(shí)施例方式圖2示出根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的光學(xué)傳感器202，該光學(xué)傳感器202使用回波消除技術(shù)來檢測在該光學(xué)傳感器202的感測區(qū)域內(nèi)的一個或多個物體的接近度。光學(xué)傳感器202包括光檢測器114 (也稱光電檢測器)、驅(qū)動器206、定時控制器208以及模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC) 216。光學(xué)傳感器202還包括回波消除器260，該回波消除器260圖示為包括系數(shù)發(fā)生器254以及延遲和乘法單元256。驅(qū)動器206受由定時控制器208輸出的發(fā)射(TX)信號控制以選擇性地驅(qū)動光源104。光檢測器114產(chǎn)生一模擬信號(例如電流1二《胃)，該模擬信號指示入射到光檢測器114上的光的強(qiáng)度和相位。ADC 216將由光檢測器114產(chǎn)生的模擬信號(例如電流)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(例如N位信號)，該數(shù)字信號被提供給回波消除器260的系數(shù)發(fā)生器254。由回波消除器260輸出的數(shù)字回波消除信號(包括數(shù)字積值Ztl, Z1……Zn)通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC) 242轉(zhuǎn)換成模擬回波消除信號帛)。系數(shù)發(fā)生器254的進(jìn)一步示例性細(xì)節(jié)示出于圖3。延遲和乘法單元256的進(jìn)一步示例性細(xì)節(jié)示出于圖4。仍然參見圖2，在高電平下，包括ADC 216、回波消除器260和DAC 242的反饋環(huán)用來調(diào)整由(回波消除器260的)系數(shù)發(fā)生器254產(chǎn)生的系數(shù)，直到產(chǎn)生使Iadc=I 二極胃-ΙΘ
O (或除零外的預(yù)定目標(biāo))的模擬回波消除信號I 為止，其中Iad。也可被稱為經(jīng)回波消除的檢測信號或換句話說，這些系數(shù)受反饋環(huán)調(diào)整，直到I二&為止(或直到I 二. ΙΘ&_+預(yù)定目標(biāo)值)。基于指示光脈沖的飛行時間(TOF)和相位的系數(shù)(例如Ctl, C1……Cm)，接近度檢測器塊270能檢測在光學(xué)傳感器202的感測區(qū)域內(nèi)的一個或多個物體的接近度。換句話說，由于這些系數(shù)提供指示被消除的回波(這些回波是源自光源104的反射光)經(jīng)過的距離的信息，因此可基于檢測到的反射光脈沖的相位和飛行時間來確定至一個或多個物體的距離。在多個物體落在光學(xué)傳感器的感測區(qū)域內(nèi)的情況下，可使用多個檢測到的反射的相位和對應(yīng)的多個飛行時間來同時檢測多個物體的存在、與多個物體的距離以及多個物體的運(yùn)動。查找表和/或算法可由接近度檢測器塊270使用來將系數(shù)值轉(zhuǎn)換成距離值。較為有利地，由于只要反射信號的量級高于系統(tǒng)噪聲底則計算出的飛行時間的值與反射的振幅無關(guān)，因此本發(fā)明的實(shí)施例·提供對從不同顏色和不同尺寸的物體反射的強(qiáng)健性。根據(jù)一個實(shí)施例，TX信號是I或O的偽隨機(jī)序列,這使發(fā)射出的光脈沖和反射的光具有該偽隨機(jī)序列。TX信號和光脈沖是偽隨機(jī)的益處在于，確保反饋環(huán)收斂。對于發(fā)射功率譜密度中的每個“音”，可檢測兩個系數(shù)或“兩個”物體。這是因?yàn)槊總€音具有兩個屬性，即振幅和相位。圖2的結(jié)構(gòu)可用來產(chǎn)生收斂至零的模擬回波消除的檢測信號(Iadc)。替代地，如果希望使模擬回波消除的檢測信號(Iadc)具有另外一些確定的目標(biāo)量級(即除零以外)，則可在ADC 216的輸出和系數(shù)發(fā)生器254的輸入之間引入求和器(在本例中也可被稱為減法器)，其中求和器用來從ADC 216的輸出中減去一偏移目標(biāo)量級值。這將使包含ADC 216、回波消除器260和DAC 242的反饋環(huán)調(diào)整由(回波發(fā)生器260的)系數(shù)發(fā)生器254產(chǎn)生的系數(shù)，直到產(chǎn)生使Iadc=I二極胃-1回波消除 預(yù)定目標(biāo)量級的模擬等效值的模擬回波消除信號I
回波消除。盡管DAC 242圖示為在圖2中的回波消除器260之外，然而DAC 242可實(shí)現(xiàn)為回波消除器260的一部分。類似地，盡管在圖2中ADC 216圖示為在回波消除器之外，然而ADC216可實(shí)現(xiàn)為回波消除器260的一部分。
歸結(jié)來說，驅(qū)動器206選擇性地驅(qū)動光源104。光檢測器114產(chǎn)生一檢測信號(I二《胃)，該檢測信號指示由光檢測器114檢測到的光的強(qiáng)度。由光檢測器114檢測到的光可包括由光源104射出并反射離開光學(xué)傳感器的感測區(qū)域內(nèi)的一個或多個物體的光。由光檢測器114檢測到的光也可包括干擾光，該干擾光包括由光源104射出并由光檢測器114檢測到的、不是反射離開光學(xué)傳感器的感測區(qū)域內(nèi)的物體的光?；夭ㄏ?60用來產(chǎn)生一回波消除信號該回波消除信號與由光檢測器114產(chǎn)生的檢測信號(I 二■)結(jié)合以產(chǎn)生一回波消除的檢測信號(Iadc)，該回波消除的檢測信號具有預(yù)定的目標(biāo)量級，可以是零或一些其他的值?；夭ㄏ?60的系數(shù)發(fā)生器254產(chǎn)生回波消除系數(shù)(Cc^C1……Cm)，這些回波消除系數(shù)表示與光學(xué)傳感器202的感測區(qū)域內(nèi)的一個或多個物體的距離。接近度檢測器270基于由系數(shù)發(fā)生器254產(chǎn)生的回波消除系數(shù)來檢測至光學(xué)傳感器202的感測區(qū)域內(nèi)的一個或多個物體的距離?？赏ㄟ^檢測與物體的距離的變化來檢測運(yùn)動。現(xiàn)在參見圖3，根據(jù)一個實(shí)施例，系數(shù)發(fā)生器254包括延遲線302，該延遲線302包括串聯(lián)地一個接一個連接的延遲單元304。延遲線302接收發(fā)射信號(TX)，并且每個延遲單元304產(chǎn)生不同延遲版本的發(fā)射信號(TX)，例如TX(n+l)、TX(n+2)……ΤΧ(η+Μ)，其中M是延遲線302中的延遲單元304的數(shù)目。系數(shù)發(fā)生器254還包括多個乘法器306，每個乘法器將(從圖2中的ADC 216輸出的)回波消除的檢測信號的數(shù)字版本乘以發(fā)射信號(TX)或由延遲單元304產(chǎn)生的發(fā)射信號的不同的延遲版本之一，由此產(chǎn)生多個相應(yīng)的積。另外，系數(shù)發(fā)生器254包括累加器310，每個累加器310接收由乘法器306產(chǎn)生的多個積中的不同的一個積(或使用比例因數(shù)u (例如U = 0.001)產(chǎn)生的其比例版本)，并輸出不同的一個回波消除系數(shù)(Ctl, C1……CM)。每個累加器310用來解除經(jīng)回波消除的檢測信號(Iade)與發(fā)送信號(TX)的延遲版本的相關(guān)。在反饋環(huán)收斂之后，存儲在累加器310中的終值與在不同時延處檢測到的反射的量級成比例，并因此依賴于在光學(xué)傳感器的感測范圍內(nèi)的物體的距離、尺寸和顏色。每個累加器310本質(zhì)上計算和存儲與一特定延遲處的反射的量級關(guān)聯(lián)的信息，由此特定累加器中的非零值的存在表示在其相關(guān)的時延處檢測到反射(其中時延指示往返行程T0F)?？墒褂枚鄠€累加器310中的非零系數(shù)的存在來檢測多個物體的存在以及與這些多個物體的距離。每個累加器可例如實(shí)現(xiàn)為數(shù)字積分器，或者可替代地實(shí)現(xiàn)為模擬積分器，但不局限于這兩種形式。如剛才解釋的，特定累加器310中的非零值的存在表示在其相關(guān)的時延處檢測到反射。例如，在累加器計算(Iadc*TX(n-5))的積分的情況下，累加器中的值表示在該模擬回波消除的檢測信號(Iad。)中存在多少個Tx(n-5)。如果在與五個時鐘周期延遲對應(yīng)的距離上存在大的反射，則相應(yīng)的回波消除系數(shù)(例如C5)也將很大，這表示在五個時鐘周期延遲的相位處存在一物體。每個累加器310充當(dāng)相關(guān)函數(shù)的積分器部分，其中相關(guān)是線性相關(guān)性的量度。當(dāng)回波消除的檢測信號(Iadc)已全部被回波消除時，在回波消除的檢測信號(Iadc)和任何延遲的發(fā)射光脈沖之間應(yīng)當(dāng)不存在相關(guān)。當(dāng)這種情況發(fā)生時，反饋環(huán)停止調(diào)整。最后，回波消除的檢測信號(Iad。)應(yīng)當(dāng)是“白的”并且不與任何之前的發(fā)射光脈沖相關(guān)，這意味著發(fā)射信號(TX)的所有延遲版本已在回波消除的檢測信號(Iadc)中被消除。例如，假設(shè)回波消除 系數(shù)(:5和(:6各自指示物體在與傳感器相隔五個和六個時鐘周期延遲(就往返行程TOF而言)對應(yīng)的距離上，這些系數(shù)也可用來識別何時物體在這兩個距離之間。例如，在系數(shù)C5和C6具有相等值的情況下，這表示物體在與離開傳感器五又二分之一個時鐘周期延遲對應(yīng)的距離上(即往返行程TOF等于5.5個時鐘周期)。又如，如果TOF對應(yīng)于5.8個時鐘周期，則與6個時鐘周期延遲對應(yīng)的C6處的系數(shù)應(yīng)當(dāng)顯著大于與5個時鐘周期延遲對應(yīng)的系數(shù)C5。根據(jù)一個實(shí)施例，距離檢測算法可使用經(jīng)加權(quán)的系數(shù)平均值來估算與物體的距離。繼續(xù)前面的例子，在系數(shù)C5和C6具有相等值的情況下，這也可替代地表示在與傳感器相隔五個時鐘周期延遲對應(yīng)的距離上存在物體，并且在與傳感器相隔六個時鐘周期延遲對應(yīng)的距離上進(jìn)一步存在物體。如果兩個物體沿相反方向或在不同速度下移動，可使用一算法在位于與系數(shù)對C5、C6間的數(shù)個時鐘周期延遲對應(yīng)的距離上的一個物體和在兩個不同距離上存在兩個獨(dú)立物體之間作出區(qū)別。現(xiàn)在參照圖4描述根據(jù)一個實(shí)施例的回波消除器260的延遲和乘法單元256的進(jìn)一步細(xì)節(jié)。參見圖4，延遲和乘法單元256包括延遲線402、乘法器406和求和器410。延遲線402包括串聯(lián)地一個接一個連接的延遲單元404。延遲線402接收發(fā)射信號(TX)，并且每個延遲單元404產(chǎn)生發(fā)射信號(TX)的不同延遲版本。由于延遲線402、302以相同方式工作并實(shí)現(xiàn)相同功能，因此一個延遲線可由系數(shù)發(fā)生器254以及延遲和乘法單元256共享，而不是具有兩個獨(dú)立的延遲線。每個乘法器406將通過系數(shù)發(fā)生器254產(chǎn)生的不同的一個回波消除系數(shù)(QC1……Cm)與發(fā)射信號(TX)或由延遲單元404產(chǎn)生的發(fā)射信號的不同的延遲版本之一相乘，由此產(chǎn)生多個相應(yīng)的積。求和器410對由乘法器406產(chǎn)生的積求和，并輸出由回波消除 器260輸出的數(shù)字回波消除信號(包括數(shù)字積值Ztl, Z1……Zn)，該信號由圖2中的DAC242轉(zhuǎn)換成模擬回波消除信號(I 。為了使反饋環(huán)收斂更快，在ADC 216具有DC偏置的情形下，可在圖3和圖4兩者中添加一附加的DC抽頭(該抽頭不接收TX(η)信號)，其中Cdc(n+1) =Cdc(n)+u*DATA(η) 0替代類型的DC校正也是可能的，并落在本發(fā)明的范圍內(nèi)。圖5用來示出回波消除器對玻璃和在不同距離的兩個物體的響應(yīng)。在該例中，系數(shù)CtlX3和C6分別對應(yīng)于玻璃124、物體122b和物體122c。每個非零系數(shù)標(biāo)識在一距離下的物體。在該例中，系數(shù)C3表示在射出后3ns檢測到的來自物體122b的反射；而系數(shù)C6表示在其出后6ns檢測到的來自物體122c的反射。基于飛行時間(TOF)，這意味著物體122b位于與接近度傳感器202相隔0.3米的位置，并且物體122c位于與接近度傳感器202相隔
0.6米的位置，就像通過接近度檢測器270確定的那樣。系數(shù)Ctl用來補(bǔ)償干擾光，所述干擾光包括但不僅限于來自玻璃124的鏡面反射。圖6A是示出圖1A的光學(xué)傳感器102的接近度計數(shù)相對于距離的示例性曲線圖，在該例中當(dāng)檢測接近度時不使用回波消除技術(shù)來補(bǔ)償干擾光。接近度計數(shù)代表ADC 116的輸出。圖6A中示出的偏移不利地影響(即減少)光學(xué)傳感器的有用范圍。偏移的程度依賴于干擾光的寬度。例如，如果光源和光檢測器之間的遮光板(例如110)不存在,則偏移最可能是最大值。圖6B是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的、當(dāng)檢測接近度時使用回波消除技術(shù)來補(bǔ)償干擾光(包括來自玻璃124的鏡面反射)的光學(xué)傳感器的接近度計數(shù)相對于距離的示例性曲線圖。相比圖6A，注意在圖6B中光學(xué)傳感器的有用范圍如何增加，正如檢測距離那樣。在某些實(shí)施例中，不是如圖6B所示地完全消除偏移，而是使用本發(fā)明的實(shí)施例來將偏移減小至一預(yù)定量(例如目標(biāo)偏移)，如前面討論的那樣。本發(fā)明的實(shí)施例可與用來補(bǔ)償環(huán)境光的技術(shù)一起使用。例如，ADC 116可以參照201年3月2日由Xijian Lin提交的題為“具有改善的環(huán)境光阻隔的接近度傳感器”的共同轉(zhuǎn)讓的美國專利申請N0.12/716，220(委托案號如』^^-01236”1)的圖5_6描述的方式實(shí)現(xiàn)，該文獻(xiàn)援引包含于此。作為附加或替代，可將光學(xué)IR阻隔濾光器設(shè)置在光檢測器114之上?？蓪⒃揑R阻隔濾光器引入到蓋板124之內(nèi)或之上，可低于或高于蓋板124，或可一體地形成為光檢測器114的一部分。本發(fā)明的各實(shí)施例的光學(xué)傳感器可以用于各種系統(tǒng)中，包括但不僅限于:移動電話、平板電腦、個人數(shù)據(jù)助理、膝上型計算機(jī)、上網(wǎng)本、其他手持式設(shè)備，以及非手持式設(shè)備。參考圖7的系統(tǒng)700，例如，光學(xué)傳感器202可用來控制子系統(tǒng)706 (例如，觸摸屏、顯示器、背光、虛擬滾輪、虛擬小鍵盤、導(dǎo)航板等等)是被啟用還是被禁用。例如，光學(xué)傳感器可檢測諸如人的手指之類的物體何時正在接近，并基于檢測而啟用(或者禁用)子系統(tǒng)706。更具體地，光學(xué)傳感器202的一個或多個輸出可被提供給比較器或處理器704，該比較器或處理器706可例如將光學(xué)傳感器的輸出與一個或多個閾值進(jìn)行比較，以確定物體是否處于應(yīng)該啟用(或禁用，取決于期望的是什么)子系統(tǒng)806的范圍內(nèi)?？墒褂枚鄠€閾值(例如，存儲的數(shù)字值)，基于檢測到的物體的接近度，可產(chǎn)生一個以上的可能響應(yīng)。例如，如果對象在第一接近度范圍內(nèi)， 則可以產(chǎn)生第一響應(yīng)，如果對象在第二接近度范圍內(nèi)，則可以產(chǎn)生第二響應(yīng)。示例性響應(yīng)可包括開始或停止，或啟用或禁用各種系統(tǒng)和/或子系統(tǒng)操作。圖8是用來概括根據(jù)本發(fā)明各個實(shí)施例的方法的高級流程圖。參見圖8，在步驟802，通過使用驅(qū)動器(例如206)和定時控制器(例如208)選擇性地驅(qū)動光源(例如104)來選擇性地傳輸光。在步驟804，例如使用光檢測器114來產(chǎn)生指示檢測光的強(qiáng)度的檢測信號。檢測信號可包括反射離開光學(xué)傳感器的感測區(qū)域內(nèi)的一個或多個物體并由光學(xué)傳感器檢測到的傳輸光。另外，檢測光可包括干擾光，該干擾光包括由光學(xué)傳感器檢測到的、但不是反射離開光學(xué)傳感器的感測區(qū)域內(nèi)的物體的傳輸光。如前面解釋的，干擾光可包括鏡面反射、其他內(nèi)反射和/或在將光檢測器與光源分隔的遮光板之下、之上和/或透過遮光板的光泄漏。在步驟806，產(chǎn)生回波消除信號，其中回波消除信號與檢測信號結(jié)合以產(chǎn)生具有預(yù)定目標(biāo)量級(可以為零)的回波消除的檢測信號。根據(jù)一個實(shí)施例，在步驟806產(chǎn)生回波消除信號包括產(chǎn)生回波消除系數(shù)，該回波消除系數(shù)表示與光學(xué)傳感器的感測區(qū)域內(nèi)的一個或多個物體的距離。該方法還可包括，在步驟808，基于回波消除系數(shù)檢測與光學(xué)傳感器的感測區(qū)域內(nèi)的一個或多個物體的距離。如前面描述的，回波消除信號補(bǔ)償由光學(xué)傳感器檢測到的干擾光的至少一部分并且指示作為光學(xué)傳感器的感測區(qū)域內(nèi)的一個或多個物體(如果有的話)。這些方法的附加細(xì)節(jié)可從前面對圖2-7的討論中看出。盡管上文描述了本發(fā)明的各實(shí)施例，但是，應(yīng)該理解，它們只是作為示例來呈現(xiàn)的，而不作為限制。對那些精通本技術(shù)的人員顯而易見的是，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對形式和細(xì)節(jié)進(jìn)行各種更改。本發(fā)明的寬度和范圍不應(yīng)該受到上面描述的示例性實(shí)施例中的任一個的限制，而只應(yīng)根據(jù)下面的權(quán)利要求和它們的等效物進(jìn)行定義。附圖簡沭圖1A和IB示出示例性光學(xué)接近度傳感器。圖2示出根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的光學(xué)傳感器202，該光學(xué)傳感器202使用回波消除技術(shù)來檢測在該光學(xué)傳感器的感測區(qū)域內(nèi)的一個或多個物體的接近度。
圖3示出根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的如圖2所示的回波消除器的系數(shù)發(fā)生器的進(jìn)一步細(xì)節(jié)。圖4示出根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的如圖2所示的回波消除器的延遲和乘法單元的
進(jìn)一步細(xì)節(jié)。圖5用來示出回波消除器對玻璃和在不同距離上的兩個物體的響應(yīng)。圖6A和6B是示出接近度計數(shù)相對于距離的示例性曲線圖，這些曲線圖用來闡述如何使用本發(fā)明的實(shí)施例來改善光學(xué)傳感器的可用范圍和檢測距離。圖7是根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的系統(tǒng)的高級方框圖。圖8是用來概括根據(jù)本發(fā)明各個實(shí)施例的方法的高級流程圖。附圖主要組件的附圖標(biāo)記一覽
權(quán)利要求
1.一種用來檢測光學(xué)傳感器的感測區(qū)域內(nèi)的物體的存在、接近度和/或運(yùn)動的光學(xué)傳感器，包括: 驅(qū)動器，所述驅(qū)動器適配成選擇性地驅(qū)動光源； 光檢測器，所述光檢測器適配成產(chǎn)生檢測信號，所述檢測信號指示由光檢測器檢測到的光的強(qiáng)度；以及 回波消除器，所述回波消除器適配成產(chǎn)生回波消除信號，該回波消除信號與通過光檢測器產(chǎn)生的檢測信號組合以產(chǎn)生具有可以為零的預(yù)定目標(biāo)量級的回波消除的檢測信號；其中，回波消除器包括系數(shù)發(fā)生器，所述系數(shù)發(fā)生器被適配成產(chǎn)生回波消除系數(shù)，所述回波消除系數(shù)指示與光學(xué)傳感器的感測區(qū)域內(nèi)的一個或多個物體(如果有的話)的距離。
2.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)傳感器，其特征在于，還包括: 接近度檢測器，所述接近度檢測器基于由系數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生的回波消除系數(shù)來檢測至光學(xué)傳感器的感測區(qū)域內(nèi)的一個或多個物體的距離。
3.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)傳感器，其特征在于: 由光檢測器檢測到 的光包括: 由所述光源射出并反射離開所述光學(xué)傳感器的感測區(qū)域內(nèi)的一個或多個物體的光，以及 干擾光，所述干擾光包括由光源射出并由光檢測器檢測到的不屬于反射離開所述光學(xué)傳感器的感測區(qū)域內(nèi)的物體的光；以及 所述回波消除信號補(bǔ)償由所述光檢測器檢測到的光內(nèi)的至少一部分干擾光并指示所述光學(xué)傳感器的感測區(qū)域內(nèi)的一個或多個物體(如果有的話)。
4.如權(quán)利要求3所述的光學(xué)傳感器，其特征在于，所述干擾光包括下列一個或多個: 鏡面反射； 內(nèi)反射；以及 在將所述光檢測器與所述光源隔離的遮光板之下、之上和/或透過所述遮光板的光泄漏。
5.如權(quán)利要求3所述的光學(xué)傳感器，其特征在于，還包括: 光透射蓋板，所述光透射蓋板覆蓋所述光檢測器和所述光源中的至少一個； 其中所述干擾光包括由光透射蓋板造成的鏡面反射。
6.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)傳感器，其特征在于，還包括: 定時控制器，所述定時控制器配置成產(chǎn)生用來控制所述驅(qū)動器和所述回波消除器的發(fā)射信號(TX)。
7.如權(quán)利要求6所述的光學(xué)傳感器，其特征在于，所述發(fā)射信號(TX)包括偽隨機(jī)二進(jìn)制序列。
8.如權(quán)利要求6所述的光學(xué)傳感器，其特征在于，還包括: 模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器將所述回波消除的檢測信號轉(zhuǎn)換成回波消除的檢測信號的數(shù)字版本，所述回波消除的檢測信號的數(shù)字版本被提供給系數(shù)發(fā)生器，其中所述ADC是所述回波消除器的一部分或在所述回波消除器外部。
9.如權(quán)利要求8所述的光學(xué)傳感器，其特征在于，所述系數(shù)發(fā)生器包括: 延遲線，所述延遲線包括串聯(lián)地一個接一個連接的多個延遲單元，其中所述延遲線接收所述發(fā)射信號(TX)，并且其中每個延遲單元產(chǎn)生所述發(fā)射信號(TX)的不同延遲版本；多個乘法器，每個乘法器被配置成將所述回波消除的檢測信號的數(shù)字版本與發(fā)射信號(TX)或由延遲單元產(chǎn)生的發(fā)射信號的不同的延遲版本之一相乘，由此產(chǎn)生多個相應(yīng)的積；以及 多個累加器，每個累加器接收由所述多個乘法器產(chǎn)生的多個積中的不同的一個積或其比例版本，并輸出第多個所述回波消除系數(shù)(QC1……Cm)中的不同的一個。
10.如權(quán)利要求6所述的光學(xué)傳感器，其特征在于，所述回波消除器還包括: 延遲線，所述延遲線包括串聯(lián)地一個接一個連接的多個延遲單元，其中所述延遲線接收所述發(fā)射信號(TX)，并且每個延遲單元產(chǎn)生所述發(fā)射信號(TX)的不同延遲版本； 多個乘法器，所述多個乘法器中的每一個配置成將通過系數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生的不同的一個回波消除系數(shù)(QC1……Cm)與所述發(fā)射信號(TX)相乘，或與由所述延遲單元產(chǎn)生的發(fā)射信號的不同的延遲版本之一相乘，由此產(chǎn)生多個相應(yīng)的積；以及 求和器，所述求和器配置成對通過所述多個乘法器產(chǎn)生的多個積進(jìn)行求和； 其中由所述求和器產(chǎn)生的和被提供給數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器將由所述求和器產(chǎn)生的和轉(zhuǎn)換成回波消除信號，所述回波消除信號與通過所述光檢測器產(chǎn)生的檢測信號結(jié)合以產(chǎn)生回波消除的檢測信號，其中所述DAC可以是所述回波消除器的一部分或位于所述回波消除器的外部。
11.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)傳感器，其特征在于，所述回波消除的檢測信號的預(yù)定目標(biāo)量級為零。
12.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)傳感器，其特征在于，所述回波消除的檢測信號的預(yù)定目標(biāo)量級為非零偏移值。·
13.一種用于光學(xué)傳感器的方法，包括: (a)選擇性地傳輸光； (b)產(chǎn)生指示檢測到的光的強(qiáng)度的檢測信號，所述檢測到的光包括: 傳輸光，所述傳輸光反射離開光學(xué)傳感器的感測區(qū)域內(nèi)的一個或多個物體并由所述光學(xué)傳感器檢測到，以及 干擾光，所述干擾光包括由所述光學(xué)傳感器檢測到的、但不是反射離開光學(xué)傳感器的感測區(qū)域內(nèi)的物體的傳輸光；以及 (C)產(chǎn)生回波消除信號，所述回波消除信號與所述檢測信號結(jié)合以產(chǎn)生具有可以為零的預(yù)定目標(biāo)量級的回波消除的檢測信號，其中產(chǎn)生所述回波消除信號的步驟包括: 產(chǎn)生指示與所述光學(xué)傳感器的感測區(qū)域內(nèi)的一個或多個物體的距離的回波消除系數(shù)。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，還包括: (d)基于所述回波消除系數(shù)檢測與所述光學(xué)傳感器的感測區(qū)域內(nèi)的一個或多個物體的距離。
15.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述回波消除信號補(bǔ)償由所述光學(xué)傳感器檢測到的干擾光的至少一部分并指示光學(xué)傳感器的感測區(qū)域內(nèi)的一個或多個物體(如果有的話)。
16.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，還包括: 產(chǎn)生發(fā)射信號(TX)，所述發(fā)射信號(TX)在步驟(a)用來控制光的選擇性發(fā)射并在步驟(C)用來產(chǎn)生所述回波消除信號。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，在步驟(c)產(chǎn)生所述回波消除系數(shù)包括: 產(chǎn)生所述發(fā)射信號(TX)的多個不同延遲版本； 將所述回波消除的檢測信號的數(shù)字版本與所述發(fā)射信號(TX)相乘，并與所述發(fā)射信號的多個不同延遲版本相乘，由此產(chǎn)生多個對應(yīng)的不同積；以及 分別地累加作為所述乘法的結(jié)果產(chǎn)生的不同積或其比例版本中的每一個，由此產(chǎn)生所述回波消除系數(shù)(QC1……CM)。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，還包括: (d)基于所述回波消除系數(shù)(Ctl, C1……Cm)檢測與所述光學(xué)傳感器的感測區(qū)域內(nèi)的一個或多個物體的距離。
19.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，在步驟(c)產(chǎn)生所述回波消除信號包括: 產(chǎn)生所述發(fā)射信號(TX)的多個不同的延遲版本； 將所述回波消除系數(shù)(QC1……Cm)中的每一個與所述發(fā)射信號(TX)相乘，或與所述發(fā)射信號的多個不同的延遲版本中的不同的一個延遲版本相乘，由此產(chǎn)生多個相應(yīng)的不同積； 對作為相乘結(jié)果而產(chǎn)生的多個積求和，由此產(chǎn)生一和；以及 將所述和轉(zhuǎn)換成模擬信號，所述模擬信號是所述回波消除信號。
20.—種系統(tǒng),包括: 光源；` 驅(qū)動器，所述驅(qū)動器適配成選擇性地驅(qū)動所述光源； 光檢測器，所述光檢測器適配成產(chǎn)生一檢測信號，所述檢測信號指示由光檢測器檢測到的光的強(qiáng)度；以及 回波消除器，所述回波消除器適配成產(chǎn)生回波消除信號，所述回波消除信號與通過光檢測器產(chǎn)生的檢測信號結(jié)合以產(chǎn)生回波消除的檢測信號，其中所述回波消除器包括: 系數(shù)發(fā)生器，所述系數(shù)發(fā)生器被適配成產(chǎn)生回波消除系數(shù)，所述回波消除系數(shù)指示與所述光學(xué)傳感器的感測區(qū)域內(nèi)的一個或多個物體的距離； 接近度檢測器，所述接近度檢測器基于由所述系數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生的回波消除系數(shù)來產(chǎn)生指示所述光學(xué)傳感器的感測區(qū)域內(nèi)的一個或多個物體的存在以及與所述一個或多個物體的距離的一個或多個輸出； 比較器或處理器，所述比較器或處理器配置成將所述光學(xué)傳感器的一個或多個輸出與一個或多個閾值進(jìn)行比較；以及 子系統(tǒng)，所述子系統(tǒng)基于由所述比較器或處理器執(zhí)行的一次或多次比較的結(jié)果受到控制。
21.如權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括: 模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器將所述回波消除的檢測信號轉(zhuǎn)換成所述回波消除的檢測信號的數(shù)字版本，所述回波消除的檢測信號的數(shù)字版本被提供給系數(shù)發(fā)生器，其中所述ADC是所述回波消除器的一部分或在所述回波消除器外部；以及 定時控制器，所述定時控制器配置成產(chǎn)生用來控制所述驅(qū)動器和所述回波消除器的發(fā)射信號(TX)。
22.如權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系數(shù)發(fā)生器包括: 延遲線，所述延遲線包括串聯(lián)地一個接一個連接的多個延遲單元，其中所述延遲線接收所述發(fā)射信號(TX)，并且每個延遲單元產(chǎn)生所述發(fā)射信號(TX)的不同延遲版本； 多個乘法器，所述多個乘法器中的每一個被配置成將所述回波消除的檢測信號的數(shù)字版本與發(fā)射信號(TX)或由延遲單元產(chǎn)生的發(fā)射信號的不同延遲版本之一相乘，由此產(chǎn)生相應(yīng)的積；以及 多個累加器，所述多個累加器中的每一個接收由 所述多個乘法器產(chǎn)生的多個積中的不同的一個積或其比例版本，并輸出多個所述回波消除系數(shù)(QC1……Cm)中的不同的一個。
23.如權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述回波消除器還包括: 延遲線，所述延遲線包括串聯(lián)地一個接一個連接的多個延遲單元，其中所述延遲線接收所述發(fā)射信號(TX)，并且每個延遲單元產(chǎn)生所述發(fā)射信號(TX)的不同延遲版本； 多個乘法器，所述多個乘法器中的每一個配置成將通過系數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生的不同的一個回波消除系數(shù)(QC1……Cm)與所述發(fā)射信號(TX)相乘，或與由所述延遲單元產(chǎn)生的發(fā)射信號的不同的延遲版本之一相乘，由此產(chǎn)生多個相應(yīng)的積；以及 求和器，所述求和器配置成對通過所述多個乘法器產(chǎn)生的多個積進(jìn)行求和； 其中由所述求和器產(chǎn)生的和被提供給數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器將由所述求和器產(chǎn)生的和轉(zhuǎn)換成回波消除信號，所述回波消除信號與通過所述光檢測器產(chǎn)生的檢測信號結(jié)合以產(chǎn)生回波消除的檢測信號，所述DAC可以是所述回波消除器的一部分或位于所述回波消除器的外部。
全文摘要
光學(xué)傳感器包括驅(qū)動器、光檢測器和回波消除器。驅(qū)動器被適配成選擇性地驅(qū)動光源。光檢測器被適配成產(chǎn)生一檢測信號，該檢測信號指示由光檢測器檢測到的光的強(qiáng)度?；夭ㄏ鬟m配成產(chǎn)生回波消除信號，該回波消除信號與通過光檢測器產(chǎn)生的檢測信號結(jié)合以產(chǎn)生具有預(yù)定目標(biāo)量級(例如零)的回波消除的檢測信號。回波消除器包括系數(shù)發(fā)生器，該系數(shù)發(fā)生器被適配成產(chǎn)生回波消除系數(shù)，該回波消除系數(shù)指示與光學(xué)傳感器的感測區(qū)域內(nèi)的一個或多個物體(如果有的話)的距離。該光學(xué)傳感器還包括接近度檢測器，該接近度檢測器基于由系數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生的回波消除系數(shù)來檢測與光學(xué)傳感器的感測區(qū)域內(nèi)的一個或多個物體的距離。
文檔編號G01S17/50GK103245938SQ20121024962
公開日2013年8月14日 申請日期2012年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月14日
發(fā)明者K·C·戴爾 申請人:英特賽爾美國有限公司