光學近接偵測器的制造方法
【專利說明】
[0001] 優(yōu)先權主張
[0002] 本申請案主張下列申請案的優(yōu)先權:
[0003] 2014年9月24日申請的美國非臨時專利申請案第14/495, 688號;
[0004] 2014年8月27日申請的美國臨時專利申請案第62/042, 661號;
[0005] 2014年2月14日申請的美國臨時專利申請案第61/940, 112號,及 [0006] 2013年11月27日申請的美國臨時專利申請案第61/909, 743號。
技術領域
[0007] 本發(fā)明的具體實例大體是關于光學近接偵測器、包括光學近接偵測器是系統(tǒng)及有 關方法。
【背景技術】
[0008] 光學近接偵測器(其也可被稱作光學近接傳感器或光學近接偵測傳感器)典型地 包括或使用光源及鄰近感旋光性光偵測器。此光學近接偵測器可用以基于自對象反射且 由光偵測器偵測的源自光源的光偵測對象的存在、估計對象的近接(例如,至對象之距離) 和/或偵測對象的運動。在此等偵測器具體用以偵測至對象的距離的情況下,其也可被稱 作光學距離偵測器或光學距離傳感器。在此等偵測器依賴于飛行時間(TOF)原理偵測至對 象的距離的情況下,其也可被稱作光學TOF傳感器、光學TOF近接傳感器、光學TOF近接偵 測器或類似的。隨著電池操作式手持型裝置(諸如,移動電話)的出現(xiàn),此等偵測器/傳感 器的價值已變得更重要。舉例而言,來自移動電話電池的相當大的量的能量用以驅動顯示 器,且在當將移動電話或其他裝置拿至用戶的耳邊時(在使用者的耳邊處,無論如何,其不 能被檢視)關斷顯示器或背光中存在價值。光學近接偵測器已用于此及許多其他應用。
[0009] 對于其他實例,在其中可有利地通過光學近接偵測器偵測對象的存在上有許多其 他應用。此等范圍自感測機械上已打開保護蓋、紙已經(jīng)正確地定位于打印機中或操作者的 手有危險地在操作機器附近的時間。也可將光學近接偵測器用作簡單觸碰或近觸碰啟動式 開關,且可將其實施于如鍵盤或具有經(jīng)密封但允許來自光源的光穿過且反過來由偵測器感 測的塑料外殼的裝置的應用中。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0010] 本發(fā)明描述的本發(fā)明的具體實例是有關光學近接偵測器、供其使用的方法,及包 括一光學近接偵測器的系統(tǒng)。此等光學近接偵測器包括一模擬前端及一數(shù)字后端。根據(jù)某 些具體實例,數(shù)字后端包括一動態(tài)增益及相位偏移校正器、一串擾校正器、一相位及量值計 算器及一靜態(tài)相位偏移校正器。該動態(tài)增益及相位偏移校正器校正歸因于溫度和/或操作 電壓位準的改變的模擬前端的增益及相位偏移的動態(tài)變化。該串擾校正器校正與模擬前端 相關聯(lián)的電和/或光學串擾。該相位及量值計算器取決于自模擬前端接收的數(shù)字同相及正 交相位信號的經(jīng)校正的版本計算相位值及量值。該靜態(tài)相位偏移校正器校正光學近接偵測 器的靜態(tài)相位偏移。
[0011] 具體的,本發(fā)明實施例提供一種光學近接偵測器,其包含:
[0012] -驅動器,其產(chǎn)生具有一載波頻率的用于驅動一光源的一驅動信號,以借此使該 光源發(fā)射具有該載波頻率的光;
[0013] 一光偵測器,其產(chǎn)生一光偵測信號,用以指示由該光源發(fā)射的該光中反射離開一 對象且入射于該光偵測器上的一部分的一量值及一相位;
[0014] 一模擬前端,其包括:
[0015] 放大電路,其接收該光偵測信號且輸出一經(jīng)振幅調(diào)整的光偵測信號;
[0016] -或多個模擬/數(shù)字轉換器(ADC),其用以:
[0017] 接收該經(jīng)振幅調(diào)整的光偵測信號,或自該經(jīng)振幅調(diào)整的光偵測信號產(chǎn)生的同相及 正交相位信號,且
[0018] 輸出一數(shù)字光偵測信號或數(shù)字同相及正交相位信號;及
[0019] 一數(shù)字后端,其包括一動態(tài)增益及相位偏移校正器,該動態(tài)增益及相位偏移校正 器在該光學近接偵測器的一操作模式期間用以:
[0020] 自該模擬前端接收該數(shù)字光偵測信號且自該數(shù)字光偵測信號產(chǎn)生數(shù)字同相及正 交相位信號,或自該模擬前端接收該數(shù)字同相及正交相位信號,
[0021] 校正由該模擬前端的一部分引起的增益及相位偏移的動態(tài)變化,及
[0022] 輸出經(jīng)動態(tài)增益及相位偏移校正的數(shù)字同相及正交相位信號。
[0023] 具體的,其進一步包含:
[0024] 一校準參考信號產(chǎn)生器,其產(chǎn)生一校準參考信號,該校準參考信號具有與由該驅 動器產(chǎn)生的該驅動信號相同的一相位且具有在該模擬前端的一動態(tài)范圍內(nèi)的一量值;
[0025] 其中在該光學近接偵測器的一校準模式期間:
[0026] 將由該校準參考信號產(chǎn)生器產(chǎn)生的該校準參考信號提供至該模擬前端;且
[0027] 該數(shù)字后端用以:
[0028] 判定對應于該數(shù)字同相及正交相位信號的一IQ向量的一實際量值及一實際相 位;
[0029] 判定該IQ向量的該實際量值與該IQ向量的一預期量值之間的一差,以便判定一 零相增益偏移;
[0030] 判定該IQ向量的該實際相位與該IQ向量的一預期相位之間的一差,以便判定一 零相相位偏移;及
[0031] 基于該零相增益偏移及該零相相位偏移,判定用于由該動態(tài)增益及相位偏移校正 器在該光學近接偵測器的該操作模式期間使用的一轉移函數(shù)。
[0032] 其中:該模擬前端的該部分包括該放大電路,針對該部分,該動態(tài)增益及相位偏移 校正器是校正增益及相位偏移的動態(tài)變化;
[0033] 該模擬前端的該放大電路包括一固定增益放大器,及位在該固定增益放大器下游 的一或多個可變增益放大器;且
[0034] 由該放大電路引起的增益及相位偏移的該動態(tài)變化是歸因于與該放大電路相關 聯(lián)的溫度或操作電壓中至少一個的動態(tài)變化。
[0035] 其中該動態(tài)增益及相位偏移校正器也校正該光源或該光偵測器中至少一個的增 益及相位偏移的動態(tài)變化。
[0036] 其中:該模擬前端的該部分具有一轉移函數(shù),針對該部分,該動態(tài)增益及相位偏移 校正器是校正增益及相位偏移的動態(tài)變化,該轉移函數(shù)包括對應于該模擬前端的該部分的 一標稱回應的一標稱部分及對應于該模擬前端的該部分的一動態(tài)增益偏移及一動態(tài)相位 偏移的一動態(tài)部分;且
[0037] 該動態(tài)增益及相位偏移校正器具有實質上等于該模擬前端的該部分的該轉移函 數(shù)中該動態(tài)部分的一反轉的一轉移函數(shù)。
[0038] 其中該數(shù)字后端也包括:
[0039] 一串擾校正器,其用以:
[0040]自該動態(tài)增益及相位偏移校正器接收該經(jīng)動態(tài)增益及相位偏移校正的數(shù)字同相 及正交相位信號,
[0041] 校正電串擾及光學串擾中的至少一個,及
[0042] 輸出經(jīng)串擾校正的數(shù)字同相及正交相位信號。
[0043] 其中該數(shù)字后端也包括:
[0044] 一相位及量值計算器,其取決于該經(jīng)串擾校正的數(shù)字同相及正交相位信號以判定 一相位值及一量值。
[0045] 其中該數(shù)字后端也包括:
[0046] -靜態(tài)相位偏移校正器,其用以:
[0047] 接收由該相位及量值計算器判定的該相位值,
[0048] 校正與該模擬前端相關聯(lián)的一靜態(tài)相位偏移,及
[0049] 輸出用以指示該光學近接偵測器與一對象之間的一距離的一經(jīng)校正的相位值,由 該驅動器驅動的一光源發(fā)射的光反射離開該對象且入射于該光偵測器上。
[0050] 其中該靜態(tài)相位偏移校正器也校正與該光源或該光偵測器中至少一個相關聯(lián)的 一靜態(tài)偏移。
[0051] 其中該數(shù)字后端也包括一增益調(diào)整控制器,其產(chǎn)生一增益調(diào)整信號,以調(diào)整該模 擬前端的該放大電路中的一或多個可變增益放大器的一增益。
[0052] 本發(fā)明實施例還提供一種用于由包括一模擬前端及一數(shù)字后端的一光學近接偵 測器使用的方法,該方法包含:
[0053] (a)產(chǎn)生具有一載波頻率的一驅動信號;
[0054] (b)通過該驅動信號驅動一光源,以借此使該光源發(fā)射具有該載波頻率的光;
[0055] (C)產(chǎn)生一模擬光偵測信號,用以指示由該光源發(fā)射的該光中反射離開一對象且 入射于一光偵測器上的一部分的一量值及一相位;
[0056] (d)使用該模擬前端的放大電路放大該模擬光偵測信號,以借此產(chǎn)生一經(jīng)振幅調(diào) 整的模擬光偵測信號;
[0057] (e)取決于該經(jīng)振幅調(diào)整的模擬光偵測信號以產(chǎn)生數(shù)字同相及正交相位信號;及
[0058] (f)校正由該模擬前端的一部分引起的增益及相位偏移的動態(tài)變化,以借此產(chǎn)生 經(jīng)動態(tài)增益及相位偏移校正的數(shù)字同相及正交相位信號。
[0059] 其中步驟(a)至(f)是在該光學近接偵測器的一操作模式期間執(zhí)行,且在該光學 近接偵測器的一校準模式期間進一步包含:
[0060] 產(chǎn)生具有與用于驅動該光源的該驅動信號相同的一相位的一校準參考信號;
[0061] 將該校準參考信號提供至該模擬前端;
[0062] 判定對應于自該模擬前端接收的數(shù)字同相及正交相位信號或其經(jīng)濾波版本的一 IQ向量的一實際量值及一實際相位;
[0063] 判定在該IQ向量的該實際量值與該IQ向量的一預期量值之間的一差,以便判定 一零相增益偏移;
[0064] 判定在該IQ向量的該實際相位與該IQ向量的一預期相位之間的一差,以便判定 一零相相位偏移;及
[0065] 基于該零相增益偏移及該零相相位偏移,以判定用于在該光學近接偵測器的該操 作模式期間校正增益及相位偏移的動態(tài)變化的一轉移函數(shù)。
[0066] 其中步驟(a)至(f)是在該光學近接偵測器的一操作模式期間執(zhí)行,且在該光學 近接偵測器的一校準模式期間進一步包含:
[0067] 使該光偵測器不回應自該光學近接偵測器外部入射于該光偵測器上的光;
[0068] 產(chǎn)生具有該載波頻率的該驅動信號;
[0069] 通過該驅動信號驅動該光源以借