專利名稱：近程傳感器及感測(cè)接近程度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)于一種近程傳感器及感測(cè)接近程度的方法。
背景技術(shù)：
在手機(jī)與手握裝置的應(yīng)用中，紅外線(IR)近程傳感器逐漸受到大眾歡迎。例如， 能夠使用傳感器來控制便攜式電子裝置的觸摸屏界面。當(dāng)諸如人的手指之類的物件靠近 時(shí)，傳感器便會(huì)檢測(cè)該物件。當(dāng)對(duì)象受到檢測(cè)時(shí)，觸摸屏界面等便可能會(huì)執(zhí)行諸如啟用或禁 用顯示器背光源的行為，顯示“虛擬滾輪”、導(dǎo)航臺(tái)或虛擬鍵盤等等。傳統(tǒng)的模擬輸出IR近程傳感器通常包含分立的構(gòu)件，包含一紅外線(IR)發(fā)光二 極管(LED)、一將IR LED導(dǎo)通與截止的開關(guān)、以及一 IR光電二極管(PD)。在正常操作期間， 開關(guān)會(huì)將電流輸送至IR LED。若有的話，從IR LED所發(fā)射出來的IR光線(或者至少一部 份的IR光線)將會(huì)被一對(duì)象所反射，并且被PD所接收。PD會(huì)將所反射的光線以及周遭環(huán) 境光線轉(zhuǎn)換成與光電二極管并聯(lián)連接的電阻器上所流動(dòng)的電流。模擬輸出是橫跨該電阻器 兩端的電壓。光電二極管所接收到的反射的IR光線的強(qiáng)度會(huì)以大約1/(4*X~2)的速率減 少，其中X為對(duì)象與PD之間的距離。然而，如同方才所說明的，由PD所接收的總IR光線同 樣也包含可能來自太陽光、鹵素?zé)?、白熾燈、熒光燈等等的周遭環(huán)境的IR光線。圖1A顯示 這些不同類型的光線的光譜。為了改善傳感器的信噪比，通常以相對(duì)較大的傳感器面積、并且以特殊的封裝來 制作傳統(tǒng)模擬輸出近程傳感器的PD，其具有其峰值在IR LED的發(fā)射波長處的窄帶通濾波 器。如此的IR PD典型光譜響應(yīng)顯示于圖1B。此外，為了改善信噪比，通常使用相對(duì)較高 的電流來驅(qū)動(dòng)IR LED，以發(fā)射出較強(qiáng)的IR光線信號(hào)。就手機(jī)與其它手握式裝置的應(yīng)用而 言，大尺寸傳感器面積、特殊封裝以及高電流的使用場(chǎng)合會(huì)使如此的傳統(tǒng)IR近程傳感器不 適用，或者至少不是最佳的。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，近程傳感器包含一驅(qū)動(dòng)器、一光電二極管(PD)以及一模 擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)。近程傳感器同樣也能夠包含一用以控制驅(qū)動(dòng)器的控制器。驅(qū)動(dòng)器 有所選擇地驅(qū)動(dòng)一光源，例如一種紅外線(IR)發(fā)光二極管(LED)。會(huì)產(chǎn)生用于表示由PD所 檢測(cè)的光線強(qiáng)度的電流信號(hào)的PD能夠檢測(cè)周遭環(huán)境的光線以及由光源所產(chǎn)生的從對(duì)象反 射的光線的強(qiáng)度。ADC會(huì)接收由PD所產(chǎn)生的電流信號(hào)的一個(gè)或多個(gè)部分。ADC會(huì)以補(bǔ)償PD
6所檢測(cè)到的周遭環(huán)境光線與所檢測(cè)到的周遭環(huán)境光線的瞬時(shí)變化的方式，產(chǎn)生一個(gè)或者多 個(gè)能夠用來評(píng)估對(duì)象到PD的接近程度的數(shù)字輸出。根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，一種在一個(gè)或者多個(gè)時(shí)間周期內(nèi)監(jiān)測(cè)對(duì)象的接近程度所 使用的方法包含檢測(cè)周遭環(huán)境的光線的強(qiáng)度以及由光源所產(chǎn)生的從對(duì)象反射的光線的強(qiáng) 度。在另一個(gè)或者多個(gè)時(shí)間周期內(nèi)，檢測(cè)周遭環(huán)境的光線的強(qiáng)度?；谒鶛z測(cè)到的強(qiáng)度，便 能夠產(chǎn)生用于表示所檢測(cè)到的由光源產(chǎn)生的從對(duì)象反射的光線強(qiáng)度的輸出，同時(shí)基本上消 除了周遭環(huán)境光線及其瞬時(shí)改變的影響。這種輸出能夠用來評(píng)估對(duì)象的接近程度。經(jīng)由以下所提的細(xì)節(jié)說明、附圖與權(quán)利要求書，本發(fā)明實(shí)施例的其它與可替代的 實(shí)施例以及特征、觀念與優(yōu)點(diǎn)將更為顯而易見。


圖1A顯示不同類型的光線的光譜。圖1B顯示紅外線(IR)光電二極管的示范性光譜響應(yīng)。圖2顯示根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的單塊低成本低功率IR近程傳感器與相應(yīng)可能 的時(shí)序圖。圖3顯示圖2近程傳感器的光電二極管(PD)的示范性光譜響應(yīng)。圖4顯示圖2根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的近程傳感器的模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)的 實(shí)現(xiàn)方式與相應(yīng)可能的時(shí)序圖。圖5顯示根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的單塊低成本低功率IR近程傳感器與相應(yīng)可 能的時(shí)序圖。圖6顯示根據(jù)本發(fā)明的另外一實(shí)施例的單塊低成本低功率IR近程傳感器與相應(yīng) 可能的時(shí)序圖。圖7顯示根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例能夠用來充當(dāng)圖6近程傳感器中的ADC的雙輸入 單輸出ADC。圖8顯示根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例能夠用來充當(dāng)圖6近程傳感器中的ADC的另一種 雙輸入單輸出ADC。圖9顯示根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的1-位模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)，其能夠使用于 圖8的ADC。圖10為根據(jù)本發(fā)明各種不同實(shí)施例用來總結(jié)判斷對(duì)象接近程度的各種不同方法 的高階流程圖。圖11為根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的系統(tǒng)高階方塊圖。
具體實(shí)施例方式圖2顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例包含一單塊芯片的單塊低成本且低功率的近程傳感 器200，所述單塊芯片包含一 CMOS集成光電二極管202、一模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)204、一 IR LED驅(qū)動(dòng)器206以及一時(shí)序控制器208。由時(shí)序控制器208所控制的IR LED驅(qū)動(dòng)器206 有所選擇地驅(qū)動(dòng)一外部IR LED 210。根據(jù)特定的實(shí)施例，光電二極管(PD)202是一種常規(guī) 的PN結(jié)二極管，不帶任何光譜濾波器。如此的PD的典型光譜響應(yīng)顯示于圖3。圖4顯示 ADC 204的某一種可能的實(shí)現(xiàn)方式，而更特別的是，一種電荷平衡的ADC 404。
圖2傳感器200的好處是通過提供光電流至數(shù)字輸出的直接轉(zhuǎn)換，在使用IR LED 驅(qū)動(dòng)器的輸出調(diào)制時(shí)，能夠以低偏置與高分辨率來處理相對(duì)較小的電流信號(hào)。根據(jù)本發(fā)明 的特定實(shí)施例，傳感器200的操作原理如下-在第一轉(zhuǎn)換時(shí)間的期間中，IRLED驅(qū)動(dòng)器206關(guān)閉(亦即，圖2中的開關(guān)SO為 斷開的)，并因而外部的IR LED 210亦截止(亦即，不產(chǎn)生任何的IR光線)。ADC 204的輸 出(DATA1)指示了(亦即，正比于)周遭環(huán)境的光線的強(qiáng)度；以及-在第二轉(zhuǎn)換時(shí)間的期間中，IRLED驅(qū)動(dòng)器206啟動(dòng)(亦即，開關(guān)SO為閉合的)， 并因而外部的IR LED 210導(dǎo)通(亦即，產(chǎn)生IR光線)。ADC 204的輸出(DATA2)表示(亦即，正比于)周遭環(huán)境光線的強(qiáng)度，并且從IR LED 210所接收到的IR光線會(huì)反射向PD，并且為的所檢測(cè)。所要注意的是，當(dāng)對(duì)象并非近 程于傳感器200，則基本上應(yīng)該不會(huì)有由IR LED 210所產(chǎn)生的IR光線會(huì)反射回到PD，并因 而在此一狀況的期間中，ADC 204的輸出(DATA2)將再次表示(亦即，正比于)周遭環(huán)境的 光線的強(qiáng)度。所以，較佳地配置IR LED 210與PD 202彼此的相對(duì)位置，致使沒有IR光線能 夠從IR LED 210直接行進(jìn)至PD 202，而PD 202應(yīng)該較佳地僅檢測(cè)來自LED 210已經(jīng)從對(duì) 象201反射而接近于傳感器200的光線。依照在此所使用的專有名詞，周遭環(huán)境光線指稱 背景光線，亦即已經(jīng)存在于不受IR LED 210所產(chǎn)生的光線影響的室內(nèi)或室外環(huán)境的光線。 如此的周遭環(huán)境光線包含寬廣范圍波長的輻射，包含IR波長。能夠儲(chǔ)存DATA1與DATA2數(shù)值(亦即，在可以是RAM、EPRAM、緩存器等等的存儲(chǔ) 器220中)，從而允許其相減(例如，通過一處理器230或者數(shù)字減法電路)。DATA1數(shù)值 表示周遭環(huán)境光線的強(qiáng)度(其可能起因于各種不同的光源，諸如圖1A所示者，并且能夠包 含可見光與IR光線兩者，如同從圖3所示的PD光譜所能夠察知的)。DATA2數(shù)值表示由 IR LED 210所產(chǎn)生的從對(duì)象反射并且被PD 202所檢測(cè)的周遭環(huán)境光線與IR光線兩者的 強(qiáng)度。例如，倘若第一與第二轉(zhuǎn)換時(shí)間并非是相等的持續(xù)時(shí)間，則該減法可以是一種加權(quán)減 法。如果周遭環(huán)境光線在第一與第二轉(zhuǎn)換時(shí)間的期間中并不改變，則DATA2-DATA1的減法 會(huì)導(dǎo)致一基本上僅與從IR LED所接收到的IR光線強(qiáng)度成比例的數(shù)值(亦即，周遭環(huán)境光 線的影響會(huì)被減掉)，此應(yīng)該會(huì)隨著對(duì)象逐漸接近傳感器200而增加，更具體的是較為靠近 PD 202。相反的是，隨著對(duì)象逐漸遠(yuǎn)離傳感器200，DATA2-DATA1的數(shù)值應(yīng)該會(huì)減小。所以， DATA2-DATA1的數(shù)值能夠用來評(píng)估對(duì)象的接近程度。如圖2的時(shí)序圖所示，來自ADC 204的DATA1與DATA2輸出會(huì)輪流交替。能夠決 定多個(gè)數(shù)值(從DATA2減去DATA1所產(chǎn)生的)，之后則將之相加(例如，使用積分器或累加 器，將之積分或者累加)，并且能夠使用已求和的數(shù)值來評(píng)估對(duì)象的接近程度。或者，能夠決 定多個(gè)數(shù)值(從DATA2減去DATA 1所產(chǎn)生的)，之后則將之平均，并且能夠使用該已平均的 數(shù)值來評(píng)估對(duì)象的接近程度。在另一實(shí)施例中，能夠?qū)⒍鄠€(gè)DATA1數(shù)值相加(例如，使用積 分器或累加器，將之積分或者累加)，藉以產(chǎn)生已求和的DATA1，并且能夠?qū)⒍鄠€(gè)DATA2數(shù)值 相加，藉以產(chǎn)生已求和的DATA2，而之后再將已求和的DATA2減去已求和的DATA1，藉以產(chǎn)生 能夠用來評(píng)估對(duì)象接近程度的數(shù)值。在另一實(shí)施例中，能夠?qū)⒍鄠€(gè)DATA1數(shù)值平均，藉以產(chǎn) 生已平均后的DATA1，并且能夠?qū)⒍鄠€(gè)DATA2數(shù)值平均，藉以產(chǎn)生已平均后的DATA2，而之后 再將已平均DATA2減去已平均DATA1，藉以產(chǎn)生能夠用來評(píng)估對(duì)象接近程度的數(shù)值。這只是 些許的范例，并不意謂限制之意。
由于ADC 204能夠提供足夠數(shù)目的數(shù)據(jù)位，因此只要在第一與第二轉(zhuǎn)換時(shí)間進(jìn)程 中周遭環(huán)境光線不改變，即使是當(dāng)存在有許多周遭環(huán)境光線時(shí)，圖2的實(shí)施例亦能夠提供 近程感測(cè)的高靈敏度。然而，在手機(jī)與手握式裝置的應(yīng)用中，環(huán)境的改變會(huì)相對(duì)較為快速， 導(dǎo)致周遭環(huán)境光線的瞬時(shí)改變。所要注意的是，對(duì)轉(zhuǎn)換時(shí)間與DATA數(shù)值進(jìn)行不同編號(hào)。換言之，可能的是，在第一 轉(zhuǎn)換時(shí)間的期間中，IR LED 210導(dǎo)通，而在第二轉(zhuǎn)換時(shí)間的期間中，IR LED 210截止。使 用此種編號(hào)方式，DATA1數(shù)值便能夠表示周遭環(huán)境光線與以及由IR LED 210所產(chǎn)生的從PD 202所反射與檢測(cè)的IR光線兩者的強(qiáng)度，而且DATA2表示周遭環(huán)境光線的強(qiáng)度。在此，能夠 使用DATA1-DATA2的數(shù)值來評(píng)估對(duì)象的接近程度。圖5顯示根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的單塊近程傳感器500。在此，使用兩個(gè)ADC 2041 與2042，并且以諸如50%的占空比來啟動(dòng)與關(guān)斷IR LED驅(qū)動(dòng)器206。每個(gè)啟動(dòng)時(shí)間皆包含 M個(gè)時(shí)鐘周期，其中的M為整數(shù)(1，2，3…)。根據(jù)時(shí)序圖，將光電二極管202的輸出電流切 換于兩ADC 2041與2042的輸入之間。就此種雙ADC的架構(gòu)以及這種開關(guān)時(shí)序結(jié)構(gòu)而言， 基本上消除了周遭環(huán)境光線改變的效應(yīng)。在此一實(shí)施例中，為了補(bǔ)償在兩ADC 2041與2042 之間會(huì)導(dǎo)致近程感測(cè)誤差的增益不匹配，能夠使用一種微調(diào)電路來改善增益的匹配。能夠 使用顯示于圖4中的電荷平衡ADC 404來實(shí)現(xiàn)兩ADC 2041與2042。圖6顯示根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的單塊近程傳感器600。在此，使用雙輸入單輸出 的ADC 604。在特定的實(shí)施例中，雙輸入單輸出ADC 604能夠包含雙積分器，其將會(huì)消弭微 調(diào)電路的任何需求。ADC 604的輸出基本上僅與從IRLED 210所發(fā)射的接收到的IR光線強(qiáng)度成比例(亦即，基本上消除了周遭環(huán)境光 線的效應(yīng))。圖7顯示雙輸入單輸出ADC 702的一實(shí)施例，其能夠用于圖6的ADC 604。圖8顯 示雙輸入單輸出ADC 804的另一實(shí)施例，其能夠用于圖6的ADC 604。除了圖7與8所示 之外，雙輸入單輸出ADC的其它實(shí)施例同樣也是可行的，并且在于本發(fā)明的范疇之內(nèi)。理想 上，操作于電流模式的雙輸入單輸出ADC將會(huì)實(shí)現(xiàn)以下的函數(shù)Data = ((Iin 1-Iin2)/Iref*2"N (1)在此，Data為ADC的數(shù)字輸出，N為ADC輸出的位的數(shù)目，Iref為參考電流，而Iinl 與Iin2則為雙電流輸入。參照?qǐng)D7，以兩個(gè)傳統(tǒng)的單輸入ADC(ADC 7041與ADC 7042)以及一數(shù)字減法電路 708，來實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的雙輸入單輸出ADC 702。其輸出能夠表示為Data = ((Iinl/Iref1-Iin2/Iref2)/*2"N (2)在此，Iinl與Iin2分別為ADC 7041與ADC 7042的輸入電流，而Iref 1與Iref2 則為ADC的參考電流。為了經(jīng)由方程式(2)實(shí)現(xiàn)方程式(1)所給定的函數(shù)，應(yīng)該使用微調(diào) 電路來實(shí)現(xiàn)增益匹配，亦即將Iref 1匹配于Iref。ADC的分辨率越高(亦即，輸出位的數(shù)目 越多)，實(shí)現(xiàn)如此的微調(diào)電路越加困難。以上所介紹過的圖4顯示ADC 7041與ADC 7042每個(gè)的某些典范細(xì)節(jié)，其中每個(gè) ADC皆是實(shí)現(xiàn)為一種依賴電荷平衡技術(shù)的傳統(tǒng)單輸入ADC 404。如圖4所示，每個(gè)ADC皆能 夠包含一積分器412、一比較器414、一 D型觸發(fā)器(dff) 416、以及一計(jì)數(shù)器418。就N位的 每次數(shù)據(jù)(亦即，模擬至數(shù)字)轉(zhuǎn)換而言，需要2~N個(gè)時(shí)鐘周期。在每個(gè)轉(zhuǎn)換時(shí)間的期間中，
9計(jì)數(shù)從dff 416開始的1的數(shù)目，并且針對(duì)每個(gè)相應(yīng)的1，將Tcl0ck*lref的電荷輸送至積 分器412。在此，Tclock為時(shí)鐘周期，而Iref則為參考電流。根據(jù)電荷守恒Iin*Tclock*2"N = Iref*Tclock*Data (3)在此，Iin為輸入電流，而Data為計(jì)數(shù)器的輸出。方程式的左邊代表通過輸入電流 從積分器所移除的總電荷，而右邊則代表通過參考電流輸送至積分器的總電荷。經(jīng)由(3)， 數(shù)字輸出能夠表示為Data = (Iin/Iref) *2"N (4)圖8顯示根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例用雙積分器所實(shí)現(xiàn)的雙輸入單輸出ADC804的架 構(gòu)。如上述，雙輸入ADC 804能夠用來實(shí)現(xiàn)圖6的雙輸入ADC 604。ADC 804實(shí)現(xiàn)(1)所給 定的函數(shù)，而同時(shí)減輕微調(diào)電路的任何需求。顯示ADC804包含一對(duì)積分器412A與412B、一 對(duì)比較器414A與414B、一對(duì)D型觸發(fā)器416A與416B、以及一增減計(jì)數(shù)器818。亦顯示ADC 404包含1位DAC 820以及時(shí)間延遲822。ADC 404說明于下。為簡(jiǎn)化而假設(shè)M = 1 -在SWITCH= H的期間中，則用以比較積分器412A輸出與偏壓電壓(vbias)的 比較器414A的輸出便會(huì)啟用。如果在頻率的下降邊緣，來自比較器414A輸出的一個(gè)1會(huì) 被dff 416A閉鎖，則2*Iref*Tcl0Ck的電荷便會(huì)輸送至積分器412A ；同時(shí)，通過增減計(jì)數(shù) 器818上數(shù)該1。-在SWITCH= L的期間中，則用以比較積分器412B輸出與相同偏壓電壓(vbias) 的比較器414B的輸出便會(huì)啟用。如果在頻率的下降邊緣，來自比較器414B輸出的一個(gè)1 會(huì)被dff 416B閉鎖，則2*Iref*Tcl0Ck的電荷便會(huì)輸送至積分器412B ；同時(shí)，通過增減計(jì) 數(shù)器818下數(shù)1。就每次的轉(zhuǎn)換而言，上數(shù)與下數(shù)的數(shù)目能夠表示為IinA*Tclock*2~(N+l) = (2*Iref)*Tclock*UP (5)IinB*Tclock*2"(N+l) = (2*Iref)*Tclock*D0WN (6)根據(jù)(5)與(6)，增減計(jì)數(shù)器818的輸出能夠表示為Data = UP-DOWN = (Iinl/Iref)*2"N_(Iin2/Iref)*2"N= ((Iin l-Iin2)/Iref)*2"N(7)根據(jù)實(shí)施例，能夠使用累加器來替代增減計(jì)數(shù)器818。圖9顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的1-位DAC (數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器)820的結(jié)構(gòu)，其會(huì)產(chǎn) 生三個(gè)輸出，并且有用于具有雙積分器的ADC架構(gòu)。CtrlA用來操控vbias與IoutA的輸出 之間的參考電流；CtrlB用來操控vbias與IoutB的輸出之間的參考電流。當(dāng)CtrlA = 1且 CtrlB = 0 時(shí)，則 Iref*2 的電流便會(huì)流至 IoutA。當(dāng) CtrlA = 0 且 CtrlB = 1 時(shí)，則 Iref*2 的電流便會(huì)流至IoutB。當(dāng)CtrlA = 0且CtrlB = 0時(shí)，則Iref*2的電流便會(huì)流至Vbias。 參照回到圖8，不會(huì)有CtrlA = 1且CtrlB = 1的狀況，亦即不會(huì)有區(qū)塊820所示的兩開關(guān) 皆閉合的狀況。再次參照?qǐng)D9，INVERTER-邏輯閘與接至CtrlA或CtrlB的兩互耦N0R邏輯 閘用來產(chǎn)生兩對(duì)重迭的頻率，藉以避免在操控期間中參考電流截止。三個(gè)0R-邏輯閘用來 匹配每對(duì)重迭頻率的時(shí)間延遲。1位的DAC 820其它可替代的配置為可行的，而且在于本發(fā) 明的范疇之內(nèi)。使用其它可替代的光源乃是在于本發(fā)明的范疇之內(nèi)，亦即除了 LED之外。例如，能 夠使用激光二極管來產(chǎn)生光線以替代LED。或者，能夠使用白熾燈來替代LED。此僅為某些范例，并不意謂限制之意。在以上說明的實(shí)施例中，說明光源(例如，LED 210)產(chǎn)生IR光 線。在其它可替代實(shí)施例中，受控的光源能夠產(chǎn)生可替代的光波長，例如而不受限于在可見 光譜中的光線(例如，藍(lán)、綠或紅光)。圖10的高階流程圖用來說明根據(jù)本發(fā)明各種實(shí)施例的各種不同方法，用以監(jiān)視 對(duì)象的接近程度。參照?qǐng)D10，在步驟1000，例如使用控制器及/或驅(qū)動(dòng)器來控制一光源。 例如，依照以上所說明的，能夠選擇性地將光源啟動(dòng)與關(guān)斷。在步驟1002，在一個(gè)或者多個(gè) 時(shí)間周期期間中，檢測(cè)周遭環(huán)境光線以及光源所產(chǎn)生的從對(duì)象反射的光線的強(qiáng)度。在步驟 1004，在一個(gè)或者多個(gè)其它的時(shí)間周期期間中，檢測(cè)周遭環(huán)境光線的強(qiáng)度，同時(shí)光源并不產(chǎn) 生光線。例如，依照以上所說明的，能夠使步驟1002的檢測(cè)時(shí)間周期與步驟1004的檢測(cè)時(shí) 間周期相互散置在一起。在步驟1006，基于步驟1002與1004所檢測(cè)到的強(qiáng)度，產(chǎn)生表示已 檢測(cè)到的由光源所產(chǎn)生的從對(duì)象反射的光線強(qiáng)度的輸出，所述輸出補(bǔ)償包含瞬時(shí)變化的周 遭環(huán)境光線。較佳的是，基本上消除了周遭環(huán)境光線的影響，致使周遭環(huán)境光線將不會(huì)影響 在步驟1008所能夠判斷的對(duì)象接近程度的評(píng)估。例如，在步驟1008，步驟1006所產(chǎn)生的輸 出能夠與某一或者更多的閾值相比較，藉以評(píng)估對(duì)象的接近程度。根據(jù)某些實(shí)施例，通過從 步驟1002所檢測(cè)到的強(qiáng)度減去步驟1004所檢測(cè)到的強(qiáng)度，便能夠在步驟1006產(chǎn)生輸出。 如此的減法可以是一種加權(quán)減法。根據(jù)特定實(shí)施例，依照以上所說明的，雙輸入單輸出的模 擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)用來產(chǎn)生用以評(píng)估對(duì)象接近程度的輸出，例如參照?qǐng)D6與8。本發(fā)明實(shí)施例的近程傳感器能夠使用于各種不同的系統(tǒng)，包含而不受限于手機(jī)與 手握式裝置。參照?qǐng)D11的系統(tǒng)1100，例如能夠使用近程傳感器(例如，200、500或600)來 控制子系統(tǒng)1106(例如，觸碰式屏幕、背光、虛擬滾輪、虛擬鍵盤、導(dǎo)航臺(tái)等等)是否要啟用 或者禁用。例如，近程傳感器能夠檢測(cè)諸如人的手指等對(duì)象何時(shí)靠近，以及基于該檢測(cè)，是 否要將子系統(tǒng)1106啟用(或禁用)。更特別是，能夠提供近程傳感器(例如，200、500或 600) 一個(gè)或者多個(gè)輸出給予一比較器或處理器1104，其能夠諸如比較近程傳感器的輸出 與一閾值，藉以判斷對(duì)象是否在于子系統(tǒng)1106應(yīng)該啟用(或者禁用，端視何者為所需而定) 的范圍內(nèi)。能夠使用多數(shù)的閾值，而且基于所檢測(cè)到的對(duì)象的接近程度，能夠發(fā)生超過一個(gè) 的可能響應(yīng)。例如，如果對(duì)象在于第一近程范圍之內(nèi)，則可能會(huì)發(fā)生第一種響應(yīng)，而如果對(duì) 象在于第二近程范圍之內(nèi)，則可能會(huì)發(fā)生第二種響應(yīng)。盡管于上已經(jīng)說明了本發(fā)明的各種不同實(shí)施例，然而應(yīng)該了解的是，已經(jīng)通過范 例而非限制地將的呈現(xiàn)。對(duì)熟知該項(xiàng)技術(shù)者明顯的是，能夠從事其中的型式與細(xì)節(jié)各種不 同的改變，而不違反本發(fā)明的精神與范疇。本發(fā)明的廣泛性與范疇?wèi)?yīng)該不受限于上述的典范實(shí)施例，而是應(yīng)該僅根據(jù)權(quán)利要 求書及其等效物來定義的。
權(quán)利要求
一種用于監(jiān)測(cè)對(duì)象的接近程度的方法，包含(a)控制一光源；(b)在一個(gè)或者多個(gè)時(shí)間周期的期間內(nèi)，檢測(cè)周遭環(huán)境的光線以及由光源所產(chǎn)生的從對(duì)象反射的光線這兩者的強(qiáng)度；(c)在另一個(gè)或者多個(gè)時(shí)間周期的期間內(nèi)，當(dāng)光源不產(chǎn)生光線時(shí)，檢測(cè)周遭環(huán)境光線的強(qiáng)度；以及(d)基于步驟(b)與(c)所檢測(cè)到的強(qiáng)度，產(chǎn)生一用于表示檢測(cè)到的由光源產(chǎn)生的從對(duì)象反射的光線的強(qiáng)度的輸出，并且所述輸出補(bǔ)償包含瞬時(shí)改變的周遭環(huán)境光線；其中所述輸出能夠用來評(píng)估對(duì)象的接近程度。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(b)包含在多個(gè)第一時(shí)間周期期間中檢測(cè)周遭環(huán)境光線以及由光源所產(chǎn)生的從 對(duì)象反射的光線這兩者的強(qiáng)度；以及步驟(c)包含在多個(gè)第二時(shí)間周期期間中檢測(cè)周遭環(huán)境光線的強(qiáng)度； 使步驟(b)的多個(gè)第一時(shí)間周期中的至少一些以及步驟(c)的多個(gè)第二時(shí)間周期中的 至少一些相互散置在一起。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中的步驟(d)包含通過從表示步驟(b)所檢測(cè)到的強(qiáng) 度的一個(gè)或多個(gè)數(shù)值中減掉表示步驟(c)所檢測(cè)到的強(qiáng)度的一個(gè)或多個(gè)數(shù)值來產(chǎn)生所述 輸出。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中的減法可以是一種加權(quán)的減法。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(d)包含基于步驟(b)所檢測(cè)到的強(qiáng)度，增加增減計(jì)數(shù)器或者累加器的計(jì)數(shù)數(shù)值；以及 基于步驟(c)所檢測(cè)到的強(qiáng)度，減少增減計(jì)數(shù)器或者累加器的計(jì)數(shù)數(shù)值； 其中在步驟(d)所產(chǎn)生的輸出是增減計(jì)數(shù)器或者累加器的輸出。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中的步驟(d)包含使用雙輸入單輸出模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換 器(ADC)來產(chǎn)生能夠用來評(píng)估對(duì)象的接近程度的輸出。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(a)包含在一個(gè)或更多的時(shí)間周期的期間內(nèi)產(chǎn)生紅外線(IR)光線； 步驟(b)包含在一個(gè)或更多的時(shí)間周期的期間內(nèi)檢測(cè)周遭環(huán)境光線以及從對(duì)象反射 的所產(chǎn)生的IR光線這兩者的強(qiáng)度；以及步驟(c)包含在一個(gè)或更多其它周期的期間內(nèi)檢測(cè)周遭環(huán)境光線的強(qiáng)度。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包含(e)比較步驟(d)所產(chǎn)生的輸出與一個(gè)或更多閾值，藉以評(píng)估對(duì)象的接近程度。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(a)包含選擇性地驅(qū)動(dòng)紅外線發(fā)光二極管(IR LED)；以及 步驟(b)包含在一光電二極管(PD)處檢測(cè)光線；其中在步驟(b)的一個(gè)或更多時(shí)間周期的期間內(nèi)，PD所檢測(cè)到的光線的強(qiáng)度表示周遭 環(huán)境光線以及由IR LED所產(chǎn)生的從對(duì)象反射的IR光線這兩者；以及其中在步驟(c)的一個(gè)或更多其它周期的期間內(nèi)，PD所檢測(cè)到的光線的強(qiáng)度表示周遭 環(huán)境光線的強(qiáng)度。
10.一種近程傳感器，包含一驅(qū)動(dòng)器，用以選擇性地驅(qū)動(dòng)一光源；一光電二極管(PD)，用于產(chǎn)生表示PD所檢測(cè)到的光線的強(qiáng)度的電流信號(hào)，該P(yáng)D能夠檢 測(cè)周遭環(huán)境光線且還能夠檢測(cè)由光源所產(chǎn)生的從對(duì)象反射的光線；以及一模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)，用于接收由PD所產(chǎn)生的電流信號(hào)的一個(gè)或者多個(gè)部分；其中的ADC以補(bǔ)償PD所檢測(cè)到的周遭環(huán)境光線以及所檢測(cè)到的周遭環(huán)境光線的瞬時(shí) 變化的方式來產(chǎn)生能夠用于評(píng)估對(duì)象到PD的接近程度的一個(gè)或者多個(gè)數(shù)字輸出。
11.如權(quán)利要求10所述的近程傳感器，其中當(dāng)驅(qū)動(dòng)器正驅(qū)動(dòng)光源時(shí)，ADC產(chǎn)生一個(gè)或者多個(gè)第一數(shù)字?jǐn)?shù)值，用于表示PD所檢測(cè)到 的周遭環(huán)境光線的強(qiáng)度以及由光源所產(chǎn)生的從對(duì)象反射且被PD檢測(cè)到的光線的強(qiáng)度；以 及當(dāng)驅(qū)動(dòng)器不驅(qū)動(dòng)光源時(shí)，ADC產(chǎn)生一個(gè)或者多個(gè)第二數(shù)字?jǐn)?shù)值，用于表示PD所檢測(cè)到 的周遭環(huán)境光線的強(qiáng)度。
12.如權(quán)利要求11所述的近程傳感器，其中第一與第二數(shù)字?jǐn)?shù)值之間的差異表示由光源所產(chǎn)生的從對(duì)象反射且被PD檢測(cè)到的光 線的強(qiáng)度；以及第一與第二數(shù)字?jǐn)?shù)值之間的差異能夠用來評(píng)估對(duì)象相對(duì)于PD的接近程度。
13.如權(quán)利要求10所述的近程傳感器，其中該ADC包含一雙輸入單輸出ADC ；ADC的第一輸入接收由PD所產(chǎn)生的電流信號(hào)中的一個(gè)或多個(gè)部分，用于表示PD所檢測(cè) 到的周遭環(huán)境光線的強(qiáng)度以及由光源所產(chǎn)生的從對(duì)象反射且被PD檢測(cè)到的光線的強(qiáng)度； 以及ADC的第二輸入接收由PD所產(chǎn)生的電流信號(hào)中的一個(gè)或多個(gè)另外的部分，用于表示PD 所檢測(cè)到的周遭環(huán)境光線的強(qiáng)度。
14.如權(quán)利要求13所述的近程傳感器，其中的雙輸入單輸出ADC包含一對(duì)積分器；一對(duì)比較器；以及一 1-位數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器(DAC)，其產(chǎn)生三個(gè)輸出，所述三個(gè)輸出包含供給所述積分 器之一的第一參考電流、供給所述積分器中的另一個(gè)的第二參考電流以及供給所述比較器 的參考電壓。
15.如權(quán)利要求13所述的近程傳感器，其中的雙輸入單輸出ADC包含選擇性地進(jìn)行上 數(shù)或下數(shù)的增減計(jì)數(shù)器，藉此在單輸出處產(chǎn)生表示由光源所產(chǎn)生的從對(duì)象反射且被PD檢 測(cè)到的光線的強(qiáng)度的數(shù)字?jǐn)?shù)值。
16.如權(quán)利要求10所述的近程傳感器，進(jìn)一步包含另一 ADC，用于接收由PD所產(chǎn)生的電流信號(hào)中的一個(gè)或多個(gè)另外的部分；開關(guān)；以及一控制器，用以控制驅(qū)動(dòng)器與開關(guān)；其中的控制器控制所述開關(guān)從而將PD所產(chǎn)生的電流信號(hào)中的多個(gè)部分引導(dǎo)至所述 ADC或所述另一 ADC ；其中的ADC產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)第一數(shù)字?jǐn)?shù)值，用于表示PD所檢測(cè)到的周遭環(huán)境光線的強(qiáng) 度以及由光源所產(chǎn)生的從對(duì)象反射且被PD檢測(cè)到的光線的強(qiáng)度；以及其中的另一 ADC產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)第二數(shù)字?jǐn)?shù)值，用于表示PD所檢測(cè)到的周遭環(huán)境光線 的強(qiáng)度。
17.如權(quán)利要求16所述的近程傳感器，其中第一與第二數(shù)字?jǐn)?shù)值之間的差異表示由光源所產(chǎn)生的從對(duì)象反射且被PD檢測(cè)到的光 線的強(qiáng)度；以及第一與第二數(shù)字?jǐn)?shù)值之間的差異能用來評(píng)估對(duì)象相對(duì)于PD的接近程度。
18.如權(quán)利要求10所述的近程傳感器，進(jìn)一步包含 一控制器，用以控制驅(qū)動(dòng)器。
19.如權(quán)利要求18所述的近程傳感器，其中的近程傳感器包含一單塊芯片，所述單塊 芯片包含驅(qū)動(dòng)器、控制器、PD與ADC。
20.如權(quán)利要求19所述的近程傳感器，其中的單塊芯片包含第一端子，配置用以連接至發(fā)光二極管或者激光二極管的一端子，致使驅(qū)動(dòng)器能夠選 擇性地驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管或者激光二極管。
21.如權(quán)利要求20所述的近程傳感器，其中的單塊芯片進(jìn)一步包含一輸出端子，配置用以輸出第一與第二數(shù)字?jǐn)?shù)值的交錯(cuò)流，其中第一與第二數(shù)字?jǐn)?shù)值 之間的差異能夠用來評(píng)估對(duì)象相對(duì)于PD的接近程度。
22.如權(quán)利要求20所述的近程傳感器，其中的單塊芯片進(jìn)一步包含一輸出端子，配置用以輸出用來評(píng)估對(duì)象相對(duì)于PD的接近程度的一個(gè)或多個(gè)數(shù)字?jǐn)?shù)值。
23.如權(quán)利要求20所述的近程傳感器，其中的單塊芯片進(jìn)一步包含第一輸出端子，配置用以輸出一個(gè)或多個(gè)第一數(shù)字?jǐn)?shù)值，用于表示PD所檢測(cè)到的周遭 環(huán)境光線的強(qiáng)度以及由光源所產(chǎn)生的從對(duì)象反射且被PD檢測(cè)到的光線的強(qiáng)度；以及第二輸出端子，配置用以輸出一個(gè)或多個(gè)第二數(shù)字?jǐn)?shù)值，用于表示PD所檢測(cè)到的周遭 環(huán)境光線的強(qiáng)度；其中第一與第二數(shù)字?jǐn)?shù)值之間的差異表示由光源所產(chǎn)生的從對(duì)象反射且被PD檢測(cè)到 的光線的強(qiáng)度；以及其中第一與第二數(shù)字?jǐn)?shù)值之間的差異能用來評(píng)估對(duì)象相對(duì)于PD的接近程度。
24.—種近程傳感器，包含一驅(qū)動(dòng)器，用以選擇性地驅(qū)動(dòng)一光源；一光電二極管(PD)，用于產(chǎn)生表示PD所檢測(cè)到的光線的強(qiáng)度的電流信號(hào)； 一模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)，包含第一輸入、第二輸入與一輸出； 一控制器，用以控制驅(qū)動(dòng)器且用以控制開關(guān)從而將PD所產(chǎn)生的電流信號(hào)中的多個(gè)部 分引導(dǎo)至ADC的第一輸入或第二輸入；其中的ADC包含增減計(jì)數(shù)器，用于基于供給第一與第二輸入的電流信號(hào)中的多個(gè)部分 來選擇性地進(jìn)行上數(shù)或者下數(shù)，藉此產(chǎn)生一計(jì)數(shù)數(shù)值，用于表示由光源所產(chǎn)生的從對(duì)象反 射且被PD檢測(cè)到的光線；以及其中在ADC的輸出處所提供的計(jì)數(shù)數(shù)值能用來評(píng)估對(duì)象到PD的接近程度。
25. —種近程傳感器，包含 一驅(qū)動(dòng)器，用以選擇性地驅(qū)動(dòng)一光源；一光電二極管(PD)，用于產(chǎn)生表示PD所檢測(cè)到的光線的強(qiáng)度的電流信號(hào)，該P(yáng)D能夠檢 測(cè)周遭環(huán)境光線且還能夠檢測(cè)由光源所產(chǎn)生的從對(duì)象反射的光線；以及一模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)，用于接收由PD所產(chǎn)生的電流信號(hào)中的一個(gè)或多個(gè)部分； 其中的ADC以補(bǔ)償PD所檢測(cè)到的周遭環(huán)境光線以及所檢測(cè)到的周遭環(huán)境光線的瞬時(shí) 變化的方式來產(chǎn)生用于表示對(duì)象到PD的接近程度的一個(gè)或者多個(gè)數(shù)字輸出；一比較器或處理器，用于接收所述一個(gè)或者多個(gè)數(shù)字輸出，并且基于表示對(duì)象到PD的 接近程度的一個(gè)或者多個(gè)數(shù)字信號(hào)來啟用或者禁用一子系統(tǒng)。
全文摘要
根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，近程傳感器包含驅(qū)動(dòng)器、光電二極管(PD)以及模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)。近程傳感器同樣也能夠包含用以控制驅(qū)動(dòng)器的控制器。驅(qū)動(dòng)器有所選擇地驅(qū)動(dòng)一光源，例如一種紅外線(IR)發(fā)光二極管(LED)。會(huì)產(chǎn)生指示由PD所檢測(cè)的光強(qiáng)度的電流信號(hào)的PD能夠檢測(cè)周遭環(huán)境的光線以及由光源所產(chǎn)生的從對(duì)象反射的光線。ADC會(huì)接收由PD所產(chǎn)生的電流信號(hào)的一個(gè)或多個(gè)部分。ADC會(huì)以補(bǔ)償PD所檢測(cè)到的周遭環(huán)境光線與所檢測(cè)到的周遭環(huán)境光線的瞬時(shí)變化的方式，產(chǎn)生一個(gè)或者多個(gè)能夠用來評(píng)估對(duì)象到PD的接近程度的數(shù)字輸出。
文檔編號(hào)G01B11/02GK101855512SQ200880116506
公開日2010年10月6日 申請(qǐng)日期2008年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月14日
發(fā)明者李忠, 林錫堅(jiān), 歐樂格·史戴修, 溫蒂·恩格, 菲利浦·J·班索 申請(qǐng)人:英特賽爾美國股份有限公司