CN103245938B - 使用回波消除技术来检测一个或多个物体的光学接近度传感器 - Google Patents

Abstract

光学传感器包括驱动器、光检测器和回波消除器。驱动器被适配成选择性地驱动光源。光检测器被适配成产生一检测信号，该检测信号指示由光检测器检测到的光的强度。回波消除器适配成产生回波消除信号，该回波消除信号与通过光检测器产生的检测信号结合以产生具有预定目标量级(例如零)的回波消除的检测信号。回波消除器包括系数发生器，该系数发生器被适配成产生回波消除系数，该回波消除系数指示与光学传感器的感测区域内的一个或多个物体(如果有的话)的距离。该光学传感器还包括接近度检测器，该接近度检测器基于由系数发生器产生的回波消除系数来检测与光学传感器的感测区域内的一个或多个物体的距离。

Description

使用回波消除技术来检测一个或多个物体的光学接近度传 感器

优先权声明

本申请要求下列优先权：

2012年2月14日提交的题为“OPTICAL PROXIMITY SENSORS USING ECHOCANCELLATION TECHNIQUES TO DETECT OBJECTS(使用回波消除技术来检测物体的光学接近度传感器)”的美国临时专利申请No.61/598,690；以及

2012年6月7日提交的题为“OPTICAL PROXIMITY SENSORS USING ECHOCANCELLATION TECHNIQUES TO DETECT ONE OR MORE OBJECTS(使用回波消除技术来检测一个或多个物体的光学接近度传感器)”的美国专利申请No.13/491,476。

本发明所涉及的技术领域

本申请涉及光学传感器，该光学传感器可用来检测光学传感器、包含这类传感器的系统的感测区域内的物体的存在、接近度和/或运动，以及用于检测物体的存在、接近度和/或运动的相关方法。

现有技术

例如光学接近度传感器的光学传感器通常包括光源和相邻的光敏光检测器。这类光学传感器可用来基于从光源产生的并从物体反射并由光检测器所检测到的光的量级来检测物体的存在、估计物体的接近度和/或检测物体的运动。随着诸如移动电话之类的电池驱动的手持设备的出现，这些传感器的价值变得更加重要。例如，来自移动电话电池的大量能量被用来驱动显示器，当移动电话或其他设备到用户的耳边时（此时无论如何都无法看到显示器），关闭显示器或背光是有价值的。已将光学接近度传感器用于这种场合以及许多其他应用。

对于其他示例，在许多其他的应用中，利用光学接近度传感器来检测物体存在是有优势的。这些应用范围包括：感应何时机器上的保护罩已被打开，纸张已正确地位于打印机中，或者操作员的手在运转中的机器附近处于危险中。光学接近度传感器也可以被用作简单的触摸式开关或靠近接触激活的开关，并可以实现在诸如这些的应用中：具有塑料外壳的键盘或设备，该塑料外壳是密封的但允许来自光源的光透过其并由检测器感应到返程的光。

从光源至检测器的光——该光不是朝向目标对象射出，而是直接从光源射至检测器——降低了整个设备感测距离的能力。该光在封装件内基本在旁侧传播并被认为是噪音或“光泄漏”，并且不包含信息。为了减少并优选地防止光写了，通常使用不透光的遮光板来隔离光源和光检测器两者。然而，遮光板增加了光学传感器的复杂性、成本和尺寸。另外，遮光板常常是不完美的，这导致遮光板之下、之上和/或透过遮光板的光泄漏。

光学传感器经常与玻璃或塑料或一些其他的保护性光透射材料的盖板一起使用(例如设置在盖板后面和/或由盖板覆盖)。例如，盖板可以是覆盖移动电话、便携式音乐播放器或个人数据助理(PDA)的屏幕的玻璃，或者是覆盖膝上计算机、上网本或平板式计算机的屏幕的塑料或玻璃。当这样的盖板被放置在光学传感器之上时，光学传感器常常易受镜面反射影响。由于镜面反射本质上是不包含任何信息的噪声，因此镜面反射同样降低了整个设备感测接近度的能力。

有鉴于此，希望补偿从光源直接射至光检测器的光以及镜面反射和/或其他内反射光。达成这些目的的传统尝试一般关联于光学传感器的机械/结构设计的修改。

另外，传统的光学接近度传感器不能同时检测位于离光学传感器多个距离上的多个物体。如果光学接近度传感器包含这种能力，那将是有益的。

本发明的内容

在以下详细描述中，参考了构成详细描述的一部分并在其中作为解说示出若干具体实施例的附图。应当理解，可采用其它实施例并且可作出机械和电子方面的改变。因此，不应以限定的意义来理解以下详细说明。在下面的描述中，将使用相同的数字或附图标记来贯穿全文地表示相同部件或要素。另外，附图标记的第一个数字标识该附图标记首次出现的附图。

图1A示出一种示例性光学接近度传感器102，它可以是用于检测物体的存在、估计物体的接近度和/或检测物体的运动的接近度传感器。光学传感器102包括光检测器114(也称光电检测器)、驱动器106、定时控制器108以及模数转换器(ADC)116。驱动器106受从定时控制器108输出的发射(TX)信号控制以选择性地驱动光源104。光检测器114产生一模拟信号(例如电流)，该模拟信号指示入射到光检测器114上的光的强度。ADC将由光检测器114产生的模拟信号(例如电流)转换成数字信号(例如N位信号)，该数字信号可用来检测物体122的存在、接近度和/或运动。光源104可以是例如一个或多个发光二极管(LED)或激光二极管，但不仅限于此。尽管在光学传感器中经常采用红外(IR)光源，但由于人眼无法感知红外光，因此光源可替代地产生其他波长的光。光检测器可以是例如一个或多个光电二极管(PD)，但不仅限于此。

驱动器106大体图示为包括电流源I₁和开关S₁，开关S₁基于由定时控制器108输出的发射(TX)信号选择地闭合。当开关S₁闭合时，由电流源I₁产生的电流被提供给光源104的阳极，由此选择地使光射出。替代地，TX信号可选择地使电流流过光源104，例如通过将开关S₁和电流源I₁耦合在光源104的阴极和低电压轨(例如接地点)之间，由此使光射出。在这种替代配置中，电流源可被称为电流沉。

处于光学传感器的感测区域内并且其接近度、存在和/或运动由传感器102检测的物体由方框122表示。感测区域指的是在其中物体可由光学传感器检测的区域或面积。物体可能在感测区域之外，例如如果物体离光学传感器过远；或者如果物体即使靠近光学传感器但相对于传感器定位在由光源发射的光不被反射回光检测器的位置。

不透光的遮光板110图示为位于光源104和光检测器114之间，以使光源与光检测器隔离。然而，如前所述，遮光板常常是不完美的，这导致在遮光板之下、之上和/或透过遮光板的光泄漏。用来保护和/或遮掩光源104和光检测器114的盖板124可以是光学传感器102的一部分或可以位于光学传感器102外部(或接近光学传感器102)。如前面提到的，该盖板124可造成镜面反射和/或其他内反射。内反射也可能源自包含在光学传感器102内的其他物理部件。为了这里描述的需要，盖板124不被认为是在光学传感器的感测区之内的物体，因为优选的是光学传感器工作，好似盖板124不存在一样。盖板124可以是例如覆盖移动电话、便携式音乐播放器、PDA、膝上计算机、上网本或平板式计算机的屏幕的一片玻璃、塑料或其他光透射材料，但不仅限于此。

仍然参见图1A，由光源104射出、被物体122反射并入射到光电检测器114上的光由直线132表示。这种感兴趣的反射光使光电检测器114产生一信号(例如电流)，该信号可表示为K1*TX，其中K1表示从物体122反射并入射到光检测器114上的光的量级，而TX是二进制值0或1。

在图1A中，大体不感兴趣的光(至少对于检测物体122的接近度、存在和/或运动而言)由虚线134表示，并且大体不感兴趣的光可以由镜面反射和/或其他内反射和/或在遮光板10之下、之上和/或透过遮光板110的光泄漏引起。这种大体不感兴趣的光(至少对于检测物体122的接近度、存在和/或运动而言)通常应当被视为干扰光，并使光电检测器114产生一信号(例如电流)，该信号可表示为K2*TX，其中K2指示入射到光检测器114上的干扰光的量级，而TX是二进制值0或1。该干扰光减小了光学传感器102的动态范围，这也减小了光学传感器102的检测范围。作为这里使用的术语，干扰光不包括可来自太阳光、卤光、白炽光、荧光等的环境光。

如可从前面的描述知晓的那样，光检测器114(例如光电二极管)产生一检测信号(例如I_二极管)，该检测信号可表示为I_二极管=K1*TX+K2*TX(暂且忽略环境光)。如前面描述的，关于检测物体122的接近度、存在和/或运动，K1*TX表示感兴趣的光，而K2*TX表示干扰光。换句话说，由光检测器产生的检测信号(例如I_二极管)包括感兴趣的光和光两者。检测信号(例如I_二极管)也可包括环境光，该环境光也是不感兴趣的光(至少就检测物体122的接近度、存在和/或运动而言)。存在各种不同的技术用于减少和优选地最小化环境光的影响，这里描述了其中的一些。然而，最初地，多数下面的描述不侧重于环境光。

图1B用来示出在两块盖板124a、124覆盖光源和光检测器的情况下可能发生额外的干扰。这可能发生在如下情形中：例如一块盖板(例如124a)是其中安装有光学传感器的智能电话的玻璃表面，而另一块盖板(例如124b)是光学传感器封装的一部分。在该例中，光检测器114(例如光电二极管)产生一检测信号(例如I_二极管)，该检测信号可表示为I_二极管=K1*TX+K2*TX+K3*TX(暂且忽略环境光)。在图1B中，附加的虚线136表示由盖板124b产生的镜面反射。下面讨论的图2示出在具有一块盖板124和越过该盖板124的两个物体122b、122c的情况下如何使用相似的公式来表达I二极管。

下面描述的本发明实施例为例如前面参照图1A和图1B描述的传感器102的光学传感器增设了回波消除器。如将在下文中更详细描述的那样，回波消除器被适配成产生一回波消除信号，该回波消除信号与(通过光检测器产生的)检测信号结合以产生一具有预定目标量级的经回波消除的检测信号，该量级可以是零或其他一些值。回波消除器包括系数发生器，该系数发生器被适配成产生回波消除系数，该回波消除系数指示与光学传感器的感测区域内的一个或多个物体(如果有的话)的距离。传感器，或更具体地说是包含该传感器的系统，还可包括接近度检测器，该接近度检测器适配成基于由系数发生器产生的回波消除系数来检测与光学传感器的感测区域内的一个或多个物体的距离。

具体实施方式

图2示出根据本发明一个实施例的光学传感器202，该光学传感器202使用回波消除技术来检测在该光学传感器202的感测区域内的一个或多个物体的接近度。光学传感器202包括光检测器114(也称光电检测器)、驱动器206、定时控制器208以及模数转换器(ADC)216。光学传感器202还包括回波消除器260，该回波消除器260图示为包括系数发生器254以及延迟和乘法单元256。

驱动器206受由定时控制器208输出的发射(TX)信号控制以选择性地驱动光源104。光检测器114产生一模拟信号(例如电流I_二极管)，该模拟信号指示入射到光检测器114上的光的强度和相位。ADC 216将由光检测器114产生的模拟信号(例如电流)转换成数字信号(例如N位信号)，该数字信号被提供给回波消除器260的系数发生器254。由回波消除器260输出的数字回波消除信号(包括数字积值Z₀，Z₁……Z_N)通过数模转换器(DAC)242转换成模拟回波消除信号(I_回波消除)。系数发生器254的进一步示例性细节示出于图3。延迟和乘法单元256的进一步示例性细节示出于图4。

仍然参见图2，在高电平下，包括ADC 216、回波消除器260和DAC 242的反馈环用来调整由(回波消除器260的)系数发生器254产生的系数，直到产生使I_adc=I_二极管–I_回波消除～0（或除零外的预定目标）的模拟回波消除信号I_回波消除为止，其中I_adc也可被称为经回波消除的检测信号或I_{经回波消除}。换句话说，这些系数受反馈环调整，直到I_二极管~I_回波消除为止(或直到I_二极管～I_回波消除+预定目标值)。基于指示光脉冲的飞行时间(TOF)和相位的系数(例如C₀,C₁……C_M)，接近度检测器块270能检测在光学传感器202的感测区域内的一个或多个物体的接近度。换句话说，由于这些系数提供指示被消除的回波(这些回波是源自光源104的反射光)经过的距离的信息，因此可基于检测到的反射光脉冲的相位和飞行时间来确定至一个或多个物体的距离。

在多个物体落在光学传感器的感测区域内的情况下，可使用多个检测到的反射的相位和对应的多个飞行时间来同时检测多个物体的存在、与多个物体的距离以及多个物体的运动。查找表和/或算法可由接近度检测器块270使用来将系数值转换成距离值。较为有利地，由于只要反射信号的量级高于系统噪声底则计算出的飞行时间的值与反射的振幅无关，因此本发明的实施例提供对从不同颜色和不同尺寸的物体反射的强健性。

根据一个实施例，TX信号是1或0的伪随机序列，这使发射出的光脉冲和反射的光具有该伪随机序列。TX信号和光脉冲是伪随机的益处在于，确保反馈环收敛。对于发射功率谱密度中的每个“音”，可检测两个系数或“两个”物体。这是因为每个音具有两个属性，即振幅和相位。

图2的结构可用来产生收敛至零的模拟回波消除的检测信号(I_adc)。替代地，如果希望使模拟回波消除的检测信号(I_adc)具有另外一些确定的目标量级(即除零以外)，则可在ADC 216的输出和系数发生器254的输入之间引入求和器(在本例中也可被称为减法器)，其中求和器用来从ADC 216的输出中减去一偏移目标量级值。这将使包含ADC 216、回波消除器260和DAC 242的反馈环调整由(回波发生器260的)系数发生器254产生的系数，直到产生使I_adc=I_二极管–I_回波消除～预定目标量级的模拟等效值的模拟回波消除信号I_回波消除为止。

尽管DAC 242图示为在图2中的回波消除器260之外，然而DAC 242可实现为回波消除器260的一部分。类似地，尽管在图2中ADC 216图示为在回波消除器之外，然而ADC 216可实现为回波消除器260的一部分。

归结来说，驱动器206选择性地驱动光源104。光检测器114产生一检测信号(I_二极管)，该检测信号指示由光检测器114检测到的光的强度。由光检测器114检测到的光可包括由光源104射出并反射离开光学传感器的感测区域内的一个或多个物体的光。由光检测器114检测到的光也可包括干扰光，该干扰光包括由光源104射出并由光检测器114检测到的、不是反射离开光学传感器的感测区域内的物体的光。回波消除器260用来产生一回波消除信号(I_回波消除)，该回波消除信号与由光检测器114产生的检测信号(I_二极管)结合以产生一回波消除的检测信号(I_adc)，该回波消除的检测信号具有预定的目标量级，可以是零或一些其他的值。回波消除器260的系数发生器254产生回波消除系数(C₀,C₁……C_M)，这些回波消除系数表示与光学传感器202的感测区域内的一个或多个物体的距离。接近度检测器270基于由系数发生器254产生的回波消除系数来检测至光学传感器202的感测区域内的一个或多个物体的距离。可通过检测与物体的距离的变化来检测运动。

现在参见图3，根据一个实施例，系数发生器254包括延迟线302，该延迟线302包括串联地一个接一个连接的延迟单元304。延迟线302接收发射信号(TX)，并且每个延迟单元304产生不同延迟版本的发射信号(TX)，例如TX(n+1)、TX(n+2)……TX(n+M)，其中M是延迟线302中的延迟单元304的数目。系数发生器254还包括多个乘法器306，每个乘法器将(从图2中的ADC 216输出的)回波消除的检测信号的数字版本乘以发射信号(TX)或由延迟单元304产生的发射信号的不同的延迟版本之一，由此产生多个相应的积。另外，系数发生器254包括累加器310，每个累加器310接收由乘法器306产生的多个积中的不同的一个积(或使用比例因数u(例如u＝0.001)产生的其比例版本)，并输出不同的一个回波消除系数(C₀,C₁……C_M)。

每个累加器310用来解除经回波消除的检测信号(I_adc)与发送信号(TX)的延迟版本的相关。在反馈环收敛之后，存储在累加器310中的终值与在不同时延处检测到的反射的量级成比例，并因此依赖于在光学传感器的感测范围内的物体的距离、尺寸和颜色。每个累加器310本质上计算和存储与一特定延迟处的反射的量级关联的信息，由此特定累加器中的非零值的存在表示在其相关的时延处检测到反射(其中时延指示往返行程TOF)。可使用多个累加器310中的非零系数的存在来检测多个物体的存在以及与这些多个物体的距离。每个累加器可例如实现为数字积分器，或者可替代地实现为模拟积分器，但不局限于这两种形式。

如刚才解释的，特定累加器310中的非零值的存在表示在其相关的时延处检测到反射。例如，在累加器计算(Iadc*Tx(n-5))的积分的情况下，累加器中的值表示在该模拟回波消除的检测信号(I_adc)中存在多少个Tx(n-5)。如果在与五个时钟周期延迟对应的距离上存在大的反射，则相应的回波消除系数(例如C₅)也将很大，这表示在五个时钟周期延迟的相位处存在一物体。每个累加器310充当相关函数的积分器部分，其中相关是线性相关性的量度。当回波消除的检测信号(I_adc)已全部被回波消除时，在回波消除的检测信号(I_adc)和任何延迟的发射光脉冲之间应当不存在相关。当这种情况发生时，反馈环停止调整。最后，回波消除的检测信号(I_adc)应当是“白的”并且不与任何之前的发射光脉冲相关，这意味着发射信号(TX)的所有延迟版本已在回波消除的检测信号(I_adc)中被消除。

例如，假设回波消除系数C₅和C₆各自指示物体在与传感器相隔五个和六个时钟周期延迟(就往返行程TOF而言)对应的距离上，这些系数也可用来识别何时物体在这两个距离之间。例如，在系数C₅和C₆具有相等值的情况下，这表示物体在与离开传感器五又二分之一个时钟周期延迟对应的距离上(即往返行程TOF等于5.5个时钟周期)。又如，如果TOF对应于5.8个时钟周期，则与6个时钟周期延迟对应的C₆处的系数应当显著大于与5个时钟周期延迟对应的系数C₅。根据一个实施例，距离检测算法可使用经加权的系数平均值来估算与物体的距离。继续前面的例子，在系数C₅和C₆具有相等值的情况下，这也可替代地表示在与传感器相隔五个时钟周期延迟对应的距离上存在物体，并且在与传感器相隔六个时钟周期延迟对应的距离上进一步存在物体。如果两个物体沿相反方向或在不同速度下移动，可使用一算法在位于与系数对C₅、C₆间的数个时钟周期延迟对应的距离上的一个物体和在两个不同距离上存在两个独立物体之间作出区别。

现在参照图4描述根据一个实施例的回波消除器260的延迟和乘法单元256的进一步细节。参见图4，延迟和乘法单元256包括延迟线402、乘法器406和求和器410。延迟线402包括串联地一个接一个连接的延迟单元404。延迟线402接收发射信号(TX)，并且每个延迟单元404产生发射信号(TX)的不同延迟版本。由于延迟线402、302以相同方式工作并实现相同功能，因此一个延迟线可由系数发生器254以及延迟和乘法单元256共享，而不是具有两个独立的延迟线。每个乘法器406将通过系数发生器254产生的不同的一个回波消除系数(C₀,C₁……C_M)与发射信号(TX)或由延迟单元404产生的发射信号的不同的延迟版本之一相乘，由此产生多个相应的积。求和器410对由乘法器406产生的积求和，并输出由回波消除器260输出的数字回波消除信号(包括数字积值Z₀,Z₁……Z_N)，该信号由图2中的DAC242转换成模拟回波消除信号(I_回波消除)。

为了使反馈环收敛更快，在ADC 216具有DC偏置的情形下，可在图3和图4两者中添加一附加的DC抽头(该抽头不接收TX(n)信号)，其中C_DC(n+1)=C_DC(n)+u*DATA(n)。替代类型的DC校正也是可能的，并落在本发明的范围内。

图5用来示出回波消除器对玻璃和在不同距离的两个物体的响应。在该例中，系数C₀、C₃和C₆分别对应于玻璃124、物体122b和物体122c。每个非零系数标识在一距离下的物体。在该例中，系数C₃表示在射出后3ns检测到的来自物体122b的反射；而系数C₆表示在其出后6ns检测到的来自物体122c的反射。基于飞行时间(TOF)，这意味着物体122b位于与接近度传感器202相隔0.3米的位置，并且物体122c位于与接近度传感器202相隔0.6米的位置，就像通过接近度检测器270确定的那样。系数C₀用来补偿干扰光，所述干扰光包括但不仅限于来自玻璃124的镜面反射。

图6A是示出图1A的光学传感器102的接近度计数相对于距离的示例性曲线图，在该例中当检测接近度时不使用回波消除技术来补偿干扰光。接近度计数代表ADC 116的输出。图6A中示出的偏移不利地影响(即减少)光学传感器的有用范围。偏移的程度依赖于干扰光的宽度。例如，如果光源和光检测器之间的遮光板(例如110)不存在，则偏移最可能是最大值。图6B是示出根据本发明实施例的、当检测接近度时使用回波消除技术来补偿干扰光(包括来自玻璃124的镜面反射)的光学传感器的接近度计数相对于距离的示例性曲线图。相比图6A，注意在图6B中光学传感器的有用范围如何增加，正如检测距离那样。在某些实施例中，不是如图6B所示地完全消除偏移，而是使用本发明的实施例来将偏移减小至一预定量(例如目标偏移)，如前面讨论的那样。

本发明的实施例可与用来补偿环境光的技术一起使用。例如，ADC 116可以参照201年3月2日由Xijian Lin提交的题为“具有改善的环境光阻隔的接近度传感器”的共同转让的美国专利申请No.12/716,220(委托案号No.ELAN-01236US1)的图5-6描述的方式实现，该文献援引包含于此。作为附加或替代，可将光学IR阻隔滤光器设置在光检测器114之上。可将该IR阻隔滤光器引入到盖板124之内或之上，可低于或高于盖板124，或可一体地形成为光检测器114的一部分。

本发明的各实施例的光学传感器可以用于各种系统中，包括但不仅限于：移动电话、平板电脑、个人数据助理、膝上型计算机、上网本、其他手持式设备，以及非手持式设备。参考图7的系统700，例如，光学传感器202可用来控制子系统706（例如，触摸屏、显示器、背光、虚拟滚轮、虚拟小键盘、导航板等等）是被启用还是被禁用。例如，光学传感器可检测诸如人的手指之类的物体何时正在接近，并基于检测而启用（或者禁用）子系统706。更具体地，光学传感器202的一个或多个输出可被提供给比较器或处理器704，该比较器或处理器706可例如将光学传感器的输出与一个或多个阈值进行比较，以确定物体是否处于应该启用（或禁用，取决于期望的是什么）子系统806的范围内。可使用多个阈值（例如，存储的数字值），基于检测到的物体的接近度，可产生一个以上的可能响应。例如，如果对象在第一接近度范围内，则可以产生第一响应，如果对象在第二接近度范围内，则可以产生第二响应。示例性响应可包括开始或停止，或启用或禁用各种系统和/或子系统操作。

图8是用来概括根据本发明各个实施例的方法的高级流程图。参见图8，在步骤802，通过使用驱动器(例如206)和定时控制器(例如208)选择性地驱动光源(例如104)来选择性地传输光。在步骤804，例如使用光检测器114来产生指示检测光的强度的检测信号。检测信号可包括反射离开光学传感器的感测区域内的一个或多个物体并由光学传感器检测到的传输光。另外，检测光可包括干扰光，该干扰光包括由光学传感器检测到的、但不是反射离开光学传感器的感测区域内的物体的传输光。如前面解释的，干扰光可包括镜面反射、其他内反射和/或在将光检测器与光源分隔的遮光板之下、之上和/或透过遮光板的光泄漏。在步骤806，产生回波消除信号，其中回波消除信号与检测信号结合以产生具有预定目标量级(可以为零)的回波消除的检测信号。根据一个实施例，在步骤806产生回波消除信号包括产生回波消除系数，该回波消除系数表示与光学传感器的感测区域内的一个或多个物体的距离。该方法还可包括，在步骤808，基于回波消除系数检测与光学传感器的感测区域内的一个或多个物体的距离。如前面描述的，回波消除信号补偿由光学传感器检测到的干扰光的至少一部分并且指示作为光学传感器的感测区域内的一个或多个物体(如果有的话)。这些方法的附加细节可从前面对图2-7的讨论中看出。

尽管上文描述了本发明的各实施例，但是，应该理解，它们只是作为示例来呈现的，而不作为限制。对那些精通本技术的人员显而易见的是，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以对形式和细节进行各种更改。

本发明的宽度和范围不应该受到上面描述的示例性实施例中的任一个的限制，而只应根据下面的权利要求和它们的等效物进行定义。

附图简述

图1A和1B示出示例性光学接近度传感器。

图2示出根据本发明一个实施例的光学传感器202，该光学传感器202使用回波消除技术来检测在该光学传感器的感测区域内的一个或多个物体的接近度。

图3示出根据本发明一个实施例的如图2所示的回波消除器的系数发生器的进一步细节。

图4示出根据本发明一个实施例的如图2所示的回波消除器的延迟和乘法单元的进一步细节。

图5用来示出回波消除器对玻璃和在不同距离上的两个物体的响应。

图6A和6B是示出接近度计数相对于距离的示例性曲线图，这些曲线图用来阐述如何使用本发明的实施例来改善光学传感器的可用范围和检测距离。

图7是根据本发明的一个实施例的系统的高级方框图。

图8是用来概括根据本发明各个实施例的方法的高级流程图。

附图主要组件的附图标记一览

Claims (26)

1.一种用来检测光学传感器的感测区域内的物体的存在、接近度和/或运动的光学传感器，包括：

驱动器，所述驱动器适配成选择性地驱动光源；

光检测器，所述光检测器适配成产生检测信号，所述检测信号指示由光检测器检测到的光的强度；

回波消除器，所述回波消除器适配成产生回波消除信号，该回波消除信号与通过光检测器产生的检测信号组合以产生回波消除的检测信号，回波消除器包括系数发生器，所述系数发生器被适配成产生回波消除系数，所述回波消除系数指示与光学传感器的感测区域内的一个或多个物体，如果有的话，的距离；以及

模数转换器(ADC)，所述模数转换器将所述回波消除的检测信号转换成回波消除的检测信号的数字版本，所述回波消除的检测信号的数字版本被提供给系数发生器，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。

2.如权利要求1所述的光学传感器，其特征在于，还包括：

接近度检测器，所述接近度检测器基于由系数发生器产生的回波消除系数来检测至光学传感器的感测区域内的一个或多个物体的距离。

3.如权利要求1所述的光学传感器，其特征在于：

由光检测器检测到的光包括：

由所述光源射出并反射离开所述光学传感器的感测区域内的一个或多个物体的光，以及

干扰光，所述干扰光包括由光源射出并由光检测器检测到的不属于反射离开所述光学传感器的感测区域内的物体的光；

以及

所述回波消除信号补偿由所述光检测器检测到的光内的至少一部分干扰光并指示所述光学传感器的感测区域内的一个或多个物体，如果有的话。

4.如权利要求3所述的光学传感器，其特征在于，所述干扰光包括下列一个或多个：

镜面反射；

内反射；或

在将所述光检测器与所述光源隔离的遮光板之下、之上和/或透过所述遮光板的光泄漏。

5.如权利要求3所述的光学传感器，其特征在于，还包括：

光透射盖板，所述光透射盖板覆盖所述光检测器和所述光源中的至少一个；

其中所述干扰光包括由光透射盖板造成的镜面反射。

6.如权利要求1所述的光学传感器，其特征在于，还包括：

定时控制器，所述定时控制器配置成产生用来控制所述驱动器和所述回波消除器的发射信号(TX)。

7.如权利要求6所述的光学传感器，其特征在于，所述发射信号(TX)包括伪随机二进制序列。

8.如权利要求6所述的光学传感器，其特征在于，所述系数发生器包括：

延迟线，所述延迟线包括串联地一个接一个连接的多个延迟单元，其中所述延迟线接收所述发射信号(TX)，并且其中每个延迟单元产生所述发射信号(TX)的不同延迟版本；

多个乘法器，每个乘法器被配置成将所述回波消除的检测信号的数字版本与发射信号(TX)或由延迟单元产生的发射信号的不同的延迟版本之一相乘，由此产生多个相应的积；以及

多个累加器，每个累加器接收由所述多个乘法器产生的多个积中的不同的一个积或其比例版本，并输出第多个所述回波消除系数(C₀,C₁……C_M)中的不同的一个。

9.如权利要求1所述的光学传感器，其特征在于，所述回波消除的检测信号具有预定目标量级。

10.如权利要求9所述的光学传感器，其特征在于，所述回波消除的检测信号的预定目标量级为零。

11.如权利要求9所述的光学传感器，其特征在于，所述回波消除的检测信号的预定目标量级为非零偏移值。

12.一种用来检测光学传感器的感测区域内的物体的存在、接近度和/或运动的光学传感器，包括：

驱动器，所述驱动器适配成选择性地驱动光源；

光检测器，所述光检测器适配成产生检测信号，所述检测信号指示由光检测器检测到的光的强度；

回波消除器，所述回波消除器适配成产生回波消除信号，该回波消除信号与通过光检测器产生的检测信号组合以产生回波消除的检测信号；以及

定时控制器，所述定时控制器配置成产生用来控制所述驱动器和所述回波消除器的发射信号(TX)；

所述回波消除器包括

系数发生器，所述系数发生器被适配成产生回波消除系数，所述回波消除系数指示与光学传感器的感测区域内的一个或多个物体，如果有的话，的距离；

延迟线，所述延迟线包括串联地一个接一个连接的多个延迟单元，其中所述延迟线接收所述发射信号(TX)，并且每个延迟单元产生所述发射信号(TX)的不同延迟版本；

多个乘法器，所述多个乘法器中的每一个配置成将通过系数发生器产生的不同的一个回波消除系数(C₀,C₁……C_M)与所述发射信号(TX)相乘，或与由所述延迟单元产生的发射信号的不同的延迟版本之一相乘，由此产生多个相应的积；以及

求和器，所述求和器配置成对通过所述多个乘法器产生的多个积进行求和；

其中由所述求和器产生的和被提供给数模转换器(DAC)，所述数模转换器将由所述求和器产生的和转换成回波消除信号，所述回波消除信号与通过所述光检测器产生的检测信号结合以产生回波消除的检测信号，其中所述DAC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。

13.一种用于光学传感器的方法，包括：

(a)产生发射信号(TX)；

(b)使用所述发射信号(TX)选择性地传输光；

(c)产生指示检测到的光的强度的检测信号，所述检测到的光包括：

传输光，所述传输光反射离开光学传感器的感测区域内的一个或多个物体并由所述光学传感器检测到，以及

干扰光，所述干扰光包括由所述光学传感器检测到的、但不是反射离开光学传感器的感测区域内的物体的传输光；以及

(d)产生回波消除信号，所述回波消除信号与所述检测信号结合以产生具有可以为零的预定目标量级的回波消除的检测信号，其中产生所述回波消除信号的步骤包括：

产生所述发射信号(TX)的多个不同延迟版本；

将所述回波消除的检测信号的数字版本与所述发射信号(TX)相乘，并与所述发射信号的多个不同延迟版本相乘，由此产生多个对应的不同积；以及

分别地累加作为所述乘法的结果产生的不同积或其比例版本中的每一个，以产生回波消除系数(C₀,C₁……C_M)，所述回波消除系数(C₀,C₁……C_M)指示与所述光学传感器的感测区域内的一个或多个物体的距离。

14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，还包括：

(e)基于所述回波消除系数检测与所述光学传感器的感测区域内的一个或多个物体的距离。

15.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述回波消除信号补偿由所述光学传感器检测到的干扰光的至少一部分并指示光学传感器的感测区域内的一个或多个物体，如果有的话。

16.如权利要求13所述的方法，其特征在于，在步骤(e)产生所述回波消除信号包括：

将所述回波消除系数(C₀,C₁……C_M)中的每一个与所述发射信号(TX)相乘，或与所述发射信号的多个不同的延迟版本中的不同的一个延迟版本相乘，由此产生多个相应的不同积；

对作为相乘结果而产生的多个积求和，由此产生一和；以及

将所述和转换成模拟信号，所述模拟信号是所述回波消除信号。

17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，还包括：

(e)基于所述回波消除系数(C₀,C₁……C_M)检测与所述光学传感器的感测区域内的一个或多个物体的距离。

18.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述回波消除的检测信号具有预定目标量级。

19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述回波消除的检测信号的预定目标量级是零。

20.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述回波消除的检测信号的预定目标量级是非零偏移值。

21.一种系统，包括：

光源；

驱动器，所述驱动器适配成选择性地驱动所述光源；

光检测器，所述光检测器适配成产生一检测信号，所述检测信号指示由光检测器检测到的光的强度；以及

回波消除器，所述回波消除器适配成产生回波消除信号，所述回波消除信号与通过光检测器产生的检测信号结合以产生回波消除的检测信号，所述回波消除器包括系数发生器，所述系数发生器被适配成产生回波消除系数，所述回波消除系数指示与光学传感器的感测区域内的一个或多个物体的距离，所述光学传感器包括所述光源和所述光检测器；

模数转换器(ADC)，所述模数转换器将所述回波消除的检测信号转换成所述回波消除的检测信号的数字版本，所述回波消除的检测信号的数字版本被提供给系数发生器，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；

接近度检测器，所述接近度检测器基于由所述系数发生器产生的回波消除系数来产生指示所述光学传感器的感测区域内的一个或多个物体的存在以及与所述一个或多个物体的距离的一个或多个输出。

22.如权利要求21所述的系统，其特征在于，还包括：

定时控制器，所述定时控制器配置成产生用来控制所述驱动器和所述回波消除器的发射信号(TX)。

23.如权利要求22所述的系统，其特征在于，所述系数发生器包括：

延迟线，所述延迟线包括串联地一个接一个连接的多个延迟单元，其中所述延迟线接收所述发射信号(TX)，并且每个延迟单元产生所述发射信号(TX)的不同延迟版本；

多个乘法器，所述多个乘法器中的每一个被配置成将所述回波消除的检测信号的数字版本与发射信号(TX)或由延迟单元产生的发射信号的不同延迟版本之一相乘，由此产生相应的积；以及

多个累加器，所述多个累加器中的每一个接收由所述多个乘法器产生的多个积中的不同的一个积或其比例版本，并输出多个所述回波消除系数(C₀,C₁……C_M)中的不同的一个。

24.如权利要求22所述的系统，其特征在于，所述回波消除器还包括：

延迟线，所述延迟线包括串联地一个接一个连接的多个延迟单元，其中所述延迟线接收所述发射信号(TX)，并且每个延迟单元产生所述发射信号(TX)的不同延迟版本；

多个乘法器，所述多个乘法器中的每一个配置成将通过系数发生器产生的不同的一个回波消除系数(C₀,C₁……C_M)与所述发射信号(TX)相乘，或与由所述延迟单元产生的发射信号的不同的延迟版本之一相乘，由此产生多个相应的积；以及

求和器，所述求和器配置成对通过所述多个乘法器产生的多个积进行求和；

其中由所述求和器产生的和被提供给数模转换器(DAC)，所述数模转换器将由所述求和器产生的和转换成回波消除信号，所述回波消除信号与通过所述光检测器产生的检测信号结合以产生回波消除的检测信号，所述DAC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。

25.如权利要求21所述的系统，其特征在于，所述回波消除的检测信号具有预定目标量级。

26.如权利要求21所述的系统，其特征在于，还包括：

比较器或处理器，所述比较器或处理器配置成将所述接近度检测器的一个或多个输出与一个或多个阈值进行比较；以及

子系统，所述子系统基于由所述比较器或处理器执行的一次或多次比较的结果受到控制。