CN103809210A - 接近感测器及其运作方法 - Google Patents

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Abstract

一种接近感测器，包括接近感测单元及信号处理单元。接近感测单元侦测待测物是否靠近以获得测量值。信号处理单元比较测量值与初始噪声交互干扰值，以判断是否需要更新初始噪声交互干扰值。若信号处理单元的判断结果为否，信号处理单元比较测量值与第一预设值，以判断待测物是否位于接近感测单元的侦测范围内。

Description

接近感测器及其运作方法
技术领域
本发明与接近感测器(proximity sensor)有关，特别是关于一种能够有效避免噪声交互干扰(cross-talk)的接近感测器及其运作方法。
背景技术
一般而言，目前于触控屏幕的应用上，常会搭配着环境光感测器(ambientlight sensor)及接近感测器(proximity sensor)，环境光感测器可以使屏幕随着环境光变化，调节屏幕的亮度以达到节能和保护眼睛的功能。至于接近感测器(proximity sensor)乃是通过光学方式或电磁方式来感测前方是否有待测物或障碍物，于实际应用中，接近感测器可供智能型手机或手持式装置判断使用者是否靠近接听，或者供家务机器人判断前方是否有待测物阻挡在前。
当使用者靠近智能型手机接听时，智能型手机需将其触控屏幕功能关闭以免脸部误触屏幕。而目前光学式的接近感测器需要搭配一颗红外光发光二极管(IR LED)来感测屏幕与脸部之间的距离。然而，其造成的最大缺点在于增加机构设计上的复杂度。一旦机构上设计不良时，将会有噪声交互干扰(crosstalk)效应发生，因而造成接近感测器所能感测的距离变短，甚至会导致系统出现误动作的现象。
发明内容
本发明的目的在于提出一种接近感测器及运作方法，以解决现有技术所遭遇到的上述种种问题。
本发明的一范畴在于提出一种接近感测器。于一较佳具体实施例中，接近感测器包括接近感测单元及信号处理单元。光感测器包括接近感测单元及信号处理单元。接近感测单元侦测待测物是否靠近以获得测量值。信号处理单元比较测量值与初始噪声交互干扰值，以判断是否需要更新初始噪声交互干扰值。若信号处理单元的判断结果为否，信号处理单元比较测量值与第一预设值，以判断待测物是否位于接近感测器的侦测范围内。
本发明的另一范畴在于提出一种接近感测器运作方法。于一较佳具体实施例中，接近感测器运作方法包括下列步骤：(a)侦测待测物是否靠近接近感测器以获得测量值；(b)比较测量值与初始噪声交互干扰值以判断是否需更新初始噪声交互干扰值；(c)若步骤(b)的判断结果为否，比较测量值与第一预设值以判断待测物是否位于接近感测器的侦测范围内。
相较于现有技术，本发明的接近感测器及其运作方法可有效消除由于封装或机构上设计不良所导致的噪声交互干扰(crosstalk)效应，使得接近感测器不致于因而误判而产生误动作，故可大幅提高接近感测器的感测准确度。
关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及附图得到进一步的了解。
附图说明
图1为根据本发明的一具体实施例的接近感测器的功能方块图。
图2A为在没有任何待测物接近电子装置的接近感测器的情况下，接近感测单元于发光二极管开启并发出光线时进行感测的示意图。
图2B为在没有任何待测物接近电子装置的接近感测器的情况下，接近感测单元于发光二极管关闭时进行感测的示意图。
图2C为在待测物位于接近感测器的侦测范围内的情况下，接近感测单元于发光二极管开启并发出光线时进行感测的示意图。
图2D为在待测物位于接近感测器的侦测范围内的情况下，接近感测单元于发光二极管关闭时进行感测的示意图。
图2E为在待测物位于接近感测器的侦测范围外的情况下，接近感测单元于发光二极管开启并发出光线时进行感测的示意图。
图2F为在待测物位于接近感测器的侦测范围外的情况下，接近感测单元于发光二极管关闭时进行感测的示意图。
图3为根据本发明的另一具体实施例的接近感测器运作方法的流程图。
图4A及图4B为根据本发明的另一具体实施例的接近感测器运作方法的流程图。
主要元件符号说明：
S30～S53：流程步骤
1：接近感测器            E：光发射器
R：光感测器              LED：发光二极管
PS：接近感测单元         ALS：环境光感测单元
10：感测光处理单元       11：模拟/数字转换器
12：温度补偿单元         13：数字信号处理单元
14：内部整合电路界面     15：缓冲器
16：LED驱动器            17：振荡器
18：参考值产生器         F：封装结构
G：玻璃                  L：光线
SB：侦测范围的边界       2：待测物
具体实施方式
根据本发明的一较佳具体实施例为一种接近感测器。于实际应用中，接近感测器可通过光学方式或电磁方式感测前方是否有待测物或障碍物，故接近感测器可供智能型手机或手持式装置判断使用者是否靠近接听，或者供家务机器人判断前方是否有待测物阻挡在前等用途。本发明可有效消除由于封装或机构上设计不良所导致的噪声交互干扰(crosstalk)效应，避免接近感测器误判而产生误动作。
请参照图1，图1为此实施例的接近感测器的功能方块图。如图1所示，接近感测器1包括光发射器E及光感测器R。光发射器E包括发光二极管LED，用以发出光线。实际上，发光二极管LED可以是红外光发光二极管(IRLED)，用以发出红外光，但不以此为限。
在本实施例中，光感测器R可以是一个整合性集成电路，其包括至少一个光感测单元与控制电路。于图1中，光感测器R包括接近感测单元PS、环境光感测单元ALS、感测光处理单元10、模拟/数字转换器11、温度补偿单元12、数字信号处理单元13、内部整合电路(Inter-Integrated Circuit,I2C)界面14、缓冲器15、LED驱动器16、振荡器17及参考值产生器18。接近感测单元PS及环境光感测单元ALS均耦接感测光处理单元10；温度补偿单元12耦接感测光处理单元10；模拟/数字转换器11分别耦接感测光处理单元10、数字信号处理单元13、内部整合电路界面14及振荡器17；数字信号处理单元13分别耦接模拟/数字转换器11、内部整合电路界面14、缓冲器15、LED驱动器16及振荡器17；内部整合电路界面14分别耦接模拟/数字转换器11、数字信号处理单元13、LED驱动器16及参考值产生器18；振荡器17分别耦接模拟/数字转换器11、数字信号处理单元13及参考值产生器18；参考值产生器18分别耦接内部整合电路界面14及振荡器17。
于此实施例中，环境光感测单元ALS用以感测接近感测器1周围的环境光强度。感测光处理单元10用以处理环境光感测单元ALS及接近感测单元PS所感测到的光信号并根据温度补偿单元12进行温度补偿。LED驱动器16用以驱动发光二极管LED。振荡器17可以是石英振荡器。参考值产生器18用以产生预设参考值。
使用者可通过内部整合电路界面14设定数字信号处理单元13所需的数字信号处理参数。当待测物接近光感测器R时，发光二极管LED所发出的光会被待测物反射至接近感测单元PS，并经过感测光处理单元10的处理以及模拟/数字转换器11转换为数字光感测信号后，再由数字信号处理单元13根据数字光感测信号判定是否有待测物接近光感测器R。
若数字信号处理单元13的判断结果为是，缓冲器15即会输出接近通知信号，以通知设置有接近感测器1的电子装置目前有待测物接近，使得电子装置可即时做出相对应的动作，例如设置有接近感测器1的智能型手机根据接近信号得知使用者脸部已接近智能型手机进行接听，故智能型手机即会将屏幕的触控功能关闭，以避免使用者的脸部误触屏幕。
然而，接近感测器1可能因为封装或机构上设计不良等因素产生噪声交互干扰(crosstalk)的现象，使得数字信号处理单元13误判而造成设置有接近感测器1的电子装置产生误动作，例如使用者脸部并未接近智能型手机，但数字信号处理单元13误判有待测物接近，使得智能型手机将屏幕的触控功能关闭，导致使用者无法使用触控功能。有鉴于此，本发明实施例的接近感测器1具有下列三种运作模式，以解决由于噪声交互干扰所导致的误动作问题。
第一种运作模式为手动设定模式。当设置有接近感测器1的电子装置组装完成后，如图2A及图2B所示，在没有任何待测物接近电子装置的接近感测器1的情况下，若接近感测单元PS于发光二极管LED开启并发出光线L(见图2A)时所感测到的第一测量值为C1，于发光二极管LED关闭(见图2B)时所感测到的第二测量值为C2，由于第二测量值C2可能包含了噪声的部分而第一测量值C1除了包含噪声本身之外还包含噪声之间交互干扰的部分(例如被玻璃G反射的部分)，故数字信号处理单元13将第一测量值C1减去第二测量值C2即可得到在没有任何待测物接近电子装置的接近感测器1的情况下的原始噪声交互干扰值CT，并通过内部整合电路界面14将原始噪声交互干扰值CT储存于暂存器(图未示)中，可作为系统噪声交互干扰的最大临界值。
需说明的是，由于此时没有任何待测物接近电子装置的接近感测器1，数字信号处理单元13所得到的原始噪声交互干扰值CT应仅包括系统封装及机构所造成的噪声交互干扰值。因此，在之后每次接近感测器1进行待测物是否接近的侦测时，数字信号处理单元13均需将其测量值减去储存于暂存器中的原始噪声交互干扰值CT，由此有效消除噪声交互干扰造成的影响。
第二种运作模式为自动设定模式。当设置有接近感测器1的电子装置每次开机时，接近感测器1可如同上述根据第一测量值C1减去第二测量值C2得到原始噪声交互干扰值CT，以作为判断感测到的数值究竟是噪声、噪声交互干扰或待测物所反射的光信号的标准。
如图2C至图2F所示，当设置有接近感测器1的电子装置开机后，可能会有待测物2接近电子装置的接近感测器1，若接近感测单元PS于发光二极管LED开启并发出光线L时所感测到的第三测量值为C3，于发光二极管LED关闭时所感测到的第四测量值为C4，由于第四测量值C4可能包含了噪声的部分而第三测量值C3除了包含噪声本身之外还包含噪声之间交互干扰的部分以及待测物2所反射的光信号，故数字信号处理单元13将第三测量值C3减去第四测量值C4以得到特定测量值M，且第四测量值M代表的是噪声交互干扰值加上待测物2的反射光信号值。
接着，数字信号处理单元13判断特定测量值M是否大于原始噪声交互干扰值CT。若数字信号处理单元13的判断结果为否，代表此时的特定测量值M(噪声交互干扰值加上待测物2的反射光信号值)还比原始噪声交互干扰值CT来得小，因此，接近感测器1需要通过内部整合电路界面14将原本储存于暂存器中的原始噪声交互干扰值CT更新为特定测量值M，以作为更新后的原始噪声交互干扰值。之后接近感测器1再次进行待测物是否接近的侦测时，即会采用更新后的原始噪声交互干扰值(即为特定测量值M)作为判断的依据。
若数字信号处理单元13的判断结果为是，代表此时的特定测量值M(噪声交互干扰值加上待测物2的反射光信号值)大于原始噪声交互干扰值CT，故储存于暂存器中的原始噪声交互干扰值CT不需被更新，数字信号处理单元13接着再将特定测量值M减去原始噪声交互干扰值CT，即可得到待测物2的反射光信号值N。
之后，为了判断待测物2是否位于接近感测器1的侦测范围内，亦即待测物2是否靠得够近，数字信号处理单元13将会比较待测物2的反射光信号值N与第一预设值N0，以判断待测物2的反射光信号值N是否大于第一预设值N0。需说明的是，第一预设值N0为当待测物2位于接近感测器1的侦测范围的边界SB时，接近感测器1所侦测到的待测物侦测临界值。
若数字信号处理单元13的判断结果为是，亦即待测物2的反射光信号值N大于第一预设值N0，代表此时待测物2反射发光二极管LED的反射光强度较位于接近感测器1的侦测范围的边界SB上的待测物反射发光二极管LED的反射光强度来得强，因此，接近感测器1可据此判定待测物2位于接近感测器1的侦测范围内，亦即待测物2已靠得够近，如图2C及图2D所示。此时，缓冲器15即会输出接近通知信号，以通知设置有接近感测器1的电子装置目前有待测物2接近，使得电子装置可即时做出相对应的动作，例如关闭其屏幕的触控功能等动作。
若数字信号处理单元13的判断结果为否，亦即待测物的反射光信号值N并未大于第一预设值N0，代表此时待测物反射发光二极管LED的反射光强度并未比位于接近感测器1的侦测范围的边界SB上的待测物反射发光二极管LED的反射光强度来得强，因此，接近感测器1可据此判定待测物并未位于接近感测器1的侦测范围内，亦即待测物靠得不够近，如图2E及图2F所示，故缓冲器15不会输出接近通知信号通知电子装置有待测物接近，所以电子装置也不会进行关闭其屏幕的触控功能等动作。
至于第三种运作模式则为选择设定模式。使用者可通过内部整合电路界面14设定一控制位元，以供使用者自由选择采用上述手动设定模式或自动设定模式来消除噪声交互干扰的影响。
根据本发明的另一较佳具体实施例为一种接近感测器运作方法。请参照图3，图3为此实施例的接近感测器运作方法的流程图。
如图3所示，于步骤S30中，上述方法侦测待测物是否靠近接近感测器以获得测量值。接着，于步骤S32中，上述方法比较测量值与初始噪声交互干扰值以判断是否需更新初始噪声交互干扰值。其中，初始噪声交互干扰值为接近感测器运作于手动模式下所取得。于手动模式下，接近感测器于光发射器启动时取得第一测量值并于光发射器关闭时取得第二测量值后，再将第一测量值减去第二测量值以取得初始噪声交互干扰值。
若步骤S32的判断结果为是，上述方法执行步骤S34，不需更新初始噪声交互干扰值。若步骤S32的判断结果为否，上述方法执行步骤S36，比较测量值与第一预设值以判断待测物是否位于接近感测器的侦测范围内。其中，第一预设值为当待测物位于接近感测器的侦测范围的边界时，接近感测器所侦测到的待测物侦测临界值。
若步骤S36的判断结果为是，上述方法执行步骤S38，判定待测物位于接近感测器的侦测范围内。若步骤S36的判断结果为否，上述方法执行步骤S39，判定待测物并未位于接近感测器的侦测范围内。
请参照图4A及图4B，图4A及图4B为另一实施例的接近感测器运作方法的流程图。如图4A及图4B所示，于步骤S40中，上述方法可选择采用手动设定模式或自动设定模式运作接近感测器。若选择采用手动设定模式，在没有任何待测物接近电子装置的接近感测器的情况下，上述方法分别执行步骤S41及S42，于发光二极管开启并发出光线时感测到第一测量值C1，并且于发光二极管关闭时感测到第二测量值C2。
由于第二测量值C2可能包含了噪声的部分而第一测量值C1除了包含噪声本身之外还包含噪声之间交互干扰的部分，故于步骤S43中，将第一测量值C1减去第二测量值C2以得到原始噪声交互干扰值CT，并可将原始噪声交互干扰值CT储存于接近感测器的暂存器中，以作为系统噪声交互干扰的最大临界值。
若选择采用自动设定模式，当设置有接近感测器的电子装置开机后，可能会有待测物接近电子装置的接近感测器，上述方法分别执行步骤S44及S45，于发光二极管开启并发出光线时感测到第三测量值C3，并且于发光二极管关闭时感测到第四测量值C4。由于第四测量值C4可能包含了噪声的部分而第三测量值C3除了包含噪声本身之外还包含噪声之间交互干扰的部分以及待测物的反射光信号，故于步骤S46中，上述方法将第三测量值C3减去第四测量值C4以得到代表噪声交互干扰值加上待测物的反射光信号值的特定测量值M。
接下来，于步骤S47中，上述方法判断特定测量值M是否大于原始噪声交互干扰值CT。若步骤S47的判断结果为否，代表此时的特定测量值M(噪声交互干扰值加上待测物的反射光信号值)还比原始噪声交互干扰值CT来得小，因此，于步骤S48中，上述方法以特定测量值M更新原本储存于暂存器中的原始噪声交互干扰值CT，以作为更新后的原始噪声交互干扰值。之后，上述方法再次执行步骤S47时，即会采用更新后的原始噪声交互干扰值与之后上述方法执行步骤S46所得的另一特定测量值M’进行比较，以判断特定测量值M’是否大于更新后的原始噪声交互干扰值。
若步骤S47的判断结果为是，代表此时的特定测量值M(噪声交互干扰值加上待测物的反射光信号值)大于原始噪声交互干扰值CT，故储存于暂存器中的原始噪声交互干扰值CT不需被更新，于步骤S50中，上述方法将特定测量值M减去原始噪声交互干扰值CT，即可得到待测物的反射光信号值N。
之后，为了判断待测物是否位于接近感测器的侦测范围内，亦即待测物是否靠得够近，于步骤S51中，上述方法判断待测物的反射光信号值N是否大于第一预设值N0。需说明的是，第一预设值N0为当待测物位于接近感测器的侦测范围的边界时，接近感测器所侦测到的待测物侦测临界值。
若步骤S51的判断结果为是，亦即待测物反射的光信号值N大于第一预设值N0，代表此时待测物反射发光二极管的反射光强度较位于接近感测器的侦测范围边界上的待测物反射发光二极管的反射光强度来得强，因此，于步骤S52中，上述方法判定待测物位于接近感测器的侦测范围内，亦即待测物已靠得够近，此时，接近感测器会输出接近通知信号通知电子装置目前有待测物接近，使得电子装置可即时做出相对应的动作。
若步骤S51的判断结果为否，亦即待测物反射的光信号值N并未大于第一预设值N0，代表此时待测物反射发光二极管的反射光强度并未比位于接近感测器的侦测范围边界上的待测物反射发光二极管的反射光强度来得强，因此，于步骤S53中，上述方法判定待测物并未位于接近感测器的侦测范围内，亦即待测物靠得不够近，所以此时接近感测器不会输出接近通知信号通知电子装置有待测物接近。
相较于现有技术，本发明的接近感测器及其运作方法可有效消除由于封装或机构上设计不良所导致的噪声交互干扰(crosstalk)效应，使得接近感测器不致于因而误判而产生误动作，故可大幅提高接近感测器的感测准确度。
通过以上较佳具体实施例的详述，希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所公开的较佳具体实施例来对本发明的范畴加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本发明所欲申请的专利范围的范畴内。

Claims (10)

1.一种接近感测器，其特征在于，上述接近感测器包括：
一接近感测单元，侦测一待测物是否靠近以获得一测量值；以及
一信号处理单元，耦接上述接近感测单元，上述信号处理单元比较上述测量值与一初始噪声交互干扰值，以判断是否需要更新上述初始噪声交互干扰值；
其中，若上述信号处理单元的判断结果为否，上述信号处理单元比较上述测量值与一第一预设值，以判断上述待测物是否位于上述接近感测单元的一侦测范围内。
2.如权利要求1所述的接近感测器，其特征在于，上述初始噪声交互干扰值由上述接近感测器运作于一手动模式下所取得。
3.如权利要求2所述的接近感测器，其特征在于，所述接近感测器还包括一光发射器，其中于上述手动模式下，上述接近感测单元于上述光发射器启动时取得一第一测量值并于上述光发射器关闭时取得一第二测量值，上述信号处理单元将上述第一测量值减去上述第二测量值以取得上述初始噪声交互干扰值。
4.如权利要求1所述的接近感测器，其特征在于，上述第一预设值为当上述待测物位于上述接近感测器的上述侦测范围的边界时，上述接近感测单元所侦测到的一待测物侦测临界值。
5.如权利要求1所述的接近感测器，其特征在于，上述信号处理单元判断上述测量值是否大于上述初始噪声交互干扰值，若判断结果为否，上述信号处理单元以上述测量值更新上述初始噪声交互干扰值。
6.一种接近感测器运作方法，其特征在于，所述接近感测器运作方法包括下列步骤：
(a)侦测一待测物是否靠近一接近感测器以获得一测量值；
(b)比较上述测量值与一初始噪声交互干扰值以判断是否需更新上述初始噪声交互干扰值；以及
(c)若步骤(b)的判断结果为否，比较上述测量值与一第一预设值以判断上述待测物是否位于上述接近感测器的一侦测范围内。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，上述方法还包括下列步骤：
上述接近感测器运作于一手动模式下以取得上述初始噪声交互干扰值。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，于上述手动模式下，上述方法还包括下列步骤：
于一光发射器启动时取得一第一测量值；
于上述光发射器关闭时取得一第二测量值；以及
将上述第一测量值减去上述第二测量值以取得上述初始噪声交互干扰值。
9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，上述第一预设值为当上述待测物位于上述接近感测器的上述侦测范围的边界时，上述接近感测器所侦测到的一待测物侦测临界值。
10.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述接近感测器运作方法步骤(b)还包括下列步骤：
(b1)判断上述测量值是否大于上述初始噪声交互干扰值；
(b2)若步骤(b1)的判断结果为是，不需更新上述初始噪声交互干扰值；以及
(b3)若步骤(b1)的判断结果为否，以上述测量值更新上述初始噪声交互干扰值。
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