CN105548990B - 用于光学式邻近侦测器的开路修正 - Google Patents

用于光学式邻近侦测器的开路修正 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种光学式邻近侦测器，其包括一驱动器、光侦测器、模拟前端、感测修正因子(例如，温度、供电电压及/或前向电压降)的传感器及一数字后端。该驱动器驱动该光源以发射光。该光侦测器产生一光侦测信号，其指示反射离开一对象并入射于该光侦测器上的该发射光的一部分的一大小及一相位。该模拟前端接收该光侦测信号并输出经提供至该数字后端的一数字光侦测信号或数字同相信号及正交相位信号。该数字后端执行对于由该模拟前端的一部分所引起的增益及/或相位的动态变化的闭路修正，使用多项式等式及感测的修正因子以执行对于温度、供电电压及/或前向电压降的动态变化的开路修正，且输出一距离值。

Description

用于光学式邻近侦测器的开路修正
优先权要求
本申请案主张2014年10月24日申请的美国临时专利申请案第62/068,257号及2015年5月21日申请的美国专利申请案第14/718,563号的优先权，该等申请案以引用的方式并入本文中。
技术领域
本发明是有关光学式邻近侦测器、供光学式邻近侦测器使用的方法和包含光学式邻近侦测器的系统。
背景技术
光学式邻近侦测器(其亦可被称作光学式邻近传感器或光学式邻近侦测传感器)通常包括或使用光源及邻近感旋光性光侦测器。此光学式邻近侦测器可用以基于源自光源的自对象反射且由光侦测器侦测的光来侦测对象的存在、估计对象的邻近(例如，至对象之距离)及/或侦测对象的运动。在此等侦测器特定地用以侦测至对象的距离的情况下，此等侦测器亦可被称作光学式距离侦测器或光学距离传感器。在此等侦测器依赖于飞行时间(time-of-flight；TOF)原理侦测至对象的距离的情况下，此等侦测器亦可被称作光学TOF传感器、光学TOF邻近传感器、光学TOF邻近侦测器或类似者。随着电池操作式手持型装置(诸如，移动电话)的出现，此等侦测器/传感器的价值已变得更重要。举例而言，来自移动电话电池的大量能量用以驱动显示器，且在当使移动电话或其他装置处于用户的耳部(其中无论如何不能观看移动电话或其他装置)时关断显示器或背光方面存在价值。光学式邻近侦测器已用于此及许多其他应用。
对于其他实例，存在对象的存在可有利地藉由光学式邻近侦测器侦测的许多其他应用。此等范围自感测机械上已打开保护盖、纸已经正确地定位于打印机中或操作者的手有危险地在操作机器附近的时间。亦可将光学式邻近侦测器用作简单触碰或近触碰启动式开关，且可将其实施于如键盘或具有经密封但允许来自光源的光穿过且反过来由侦测器感测的塑料外壳的装置的应用中。
发明内容
本发明的具体实例是关于光学式邻近侦测器、供光学式邻近侦测器使用的方法，及包括光学式邻近侦测器的系统。根据某些具体实例，光学式邻近侦测器包括驱动器、光侦测器、模拟前端、感测修正因子(例如，温度、供电电压及/或前向电压降)的传感器，及数字后端。驱动器驱动光源发射光。光侦测器产生指示反射离开对象并入射于光侦测器上的该发射光的一部分的大小及相位的光侦测信号。模拟前端接收光侦测信号并输出提供至数字后端的数字光侦测信号或数字同相信号及正交相位信号。数字后端执行对于由模拟前端的一部分所引起的增益及/或相位的动态变化的闭路修正，使用多项式等式及感测的修正因子以执行对于温度、供电电压及/或前向电压降的动态变化的开路修正，且输出距离值。
附图说明
图1说明光学式邻近侦测器的具体实例。
图2A为用以描述用于由诸如图1中介绍的光学式邻近侦测器的光学式邻近侦测器在操作模式期间使用的方法的高阶流程图。
图2B为用以描述用于由诸如图1中介绍的光学式邻近侦测器的光学式邻近侦测器在动态增益及相位偏移校准模式期间使用的方法的高阶流程图。
图2C为用以描述用于由诸如图1中介绍的光学式邻近侦测器的光学式邻近侦测器在串扰校准模式期间使用的方法的高阶流程图。
图2D为用以描述用于由诸如图1中介绍的光学式邻近侦测器的光学式邻近侦测器在静态相位偏移校准模式期间使用的方法的高阶流程图。
图3说明由图1中介绍的驱动器产生的驱动信号的例示性重复率及例示性脉冲宽度。
图4说明根据具体实例的光学式邻近侦测器的具体实例。
图5为用以描述用于对残余误差执行开路修正以供光学式邻近侦测器(诸如图4中介绍的光学式邻近侦测器)使用的方法的高阶流程图。
图6为用以描述用于提供精确度的估计以供光学式邻近侦测器(诸如图4中介绍的光学式邻近侦测器)使用的方法的高阶流程图。
图7说明根据具体实例的系统，其包括在图1或图4中介绍的光学式邻近侦测器。
具体实施方式
图1说明2014年9月24日申请的名为「Optical Proximity Detectors」的共同让渡的美国专利申请案第14/495,688号揭示的光学式邻近侦测器102。在光学式邻近侦测器102用于侦测至对象(例如，105)的距离的情况下，光学式邻近侦测器102可替代性地被称作光学式距离侦测器102。在光学式邻近侦测器102依赖于飞行时间(TOF)原理侦测至对象的距离的情况下，其亦可更特定地称作光学式TOF距离传感器、光学式TOF邻近传感器、光学式TOF邻近侦测器或类似者。参看图1，将光学式邻近侦测器102展示为包括红外光源104、光侦测器106、模拟前端电路108、数字后端电路112、驱动器110及时序产生器120。亦可将光源104及光侦测器106视为模拟前端电路108的一部分。模拟前端电路108亦可被称作模拟前端(analog front-end；AFE)、前端频道或简称为前端。类似地，数字后端电路112亦可被称作数字后端、后端频道或简称为后端。时序产生器120可包括(例如)输出高频信号(例如，4.5MHz或5MHz)的本地振荡器，及将高频信号移相90度的移相器。如以下将按额外细节来描述，高频信号(例如，4.5MHz或5MHz)可经提供至驱动器110及前端108，且移相90度的高频信号亦可提供至前端108。时序产生器120亦可包括用以产生可由光学式邻近侦测器102的各种其他区块使用的其他频率(例如较低及/或较高频率)的信号的电路。光学式邻近侦测器102亦展示为包括产生标记为Vcc的供电电压的电压供应器109。由电压供应器109输出的供电电压可用以直接向模拟前端108及数字后端112两者的各种组件供电。亦有可能由电压供应器109输出的供电电压升压或降压至用以向模拟前端108及/或数字后端112的特定组件供电的一或多个其他电压。
红外光源104可为(例如)一或多个红外线发光二极管(LED)或红外线雷射二极管，但不限于此。虽然红外线(infrared；IR)光源常用于光学式邻近侦测器中，但因为人眼不能侦测IR光，所以光源可替代性地产生其他波长之光。因此，红外光源104可更一般地被称作光源104。光侦测器106可为(例如)一或多个光电二极管(photodiode；PD)，但不限于此。当实施为在光导模式中操作的PD时，光侦测器106将侦测的光转换成电流信号。若实施为在光电模式中操作的PD，则光侦测器106将使侦测的光转换成电压信号。除非另有叙述，否则为了此描述之故而假定光侦测器106为在光导模式中操作的PD。
根据具体实例，前端108接收广泛范围的在高频(例如，4.5MHz或5MHz)下的输入电流(来自光侦测器106)，且调节信号以用于数字化。此调节可包括调整增益以增大且较佳地优化动态范围，滤波以增大且较佳地优化信杂比(signal-to-noise ratio；SNR)，及IQ解调变以简化数字后端处理。根据具体实例，数字后端112执行额外滤波，修正动态增益及相位偏移误差，修正串扰误差，且计算指示光学式邻近侦测器102与目标105之间的距离的相位。数字后端112亦可修正静态相位偏移误差。另外，数字后端112产生用于模拟前端108的一或多个控制信号。以下描述模拟前端108及数字后端112的额外细节。
仍参看图1，根据具体实例，模拟前端108包括放大器122、增益调整电路130、IQ解调器电路140、模拟低通滤波器144i、144q及模拟/数字转换器(analog-to-digital；ADC)146i、146q。虽然将ADC 146i及146q说明为两个分开的ADC，但可替代地使用单一ADC，在该情况下，该单一ADC在I频道与Q频道之间时间共享。根据具体实例，数字后端112包括增益调整控制器150、一或多个数字滤波器152、动态增益及相位偏移修正器153、串扰修正器154、相位及大小计算器156及静态相位偏移修正器158。数字后端112亦展示为包括距离计算器164及精确度估计器166。根据具体实例，数字后端112内的区块中的每一者是使用数字信号处理器(digital signal processor；DSP)实施。替代性地，数字后端112内的区块中的每一者可使用数字电路来实施。可使用DSP实施数字后端112的区块中的一些而使用数字电路实施其他区块亦是可能的。在某些具体实例中，距离计算器164及精确度估计器166中的一或两者是在数字后端112外部实施，且视需要在光学式邻近侦测器外部实施。举例而言，精确度估计器166可通过专用数字芯片或主机MCU实施，但不限于此。
驱动器110取决于由时序产生器120产生的驱动时序信号(亦被称作IrDr时序信号)产生驱动信号。驱动时序信号可为(例如)4.5MHz方波信号，但不限于此。此驱动信号用以驱动红外光源104，回应于此，红外光源104发射红外光。发射的红外光的调变频率(其亦可被称作载波频率)取决于驱动时序信号的频率(例如，4.5MHz)。换言之，在红外光源104由4.5MHz驱动信号驱动的情况下，则发射的红外光的载波频率将为4.5MHz。
若在光学式邻近侦测器102的感测区(亦即，视野及范围)内存在一目标105(其可更一般化地被称作对象105)，则由红外光源104发射的红外光将自目标105反射，且反射的红外光的一部分将入射于光侦测器106上。响应于侦测到光，光侦测器106产生指示侦测的光的大小及相位的光侦测信号。光侦测信号的大小可取决于(例如)目标105与光学式邻近侦测器102之间的距离及目标的色彩。一般而言，在所有其他事物皆相等的情况下，目标105愈靠近，则光侦测信号的大小愈大。另外，在所有其他事物皆相等的情况下，若目标具有白色，或另一高度反射性色彩，则光侦测信号的大小将比若目标具有黑色或另一低反射性色彩大。相比之下，光侦测信号的相位应主要地取决于目标105与光学式邻近侦测器102之间的距离，且不应取决于目标105的色彩或反射率。
虽未展示于图1中，但一或多个光学滤光片可位于光侦测器106的前部以反射及/或吸收不关注的波长。对于更特定实例，一或多个光学滤光片可用以拒绝环境可见光且使红外线光通过。可使用用于拒绝及/或补偿环境可见光的替代及/或额外技术，如此项技术中已知。
由光源104发射且由光侦测器106侦测的红外光(其尚未反射离开对象105)被考虑为降低总体装置或系统感测距离的能力的光学串扰。一些此光可直接自光源104行进至光侦测器106。为了减少且较佳地防止光直接自光源104行进至光侦测器106，可使用不透明光障壁(在图1中展示为组件103)来将光源104与光侦测器106隔离。然而，光障壁常常不完美，导致在障壁下、上及/或经由障壁的光泄漏。另外，光学串扰可自镜面反射及/或其他类型的反向散射产生，尤其在光源104及光侦测器106由玻璃或塑料盖板覆盖的情况下，如此项技术中已知。
在将由光侦测器106产生的光侦测信号提供至增益调整电路130前，光侦测信号可由可选放大器122(其具有固定增益)放大。取决于需要在电压域或是电流域中执行信号处理，且取决于光侦测器106产生指示侦测的光的大小及相位的电压信号或是电流信号，可选放大器122亦可用以将电流信号转换至电压信号，或反之亦然。举例而言，放大器122可为具有固定增益的跨阻抗放大器(transimpedance amplifier；TIA)。本文中描述的多数信号一般被称作信号，而不指定该信号为电流信号或是电压信号。此是因为取决于实施，可使用任一类型的信号。除非另有叙述，否则将假定放大器122为将由光侦测器106产生的电流信号转换至电压信号的跨阻抗放大器(TIA)，且由前端108进行的进一步处理在电压域中进行，如与电流域相反。放大器122与增益调整电路130共同地或个别地可被称作放大电路132，或更特定言之，被称作模拟放大电路132。
光学式邻近侦测器102亦展示为包括DC光电流(DC photocurrent；DCPC)模拟/数字转换器(ADC)111，其用以产生指示在红外光源104未发射红外光时由光侦测器106产生的DC电流的数字值。换言之，DCPC ADC 111用以量测光学式邻近侦测器102的散粒噪声。DCPCADC 111的输出提供至精确度估计器166，其在下文更详细地论述。
仍参看图1，增益调整电路130包括由增益调整控制器150控制的至少一个可变增益放大器(VGA)。在此文件内，光侦测信号当在本文中使用该术语时为指示由光侦测器106侦测的光的大小及相位的信号，不管该信号是否由可选固定增益放大器122放大。增益调整电路130取决于自增益调整控制器150接收的一或多个增益调整信号调整光侦测信号的振幅，如以下将按额外细节来描述。增益调整电路130的输出(其可被称作经振幅调整的光侦测信号)经提供至IQ解调器140。更一般而言，模拟放大电路132的输出可被称作经振幅调整的光侦测信号。
增益调整电路130亦可包括(例如)带通滤波器(band-pass filter；BPF)，其减小前端108的带宽以拒绝原本不利地影响前端108的噪声。BPF可(例如)具有5MHz的中心频率、3dB 500kHz带宽、4.75MHz的下截止频率及5.25MHz的上截止频率。对于另一实例，BPF可具有4.5MHz的中心频率、3dB 500KHz带宽、4.25MHz的下截止频率及5.75MHz之上截止频率。BPF可在增益调整电路130的一对VGA之间。此仅为一实例，其并不意谓为限制性的。
IQ解调器140将经振幅调整的光侦测信号分成同相信号及正交相位信号(其亦可分别被称作I分量及Q分量，或简称为I信号及Q信号)，其中正交相位信号相对于同相信号90度异相。在具体实例中，IQ解调器140包括一对混频器(标记为142i及142q)，其亦可被称作乘法器142i及142q。混频器142i、142q两者自增益调整电路130接收同一经振幅调整的光侦测信号。混频器142i将经振幅调整的光侦测信号乘以由时序产生器120产生的同相解调变信号(IDem)。混频器142q将经振幅调整的光侦测信号乘以由时序产生器120产生的正交相位解调变信号(QDem)。
根据具体实例，同相解调变信号(IDem)具有与由时序产生器120产生之驱动时序信号(亦被称作IrDr时序信号)相同的相位(亦即，与驱动时序信号同相)，时序产生器120用以产生驱动光源104之驱动信号；且正交相位解调变信号(QDem)与同相解调变信号(IDem)异相90度(且因此，与由时序产生器120产生的驱动时序信号异相90度)。当将经振幅调整的光侦测信号分成同相及正交相位信号时，混频器142i、142q亦将此等信号降频转换至基频。
在具体实例中，同相信号及正交相位信号(其两者皆由IQ解调器140输出)由各别可选模拟LPF 144i、144q低通滤波且由各别ADC 146i、146q数字化。可选模拟LPF 144i、144q可用以滤出自由混频器142i、142q执行的混合产生的并非关注的谐波及高频噪声。ADC146i的输出可被称作数字同相信号，且ADC 146q的输出可被称作数字正交相位信号。
由前端108输出的数字同相信号及数字正交相位信号(其可分别称作数字I信号及数字Q信号)经提供至数字后端112。如上所述，数字后端112展示为包括一或多个可选数字滤波器152、动态增益及相位偏移修正器153、串扰修正器154、相位及大小计算器156、静态相位偏移修正器158及增益调整控制器150。数字后端112亦展示为包括距离计算器164。另外，数字后端112展示为包括精确度估计器166，以下将按额外细节来描述其。距离计算器164及/或精确度估计器166在数字后端外部且更一般而言在光学式邻近侦测器102外部亦是可能的。
数字滤波器152中的每一者可(例如)实施为积分与倒卸(integrate-and-dump)电路，在该情况下，其亦可被称作抽选器、积分与倒卸抽选器或积分与倒卸滤波器。举例而言，一数字滤波器152可在时间段内积分数字同相信号且接着输出(亦称为，倒卸)结果，此时其经重设并在另一时间段内重复积分与倒卸功能等；且另一数字滤波器152可在时间段内积分数字正交相位信号且接着输出(亦称为，倒卸)结果，此时其经重设并在另一时间段内重复积分与倒卸功能等。数字滤波器152的其他实施亦是可能的。
根据具体实例，增益调整控制器150判定或估算经提供至其的IQ向量的振幅，以藉此调整模拟前端108的增益调整电路130的VGA的增益，使得IQ向量的振幅实质上等于目标振幅，以便增大且较佳地优化前端108的动态范围。若IQ向量的振幅低于目标振幅，则增大在增益调整电路130内的VGA的增益。相反地，若IQ向量的振幅高于目标振幅，则减小在增益调整电路130内的VGA的增益。换言之，使用增益调整反馈回路调整IQ向量的振幅。增益调整控制器150可判定IQ向量的振幅，例如，通过计算数字I信号平方的振幅与数字Q信号平方的振幅的总和的平方根。替代性地，增益调整控制器150可通过仅假定IQ向量的振幅等于数字I信号的振幅及数字Q信号的振幅中的较大者来估算IQ向量的振幅。换言之，增益调整控制器150可将数字I信号的振幅与数字Q信号的振幅比较，且选择较大的任一振幅作为IQ向量的振幅的近似值。增益调整控制器150可替代地使用其他技术来判定或估算IQ向量的振幅。替代性地，峰值侦测器可用以监视经振幅调整的光侦测信号的摆动，且增益调整控制器150可调整增益以调整至指定位准的摆动。
动态增益及相位偏移修正器153修正归因于模拟前端108的温度及/或操作电压位准的变化的模拟前端108的增益及相位偏移的动态变化。操作电压位准的此等变化可(例如)归因于用以向模拟前端108的组件供电的电压位准的变化。串扰修正器154视实施而修正电串扰及/或光学串扰。相位及大小计算器156取决于自模拟前端108接收的数字I信号及数字Q信号且(更特定言之)基于其经修正的版本计算相位值及大小。由相位及大小计算器156接收的数字I信号及数字Q信号的经修正的版本亦可被称作经修正的IQ向量。诸如(但不限于)CORDIC算法的各种熟知算法可用以自经修正的IQ向量计算相位。静态相位偏移修正器158修正光学式邻近侦测器102的静态相位偏移，其亦可被称作距离偏移校准。自静态相位偏移修正器158输出的相位值可储存于在数字后端112内或在数字后端外部的缓存器(例如，160)或内存(例如，162)中。总之，此缓存器或内存可由响应于该相位或更一般而言响应于目标105与光学式邻近侦测器102之间的距离的另一子系统存取。存取储存的相位的子系统仅响应目标105在光学式邻近侦测器102的范围及视野内的存在亦是可能的。
根据某些具体实例，距离计算器164基于其自静态相位偏移修正器158接收的相位值输出数字距离值。举例而言，距离计算器164可使用其接收的相位值来判定光学式邻近侦测器102与目标105之间的距离，该距离亦可被称作至目标105的距离。举例而言，相位值(其亦可被称作相位偏移(关于由IR光源发射的光))可转换成时间延迟(因为对于任何载波频率，存在相位偏移与时间延迟之间的对应关系)。可通过将时间延迟乘以熟知光速来将时间延迟转换至往返距离，如通常在使用飞行时间(TOF)原理时所进行。可通过将往返距离除以二来将往返距离转换至单向距离，该单向距离为光学式邻近侦测器102与对象105之间的距离。更特定言之，光学式邻近侦测器102与对象105之间的距离(d)可使用以下等式来判定：d＝(c*t)/2，其中c为光速且t为时间延迟。距离计算器可使用算术逻辑单元(arithmeticlogic unit；ALU)或查找表(look-up-table；LUT)来实施，但不限于此。由距离计算器164输出的数字值(其可被称作数字距离值)可为至对象的距离的实际值，例如1.2米。替代性地，由距离计算器164输出的数字距离值可为一与距离成正比或以其他方式与至对象的距离相关的值，至对象的距离的实际值可自该值(例如，藉由将该值乘以常数或将该值插入预定等式中)而计算。更一般而言，由距离计算器164输出的数字值指示光学式邻近侦测器102与在光学式邻近侦测器102的感测区(即，视野及范围)内的对象(例如，对象105)之间的距离。静态相位偏移修正器158修正光学式邻近侦测器102的静态相位偏移，其亦可被称作距离偏移校准。自距离计算器164输出的数字距离值可储存于在数字后端112内或在数字后端外部的缓存器(例如，160)或内存(例如，162)中。总之，此缓存器或内存可由响应于目标105与光学式邻近侦测器102之间的距离的另一子系统存取。存取储存的数字距离值的子系统仅响应目标105在光学式邻近侦测器102的范围及视野内的存在亦是可能的。
以下论述动态增益及相位偏移修正器153、串扰修正器154及静态相位偏移修正器158的操作的额外细节。参看图1描述的在IQ域中执行修正及计算的数字后端112的益处为IQ域为线性且可藉由线性函数估算。此有利地允许使用线性处理技术，此可显著减轻实施复杂性。
在图1中，IQ解调器140经展示为模拟前端108的一部分并在ADC 146i、146q的上游在模拟域中执行IQ解调变。在替代具体实例中，IQ解调器可为数字后端112的部分且可在数字域中执行IQ解调变。更特定言之，由放大电路132输出的经振幅调整的光侦测信号可由模拟前端108的ADC 146转换至数字经振幅调整的光侦测信号。数字后端112可接着将数字经振幅调整的光侦测信号分成其数字同相及正交相位版本(其亦可分别被称作I分量及Q分量，或简被称为I信号及Q信号)，其中数字正交相位信号相对于数字同相信号异相90度。换言之，IQ解调变可替代性地在ADC 146(例如，实施为带通积分三角ADC，但并不限于此)与动态增益及相位偏移修正器153之间执行，而非执行在放大电路132与ADC 146之间的IQ解调变。下文所描述的动态增益及相位偏移修正器153、串扰修正器154及静态相位偏移修正器158可与上述具体实例中的任一者一起使用，亦即，不管IQ解调器是模拟前端或是数字后端的一部分。
动态模拟增益及相位偏移修正
存在提供电力至模拟前端108的模拟组件(诸如但不限于放大器122及增益调整电路130的一或多个VGA)的模拟电压调节器及/或其他模拟电压供应器。此等模拟组件大体由图1中的电压供应器109表示。此等模拟组件的操作可取决于此等组件的温度及/或提供至此等组件的供电电压而改变。更特定言之，此等模拟组件的增益可取决于此等组件的温度及/或此等组件的操作电压而变化(例如，漂移)。另外，由此等组件引起的相位偏移可取决于此等组件的温度及/或此等组件的操作电压而变化。若未动态补偿，则增益及相位偏移的此等动态改变可不利地影响用以判定对象(例如，105)相对于光学式邻近侦测器102的距离的相位计算。现在将描述的特定具体实例用以补偿模拟前端108的模拟组件的增益及相位偏移的此等动态改变。
模拟前端108的放大器122及增益调整电路130(且更一般而言，模拟前端的在IQ解调器前的模拟电路)的动态响应可由以下等式以数学方式表示：
H(s)＝HO(s)·A(V，T)·ejφ(V，T)
其中
H(s)表示模拟前端的放大器及增益调整电路的总响应，
HO(s)表示模拟前端的放大器及增益调整电路的标称响应，
A(V，T)表示作为操作电压及温度的函数的模拟前端的放大器及增益调整电路的动态增益偏移，且
Φ(V，T)表示作为操作电压及温度的函数的模拟前端的放大器及增益调整电路的动态相位偏移。
根据具体实例，为了补偿模拟前端的在IQ解调器之前的模拟电路的动态增益及相位偏移，动态增益及相位偏移修正器153具有实质上等于HO(s)/H(s)＝1/(A(V，T)·ej φ(V，T)}的转移函数。换言之，动态增益及相位偏移修正器153具有实质上等于模拟前端108的放大器122及增益调整电路130(且更一般而言，模拟前端的在IQ解调器前的模拟电路的动态部分)的转移函数的动态部分的逆的转移函数。若动态增益及相位偏移修正器153的转移函数为HO/H′(s)，则需要H′(s)尽可能靠近H(s)。更一般而言，动态模拟增益及相位偏移修正器153修正归因于温度及/或用以对模拟前端108的电力组件供电的供应电压位准的改变的模拟前端108的增益及相位偏移的动态变化。
根据具体实例，为了估计模拟前端108的放大器122及增益调整电路130(且更一般而言，模拟前端之在IQ解调器前的模拟电路)的响应，校准参考信号由校准参考信号产生器107产生，且在校准模式期间使用开关Sw提供至模拟前端108，校准模式可更特定地被称作动态增益及相位偏移校准模式或程序。更特定言之，开关Sw在动态增益及相位偏移校准模式期间将模拟前端108的输入端连接至校准参考信号产生器107的输出端，且开关Sw在操作模式期间将模拟前端108的输入端连接至光侦测器106。
根据某些具体实例，由校准参考信号产生器107产生的校准参考信号基本上为由驱动器110输出的驱动信号的衰减版本，其在相位上与由驱动器110输出的驱动信号匹配。在一个具体实例中，校准参考信号接收经提供至驱动器110的输入端的同一信号(即，IrDr时序信号)且产生在相位上匹配于驱动器110的输出的输出，但具有在模拟前端108的动态范围内的一大小。在另一具体实例中，校准参考产生器107包括经组态为光学耦合器的另外光源及光侦测器(不同于104及106)，其中由(光学耦合器之)另外光侦测器产生的信号为校准参考信号。在再一具体实例中，校准参考信号产生器107包括：感测电阻器，其感测由驱动器110输出的驱动信号：及衰减器，其衰减感测的驱动信号的大小而不改变驱动信号的相位。替代性地，在校准模式期间，驱动器110可输出用作校准参考信号的具有减小的大小的驱动信号。与不顾实施如何无关，校准参考信号经产生且在动态增益及相位偏移校准模式期间使用开关Sw提供至模拟前端108，其中校准参考信号具有与由驱动器110输出的驱动信号相同的相位，且具有模拟前端108的动态范围内的大小。此校准参考信号亦可被称作零相(ZP)校准参考信号。
若不存在由模拟前端108的放大器122及增益调整电路130(且更一般而言，由模拟前端的在IQ解调器前的模拟电路)引起的动态增益偏移，则由ADC146i、146q响应于校准参考信号经提供至模拟前端108而输出的IQ向量(包括数字I信号及数字Q信号)的大小应仅取决于校准参考信号的大小、由放大器122引起的增益的标称位准，及由增益调整电路130引起的增益的标称位准。因此，IQ向量(响应于校准参考信号经提供至模拟前端108而产生)的预期大小可易于计算，或以其他方式藉由直接计算毕达哥拉斯定理或CORDIC算法来判定，但不限于此。然而，因为由放大器122及增益调整电路130引起的增益的实际位准将归因于温度及/或操作电压的变化而改变，所以IQ向量(响应于校准参考信号经提供至模拟前端108而产生)的实际大小将不同于预期大小，其中其间的差为由模拟前端108的放大器122及增益调整电路130(且更一般而言，由模拟前端的在IQ解调器前的模拟电路)引起的动态增益偏移。可在校准模式期间判定的IQ向量的实际大小与IQ向量的预期大小之间的差将被称作零相增益偏移或简称为AZP。
若不存在由模拟前端108的放大器122及增益调整电路130(且更一般而言，由模拟前端的在IQ解调器前的模拟电路)引起的动态相位偏移，则由ADC146i、146q响应于校准参考信号提供至模拟前端108而输出的IQ向量(包括数字I信号及数字Q信号)的相位应为标称相位偏移。换言之，IQ向量(响应于校准参考信号经提供至模拟前端108而产生)的预期相位为标称相位。然而，因为放大器122及增益调整电路130引起将归因于温度及/或操作电压的变化而变化的相位偏移，所以IQ向量(响应于校准参考信号经提供至模拟前端108而产生)的实际相位将不同于预期标称相位偏移，其中其间的差为由模拟前端108的放大器122及增益调整电路130(且更一般而言，由模拟前端之在IQ解调器之前的模拟电路)引起的动态相位偏移。可在校准模式期间判定的IQ向量的实际相位与IQ向量的预期相位之间的差将被称作零相相位偏移或简称为ΦZP。
根据具体实例，零相增益偏移(亦即，AZP)及零相相位偏移(亦即，ΦZP)在校准模式期间被判定，且用以判定由动态增益及相位偏移修正器153在操作模式期间应用的转移函数。更特定言之，根据具体实例，动态增益及相位偏移修正器153的转移函数为
Figure BDA0000825488770000131
取决于实施，由动态增益及相位偏移修正器153应用的前述转移函数亦可用以修正由光源104及/或光侦测器106引起的动态增益及相位偏移。
串扰修正
如上文所提，取决于实施，串扰修正器154修正电串扰及/或光学串扰。电串扰可(例如)由通过驱动器110产生的单端相对高电流同相驱动信号产生，驱动器110用以驱动光源104。更一般而言，电串扰亦可由自一电路、电路的一部分或频道至另一者的非所要电容、电感及/或导电耦合所引起，及/或归因于非所要电力供应耦合而引起。光学串扰可(例如)自经由分开光源104与光侦测器106的光障壁103的镜面反射、朗伯反射或泄漏而产生。光学串扰的原因及根源的例示性另外细节如上所论述。
最佳地，若驱动器110驱动红外光源104且在光学式邻近侦测器102的感测区(亦即，视野及范围)内不存在目标(例如，105)，则无由红外光源104发射的红外光应入射于光侦测器106上，且无信号应被提供至模拟前端，在该情况下，数字I信号及数字Q信号应具有零大小。然而，归因于电串扰及光学串扰，将并非为该情况。本文中所描述的某些具体实例修正此串扰，如以下所解释。
根据具体实例，在串扰校准程序或模式期间判定串扰，在此期间使光侦测器106不对自光学式邻近侦测器102的外部入射于光侦测器106上的光作出回应，且光源104由驱动器110以其将在操作模式期间相同的方式驱动。光侦测器106应不回应的光包括源自光源104及退出光学式邻近侦测器102的两个光，以及源自另一光源的环境光。在一个具体实例中，开关Sw可用以将放大器122的输入端与光侦测器106断开连接，且取而代之将放大器122的输入端连接至另一光侦测器(例如，虚设或校准光侦测器)，该另一光侦测器实质上与光侦测器106相同，但永久地覆盖有不透明材料或封于不透明材料内，使得从来不会有光入射于该另一光侦测器上。在此具体实例中，由ADC 146输出的数字I信号及数字Q信号包含IQ向量，其指示由模拟前端108产生的电串扰，但不指示光学串扰。
在另一具体实例中，藉由以不透明材料暂时覆盖光侦测器106使得入射于光学式邻近侦测器102上的光将不入射于光侦测器106上，可使光侦测器106不对自光学式邻近侦测器102的外部入射于光侦测器106上的光作出回应。在再一具体实例中，藉由将光学式邻近侦测器暂时置放于不包括在光学式邻近侦测器102的感测区内的目标(例如，105)的完全暗环境(例如，密封腔室或空间)中，可使光侦测器106不对自光学式邻近侦测器102104的外部入射于光侦测器106上的光作出回应。在此等后两个具体实例中，由光侦测器106产生的信号将包括电及光学串扰两者。更特定言之，在此等后两个具体实例中，由ADC 146输出的数字I信号及数字Q信号将包含指示由模拟前端108产生的电串扰的IQ向量，其亦指示光学串扰。指示此IQ向量的串扰误差数据储存于(例如)一或多个缓存器160中及/或内存162中(较佳地，非挥发性内存中)以在光学式邻近侦测器102的操作模式期间供串扰修正器154使用。更特定言之，在操作模式期间，指示串扰的IQ向量可自藉由动态增益及相位偏移修正器153输出的经动态增益及相位偏移修正的IQ向量减去以产生经动态相位及偏移修正且经串扰修正的IQ向量。
上述串扰误差数据可(例如)储存于一或多个缓存器160中或内存162中，缓存器160或内存162可为串扰修正器154所存取。上述串扰校准程序可仅一次性(例如，在工厂设定中)执行，或不定期(例如周期性地及/或响应于触发事件)执行。
静态相位偏移修正
由串扰修正器154输出的IQ向量可被称作经动态相位及偏移修正且经串扰修正的IQ向量，或更简单地称作经修正的IQ向量。相位及大小计算器156取决于此经修正的IQ向量(例如)使用查找表或算法计算相位值及大小，但不限于此。大小可由增益调整控制器150用以调整由增益调整电路130提供的增益。可使用相位值计算光学式邻近侦测器102与目标105之间的距离，该距离亦可被称作至目标105的距离。举例而言，亦可被称作相位偏移(相对于由IR光源发射的光)的相位值可经转换至时间延迟(因为对于任一载波频率，在相位偏移与时间延迟之间存在对应关系)。可藉由将时间延迟乘以熟知光速来将时间延迟转换至往返距离，如通常在使用飞行时间(TOF)原理时所进行。可藉由将往返距离除以二来将往返距离转换至单向距离，该单向距离为光学式邻近侦测器102与对象105之间的距离。更特定言之，光学式邻近侦测器102与对象105之间的距离(d)可使用以下等式来判定：d＝(c*t)/2，其中c为光速且t为时间延迟。最佳地，若目标105位于距光学式邻近侦测器102已知距离(例如，6吋)处，则由相位及大小计算器156判定的相位应对应于目标105为距光学式邻近侦测器102的彼已知距离(例如，6吋)。然而，归因于与模拟前端108相关联的静态相位偏移，情况将并非如此。换言之，前端108内的模拟电路将影响由相位及大小计算器156判定的相位的准确度是固有的。本文中所描述的某些具体实例修正此静态相位偏移，如以下所解释。
根据具体实例，在静态相位偏移校准程序或模式期间，将目标105置放于距光学式邻近侦测器102已知距离处，且将由相位及大小计算器156输出的相位与实际上对应于已知距离的相位比较。举例而言，若实际上对应于已知距离的相位为Φ1，但相位及大小计算器156判定在对象105在彼已知距离处时相位为Φ2，则可使用等式Φspo＝Φ2-Φ1判定静态相位偏移Φspo。静态相位偏移值误差数据可(例如)储存于一或多个缓存器160中或内存162中，缓存器160或内存162可为静态相位偏移修正器158存取。在操作模式期间，静态相位偏移修正器158修正光学式邻近侦测器102的静态相位偏移，其亦可被称作距离偏移校准。更特定言之，在操作模式期间，静态相位偏移修正器158自由相位及大小计算器156输出的相位值减去静态相位偏移(在静态相位偏移校准程序期间所判定)。
根据某些具体实例，在与操作模式相关联的步骤之前执行与各种校准模式或程序相关联的步骤。举例而言，每当待执行与操作模式相关联的步骤时可执行与各种校准模式相关联的步骤，或每N次待执行与操作模式相关联的步骤仅执行与各种校准模式相关联的步骤一次，或当待执行与操作模式相关联的步骤时执行与各种校准模式相关联的步骤，且其为自从执行校准模式中之一或多者的最后时间的最小指定时间量。在特定具体实例中，将与串扰校准模式及静态偏移校准模式相关联的步骤执行一次(例如，在工厂中)，且每当待执行与操作模式相关联的步骤时执行与动态增益及相位偏移校准模式相关联的步骤，或每N次待执行与操作模式相关联的步骤仅执行与动态增益及相位偏移校准模式相关联的步骤一次，或当待执行与操作模式相关联的步骤时执行与动态增益及相位偏移校准模式相关联的步骤，且其为自从执行校准模式的最后时间的最小指定时间量。此等仅为几个实例，其并不意欲涵盖全部。
方法
图2A、图2B、图2C及图2D的高阶流程图现将用以描述供光学式邻近侦测器(诸如参看图1描述的光学式邻近侦测器102)使用的方法。参看图2A描述的步骤意欲在光学式邻近侦测器的操作模式期间执行。参看图2B描述的步骤意欲在光学式邻近侦测器的动态增益及相位偏移校准模式或程序期间执行。参看图2C描述的步骤意欲在串扰校准模式或程序期间执行。参看图2D描述的步骤意欲在静态相位偏移校准程序期间执行。
如自以下论述将了解，且如上所述，应在参看图2A描述的操作程序或模式的第一实例前执行参看图2B、图2C及图2D描述的校准程序的至少一个实例，使得该光学式邻近侦测器可判定(在校准程序期间)在操作模式期间使用的恰当值、向量、转移函数及/或类似者。
参看图2A，产生具有载波频率的驱动信号，如在步骤202中所指示。可(例如)由以上参看图1描述的驱动器110执行步骤202。如在步骤204处所指示，藉由驱动信号驱动光源(例如，图1中的106)以藉此使光源发射具有载波频率的光。在步骤206处，产生模拟光侦测信号，其指示由光源发射而反射离开对象且入射于光侦测器(例如，图1中的106)上的光的一部分的大小及相位。在步骤208处，使用模拟放大电路(例如，图1中的132)放大模拟光侦测信号，以藉此产生经振幅调整的模拟光侦测信号。在步骤210处，执行IQ解调变以将经振幅调整的模拟光侦测信号分成模拟同相信号及模拟正交相位信号。可(例如)由以上参看图1描述的IQ解调器140执行步骤210。在步骤212处，将模拟同相及正交相位信号转换成数字同相及正交相位信号。可(例如)由以上参看图1描述的ADC 146i、146q执行步骤212。更一般而言，步骤202至212可由诸如(但不限于)以上参看图1描述的模拟前端108的模拟前端执行。
如以上在图1的论述中所解释，并非在模拟域中执行IQ解调变，而可替代地在数字域中由数字后端112执行IQ解调变。因此，更一般而言，在图2A中的步骤208与214之间，取决于经振幅调整的模拟光侦测信号，存在数字同相及正交相位信号的产生。
在步骤214处，针对由模拟前端的一部分引起的增益及相位偏移的动态变化执行修正，以藉此产生经动态增益及相位偏移修正的数字同相信号及正交相位信号。在步骤216处，执行针对电串扰及/或光学串扰的修正以藉此产生经串扰修正的数字同相信号及正交相位信号。在步骤216及218处的修正为依赖于闭合反馈回路以执行修正的闭路修正的实例。在步骤218处，取决于经串扰修正的数字同相信号及正交相位信号判定相位值及大小。在步骤220处，执行针对与模拟前端相关联的静态相位偏移的修正以藉此产生指示至对象的距离的相位值。步骤214至220可由诸如(但不限于)以上参看图1描述的数字后端112的数字后端执行。更特定言之，步骤214、216、218及220可分别由动态增益及相位偏移修正器153、串扰修正器154、相位及大小计算器156及静态相位偏移修正器158执行。
返回参照步骤214，模拟前端的增益及相位偏移的动态变化经修正的部分可包括用以执行在步骤208处的放大的放大电路(例如，图1中的132)。如上所解释，增益及相位偏移的此等动态变化可归因于温度及/或与放大电路相关联的操作电压的动态变化。另外，模拟前端的增益及相位偏移的动态变化经在步骤214修正的部分可包括光源及/或光侦测器(例如，图1中的104及/或106)。
用以执行在步骤208处的放大的放大电路具有一转移函数，其包括对应于放大电路的标称响应的一标称部分及对应于放大电路的动态增益偏移及动态相位偏移的一动态部分。根据具体实例，使用DSP及/或数字电路执行在步骤214处执行的对于增益及相位偏移的动态变化的修正，该DSP及/或数字电路应用实质上等于模拟放大电路的转移函数的动态部分的逆的转移函数。若前述转移函数(其包括标称部分及动态部分)亦包括光源及/或光侦测器的响应，则在步骤214处使用的前述逆转移函数亦可修正由光源及/或光侦测器引起的增益及相位偏移的动态变化。
根据具体实例，步骤202至212由光学式邻近侦测器的模拟前端执行，且步骤214至220由光学式邻近侦测器的数字后端执行。如上所述，参看图2A描述的步骤202至220是在光学式邻近侦测器的操作模式期间执行。图2B、图2C及图2D现将用以描述可在光学式邻近侦测器的各种校准模式期间执行的步骤。
图2B为用以描述用于由诸如图1中介绍的光学式邻近侦测器的光学式邻近侦测器在动态增益及相位偏移校准模式期间使用的方法的高阶流程图。参看图2B，在步骤222，产生具有与用于驱动光源的驱动信号相同的相位的校准参考信号。可(例如)使用以上参看图1所描述的校准参考信号产生器107执行步骤222。在步骤224处，(例如)使用图1中的开关Sw将校准参考信号提供至模拟前端。在步骤226处，判定对应于自模拟前端接收的数字同相信号及正交相位信号或其经滤波版本的IQ向量的实际大小及实际相位。在步骤228处，判定IQ向量的实际大小与IQ向量的预期大小之间的差，以便判定零相增益偏移。在步骤230处，判定IQ向量的实际相位与IQ向量的预期相位之间的差，以便判定零相相位偏移。在步骤232处，基于零相增益偏移及零相相位偏移，判定用于在光学式邻近侦测器的操作模式期间在步骤214处修正增益及相位偏移的动态变化的转移函数。步骤232亦可包括储存指示判定的转移函数的数据。可(例如)由图1中的动态增益及相位偏移修正器153或DSP或(更一般而言)处理器执行步骤224至232。此DSP或(更一般而言)处理器可或可不为用以实施图1中的动态增益及相位偏移修正器153的同一者。
图2C为用以描述用于由光学式邻近侦测器(诸如，图1中介绍的光学式邻近侦测器)在串扰校准模式期间用以判定用于在步骤216处(在操作模式期间)用以修正电及/或光学串扰的值或向量的方法。参看图2C，在步骤234，使光侦测器(例如，图1中的106)不回应自光学式邻近侦测器102外入射于光侦测器106上的光。如何执行步骤234的例示性细节如上所述，且因此，不需要重复。在步骤236及238处，分别地，(例如，由图1中的驱动器110)产生具有载波频率的驱动信号，且藉由驱动信号驱动光源以藉此使光源发射具有载波频率的光。在步骤240处，产生指示电及光学串扰的模拟侦测信号。在步骤242处，使用放大电路(例如，图1中的132)放大模拟侦测信号以藉此产生经振幅调整的模拟侦测信号。在步骤244处，执行IQ解调变以将经振幅调整的模拟侦测信号分成模拟同相信号及模拟正交相位信号。在步骤246处，将模拟同相信号及正交相位信号转换成指示电及光学串扰的数字同相信号及正交相位信号。在步骤248处，保存指示电及光学串扰的串扰误差数据(例如，在图1中的缓存器160或内存162中)，用于在操作模式期间使用。较佳地，将串扰误差数据保存于非挥发性内存中。
图2D为用以描述用于由诸如图1中介绍的光学式邻近侦测器的光学式邻近侦测器在静态相位偏移校准模式期间使用的方法的高阶流程图。参看图2D，当将对象置放于距光学式邻近侦测器(例如，102)一已知距离处时，获得经动态相位及偏移修正且经串扰修正的IQ向量，如在步骤250处所指示。可藉由基本上执行以上参看图2A描述的步骤202至216来执行此步骤，同时将对象置放于距光学式邻近侦测器一已知距离处。在步骤252，取决于经动态相位及偏移修正且经串扰修正的IQ向量，计算相位值。可藉由基本上执行以上参看图2A描述的步骤218来执行此步骤。在步骤254处，判定在步骤252处计算的相位值与对应于置放对象距光学式邻近侦测器的已知距离的一相位值之间的差，以藉此判定静态相位偏移。在步骤256处，保存指示静态相位偏移的数据(例如，在缓存器或内存中)，用于在操作模式期间在步骤220处使用。
图3说明由驱动器110产生的驱动信号的例示性重复率及例示性脉冲宽度。
残余误差的修正
当使用实际电路实施时利用飞行时间(TOF)原理的光学式邻近传感器趋向于对若干因素敏感，因素包括(但不限于)温度、供电电压、光源前向电压降、环境光及信号强度的动态变化。换言之，温度、供电电压、光源前向电压降、环境光及信号强度的动态变化可影响利用TOF原理的光学式邻近传感器的实际电路，且因此可影响由此等光学式邻近传感器产生的相位及/或距离值的准确度。利用校准参考信号的闭路校准可用以减少由此等动态变化产生的误差。上文描述此等闭路校准的实例。虽然此等闭路校准可用以显著减少误差，且藉此显著增加由利用TOF原理的光学式邻近传感器产生的相位及/或距离值的准确度，但仍可保留不利地影响准确度的残余误差。
残余误差可产生在温度、供电电压、光源前向电压降、环境光及/或信号强度的动态变化比可修正此等变化的闭路校准更快发生的情况下残余误差亦可由藉由增益调整电路(例如，图1中的130)，且更特定言之藉由此电路的VGA使用的增益值的改变而产生。残余误差亦可由在一或多个闭路校准回路的外部的相位误差产生。对于更特定实例，残余误差可归因于以下因素中的一或多者而发生：与入射于光侦测器(例如，图1中的106)上的环境光的改变相关联的跨阻抗放大器(例如，图1中的122)相位变化；校准参考信号的相位漂移(例如，由图1中的校准参考信号产生器107产生)；与增益调整电路(例如，图1中的130)相关联的相位误差；与光侦测器(例如，图1中的106)相关联的延迟漂移；与光源(例如，图1中的104)相关联的延迟漂移；及由振荡器飘移所引起的恒定时间延迟(例如，与图1中的时序产生器120相关联)。另外，或替代地，残余误差可归因于入射于光侦测器(例如，图1中的106)上的环境光的动态变化及/或归因于温度的动态变化而发生的光学串扰及/或电串扰的动态变化而发生。残余误差亦可归因于用以驱动光源(例如，图1中的104)的驱动电流的动态变化或漂移、跨越光源的前向电压降的动态变化或漂移以及光源的电光效率的动态变化或漂移而发生。残余误差的其他可能来源是关于与跨阻抗放大器(TIA)(例如，图1中的122)及/或低噪声放大器(low noise amplifier；LNA)相关联的共模抑制比(common-moderejection ratio；CMRR)及/或电源抑制比(power-supply rejection ratio；PSRR)的变化。残余误差亦可由光源(例如，图1中的104)的发光效率的温度依赖性变化及/或响应于光侦测器(例如，图1中的106)的温度依赖性变化产生。
图4说明根据具体实例的可修正上文所提及残余误差中的一或多者的光学式邻近侦测器。参看图4，其中展示的光学式邻近侦测器402包括包括于上文参看图1所描述的光学式邻近侦测器102中的全部组件加一些额外组件。图4中以与其在图1中相同的方式标记的组件以相同方式操作，且因此无需再次描述。
参看图4，光学式邻近侦测器402展示为亦包括温度传感器404、供电电压传感器406及光源前向电压降传感器408。根据具体实例：温度传感器404监视光学式邻近侦测器402的温度并输出数字温度信号；供电电压传感器406监视由电压供应器109产生的供电电压(Vcc)并输出数字供电电压信号；且光源前向电压降传感器408(亦称作Vf传感器)监视跨越光源104的前向电压降(Vf)并输出数字前向电压降信号。对于给定驱动信号，跨越光源104的Vf的变化将主要归因于光源104的温度的改变。在一具体实例中，温度传感器404是使用模拟温度传感器及模拟/数字转换器(ADC)而实施，该模拟/数字转换器输出具有与光学式邻近侦测器402的温度成正比的大小的数字信号。在一具体实例中，供电电压传感器406可使用输出具有与供电电压(Vcc)成正比的大小的数字信号的模拟/数字转换器(ADC)而实施。在一具体实例中，Vf传感器408是使用电阻分压器网络及模拟/数字转换器(ADC)而实施，该模拟/数字转换器输出具有与跨越光源104的前向电压降(Vf)成正比的大小的数字信号。由温度传感器404、供电电压传感器406及Vf传感器408产生的数字信号亦可被称作感测数字值，或更特定言之，被称作感测修正因子。另一例示性修正因子为由增益调整电路(例如，130)使用的增益值。根据具体实例，一或多个多项式等式用以修正上述残余误差中的一或多者。例示性二阶多项式等式为P＝P0+P1(x-x0)+P2(x-x0)2，其中P为经修正值，P0、P1及P2为经由测试判定的系数，变数x为经感测或量测的修正值，且x0为变量x在标称条件(例如，室温)下的值。如自此等式可了解，当x0＝x时，则P＝P0。换言之，在标称条件(例如，室温)下，P0为P的值，且因此P0亦可被称作因子P的标称值。多项式等式中的变数(例如，x)可为(例如)由温度传感器404输出的数字温度值、由供电电压传感器406输出的数字供电电压值，或由Vf传感器408输出的Vf值，但不限于此。
可用于对上述因子中的一或多者执行相位修正的二阶多项式等式的实例为φ＝φ0+φ1(x-x0)+φ2(x-x0)2。此等式可用以修正由相位及大小修正器156产生的相位值及/或由静态相位偏移修正器158产生的相位值。变量x可为(例如)由温度传感器404输出的数字温度值、由供电电压传感器406输出的数字供电电压值或由Vf传感器408输出的Vf值中的任一者，但不限于此。假定需要修正温度、供电电压及Vf的变化，则可使用以下多项式等式：φ＝φ0+φ1x(x-x0)+φ2x(x-x0)2+φ1y(y-y0)+φ2y(y-x0)2+φ1z(z-z0)+φ2z(z-z0)2，其中x对应于温度，y对应于供电电压，且z对应于Vf。标称条件下的系数及变量可经由实验而判定，例如，藉由在距离光学式邻近侦测器402的已知距离处定位对象105并改变温度及供电电压来判定。标称条件可包括标称温度(例如，摄氏21度)、标称供电电压(例如，3.30V)及标称Vf(例如，0.70V)，但不限于此。
可用于对上述因子中的一或多者执行串扰修正的类似等式为I＝I0+I1(x-x0)+I2(x-x0)2，及Q＝Q0+Q1(x-x0)+Qz(x-x0)2。此等等式可用以修正由动态增益及相位偏移修正器153产生的I及Q值及/或由串扰修正器154产生的I及Q值。变量x可(例如)为由温度传感器404输出的数字温度值、由供电电压传感器406输出的数字供电电压值或由Vf传感器408输出的Vf值中的任一者，但不限于此。假定需要修正温度、供电电压及Vf的变化，则可使用以下多项式等式：I＝I0+I1x(x-x0)+I2x(x-x0)2+I1y(y-y0)+I2y(y-x0)2+I1z(z-z0)+I2z(z-z0)2，及Q＝Q0+Q1x(x-x0)+Q2x(x-x0)2+Q1y(y-y0)+Q2y(y-y0)2+Q1z(z-z0)+Q(z-z0)2，其中x对应于温度，y对应于供电电压，且z对应于Vf。在标称条件下的系数及变量可经由实验而判定，例如，藉由在距离光学式邻近侦测器402的已知距离处定位对象105并改变温度及供电电压。标称条件可包括标称温度(例如，摄氏21度)、标称供电电压(例如，3.30V)及标称Vf(例如，0.70V)，但不限于此。对于另一实例，标称条件可包括由增益调整电路使用的标称增益值。可排除用于上述算法的变量中的每一者，同时享有由变量的剩余部分提供的功能性。类似地，其他变量可以相对低递增成本添加至实施。虽然上文所论述的多项式等式为二阶多项式等式，但可替代性地使用高阶等式，如可为负幂项。使用一阶多项式等式亦在本文中所描述的具体实例的范畴内，但二阶或更高阶多项式等式应产生更准确修正。
可使用数字电路执行上述等式，例如，数字电路为包括光学式邻近传感器402的其他组件的相同芯片的一部分。替代性地，独立数字芯片可专用于执行此等算法。在再一具体实例中，此等算法可使用主机微控制器单元(microcontroller unit；MCU)或微处理器的韧体而执行。此数字电路及/或MCU是由图4中的区块410表示。其他变化亦是可能的，且在具体实例的范畴内。根据具体实例，数字电路或微控制器次例程藉由将自身重应用于所要变量的每一组合而递回地计算每一变量的比重。
图5为用以描述用于对残余误差执行开路修正以供光学式邻近侦测器(诸如图4中介绍的光学式邻近侦测器)使用的方法的高阶流程图。参看图5，产生具有载波频率的驱动信号，如在步骤502中所指示。可(例如)由以上参看图1及图4描述的驱动器110执行步骤502。如在步骤504处所指示，藉由驱动信号驱动光源(例如，图1及图4中的104)以藉此使光源发射具有载波频率的光。在步骤506处，产生模拟光侦测信号，其指示由光源发射而反射离开对象且入射于光侦测器(例如，图1及图4中的106)上的光的一部分的大小及相位。在步骤508处，使用模拟放大电路(例如，图1及图4中的132)放大模拟光侦测信号，以藉此产生经振幅调整的模拟光侦测信号。
在步骤510处，数字同相信号及正交相位信号取决于经振幅调整模拟光侦测信号而产生。此步骤可包括，例如使用IQ解调器(例如，图1及4中的140)而执行IQ解调变以将经振幅调整的模拟光侦测信号分成模拟同相信号及模拟正交相位信号。此等模拟同相信号及正交相位信号可使用ADC(例如，图1及图4中的146i、146q)转换成数字同相信号及正交相位信号。更一般而言，步骤510可藉由模拟前端(诸如但不限于上文参看图1及图4所描述的模拟前端108)执行。如上述在图1的论述中解释，并非在模拟域中执行IQ解调变，而可替代性地在数字域中由数字后端(例如，图1及图4中的112)执行IQ解调变。
步骤512涉及量测一或多个修正因子，包括(例如)温度、供电电压及/或前向电压降。此等修正因子可(例如)使用温度传感器(例如，图4中的404)、供电电压传感器(例如，图4中的406)及/或前向电压降传感器(例如，图4中的408)来量测。
步骤514涉及对于由用以执行步骤502、504、506或508中的一或多者的电路的至少一部分所引起的增益及/或相位的动态变化执行一或多个闭路修正。可(例如)使用动态增益及相位偏移修正器(例如，图1及图4中的153)、串扰修正器(例如，图1及图4中的154)及/或增益调整控制器(例如，图1及图4中的150)中执行步骤514。
步骤516涉及使用一或多个多项式等式及一或多个感测修正因子中的至少一者(在步骤512处量测)以对用以执行步骤502、504、506或508中的一或多者的电路相关联的温度、供电电压或与前向电压降中的至少一者的动态变化执行一或多个开路修正。可(例如)藉由数字电路(例如，其为包括光学式邻近传感器的其他组件的相同芯片的一部分)、藉由专用于执行此等算法及/或使用主机MCU的韧体的独立数字芯片执行步骤516，其中的每一者及所有由图4中的区块410表示。
对于特定实例，步骤512可涉及量测光学式邻近侦测器的温度，且步骤516可涉及使用一或多个多项式等式及所量测温度以对光学式邻近侦测器的温度的动态变化执行开路修正。另外，或替代地，步骤512可涉及量测光学式邻近侦测器的供电电压，且步骤516可涉及使用一或多个多项式等式及所量测供电电压以对光学式邻近侦测器的供电电压的动态变化执行开路修正。另外，或替代地，步骤512可涉及量测跨越由驱动信号驱动的光源的前向电压降，且步骤516可涉及使用一或多个多项式等式及跨越光源的所量测前向电压降以对跨越光源的前向电压降的动态变化执行开路修正。如自上文论述可了解，此方法亦可包括藉由将对象定位于距光学式邻近传感器的已知距离处及故意地改变光学式邻近传感器的温度及光学式邻近传感器的供电电压而判定在标称条件下的一或多个多项式等式的变数的系数。在一具体实例中，步骤508涉及使用一或多个增益值以控制一或多个变量增益放大器，且步骤516涉及使用一或多个多项式等式以修正一或多个增益值中的至少一者的动态变化。
仍参看图4，步骤518涉及输出指示光学式邻近侦测器与对象之间的距离的距离量测结果(亦称作距离值)，其中藉由光源发射的光反射离开该对象并入射于光侦测器上。可(例如)藉由距离计算器(例如，图1及图4中的164)执行步骤518。作为上文所论述的各种闭路及开路修正结果而产生在步骤518处输出的距离值。
精确度估计
依赖于TOF技术且更特定言之依赖于正弦波调变TOF(sine wave modulationTOF；SWM TOF)技术的光学式邻近侦测器(诸如上文所描述的光学式邻近侦测器)可用以独立于返回信号强度而侦测至对象的距离。然而，距离信息不单独提供数据精确度如何(可能提供误导性结果)的指示。本文中所描述的特定具体实例允许主机系统或用户实时评估距离及精确度信息两者，藉此允许进行统计决策。举例而言，精确度信息可用以在基于距离的二进制侦测方案中减少错误负及/或错误正侦测速率。
一般而言，基于TOF的光学式邻近侦测器中的噪声随环境光诱发的DC光电流的平方根以及噪声带宽而增加。由噪声所引起的距离误差与信杂比(SNR)成反比。举例而言，2×整合噪声将导致距离的标准偏差的2×增大(即，精确度的2×减少)，而信号强度的2×增大将使标准偏差减半(亦即，具有双倍精确度)。
存取距离值的精确度可具有许多益处，范围为不良数据的简单筛选，或作为复杂算法(诸如卡尔曼滤波)的输入。
根据本发明技术的特定具体实例，光学式邻近侦测器或包括光学式邻近侦测器或与光学式邻近侦测器通信的系统基于以下信息计算精确度值：
积分时间(Tint)，其设定噪声带宽(Noise Bandwidth；NBW)；
DC光电流(DCPC)，其指示光电流诱发的散粒噪声；及
信号振幅/大小，其指示用以判定至目标的距离的所侦测信号的大小。
根据具体实例，此计算系使用操作一序列代数运算以计算最终结果的算术逻辑单元(ALU)实施。在另一具体实例中，可实施基于查找表(LUT)的解决方案。其他实施亦是可能的且在具体实例的范畴内。
可使用单片实施实施精确度估计，或多个子系统可协作以执行精确度估计。举例而言，可使DCPC ADC 111在芯片外。对于另一实例，数字算法可移至专用数字芯片，或主机MCU。
根据具体实例，精确度估计器166以与距离读出码相同的单位(例如以米为单位)提供距离精确度的估计，但不限于此。对于更特定实例，在距离计算器164产生1.2米的距离值的情况下，精确度估计器可输出0.1米的值，意谓该距离值较好表示为1.2米+/-0.1米。替代性地，精确度估计器166产生百分比值，例如8.3％。举例而言，在距离计算器164产生1.2米的距离值，且精确度估计器输出8.3％米的值的情况下，此意谓该距离值实际上为1.2米+/-8.3％。如上文所提，由距离计算器164输出的数字距离值可为至对象的距离的实际值。替代性地，由距离计算器164输出的数字距离值可为一与距离成正比或以其他方式与至对象的距离相关的值，至对象的距离的实际值可自该值(例如，藉由将该值乘以常数或将该值插入预定等式中)而计算。更一般而言，由距离计算器164输出的数字距离值指示光学式邻近侦测器102与在光学式邻近侦测器102的感测区(即，视野及范围)内的对象(例如，对象105)的间的距离，且由精确度估计器输出的数字值指示由距离计算器164输出的数字距离值的精确度。
自SWM TOF光学式邻近侦测器(诸如上文所描述的光学式邻近侦测器)获取的信息可视为两个正交同相及正交分量I及Q的组合，或视为具有大小A及相位
Figure BDA0000825488770000262
的向量。两个域的间的转换如下：
I＝A·cos(φ)
Q＝A·sin(φ)
Figure BDA0000825488770000261
φ＝arctan(I/Q)
可藉由进行梯度/小信号分析而进行此等两个域的间的误差传播。若在同相及正交分量中引入误差，则相位误差可藉由进行小信号分析，采用arctan2的偏导数估算。举例而言，以下等式可用以估计藉由同相及正交分量引入的误差：
Figure BDA0000825488770000271
Figure BDA0000825488770000272
Figure BDA0000825488770000273
在误差项变得超过信号项的10％后，此估算开始降级，此时全向量代数可适于计算误差。
若I及Q频道中的每一者的误差被视为与信号不相关且彼此不相关，则表达式可简化为以下各者：
Figure BDA0000825488770000274
Figure BDA0000825488770000275
Figure BDA0000825488770000276
Figure BDA0000825488770000277
若误差来自在解调变点的前的源，则可使用以下等式：
Figure BDA0000825488770000278
其中：
NBW为系统的噪声带宽。
整个表达式可简化为以下等式：
Figure BDA0000825488770000279
Figure BDA00008254887700002710
其中σ(即，西格马)表示标准偏差，fmod表示操作频率，且c为光速。
据具体实例，精确度估计器166使用用于σdistance的上述等式以产生其输出的数字精确度值。如自上述等式可了解，SWM TOF距离量测结果的精确度与SNR成反比，以及与操作频率(fmod)成反比。
根据具体实例，SNR是基于由相位及大小计算器156输出的信号大小(Mag.或A)、对应于环境光的由光侦测器106侦测的散粒噪声频谱密度Ishot、对应于模拟前端108的模拟电路的模拟电路噪声频谱密度Ickt及对应于数字滤波器152的积分时间Tint而计算。更特定言之，根据具体实例，用以计算精确度值的SNR值可根据以下等式来判定：
Figure BDA0000825488770000281
替代性地，依据输入电流方波的峰至峰摆动，SNR可根据以下等式判定：
Figure BDA0000825488770000282
根据具体实例，In 2是根据以下等式判定：
Figure BDA0000825488770000283
Figure BDA0000825488770000284
其中：
ID为经过光电二极管的DC电流。
m＝1.5为AFE的噪声因子。
Ishot为由光侦测器106侦测的环境光的噪声功率谱密度比重。此与由光侦测器侦测的起源于IR光源104、反射离开目标105，且入射于光侦测器106上的IR光相反。根据具体实例，Ishot是使用DCPC ADC 111在IR光源104并未发射IR光的时间段期间量测。根据具体实例，模拟电路噪声频谱密度Ickt是基于光学式邻近侦测器102的设计而判定，且经处理为常数，且可经由模拟及/或实验及/或使用电路设计及/或数学软件而判定。噪声因子m通常将在1至3的范围内，且对于此实例假定对于光学式邻近侦测器102为1.5。此噪声因子对于不同设计可不同，如一般熟习此项技术者将了解。
图6为用以描述用于提供精确度的估计以供光学式邻近侦测器(诸如图4中介绍的光学式邻近侦测器)使用的方法的高阶流程图。参看图6，产生具有载波频率的驱动信号，如在步骤602中所指示。可(例如)由以上参看图1及图4描述的驱动器110执行步骤602。如在步骤604处所指示，藉由驱动信号驱动光源(例如，图1及图4中的104)以藉此使光源发射具有载波频率的光。在步骤606处，产生模拟光侦测信号，其指示由光源发射而反射离开对象且入射于光侦测器(例如，图1及图4中的106)上的光的一部分的大小及相位。在步骤608处，使用模拟放大电路(例如，图1及图4中的132)放大模拟光侦测信号，以藉此产生经振幅调整的模拟光侦测信号。
在步骤610处，数字同相信号及正交相位信号取决于经振幅调整的模拟光侦测信号而产生。此步骤可包括，例如使用IQ解调器(例如，图1及4中的140)而执行IQ解调变以将经振幅调整的模拟光侦测信号分成模拟同相信号及模拟正交相位信号。此等模拟同相信号及正交相位信号可使用ADC(例如，图1及图4中的146i、146q)转换成数字同相信号及正交相位信号。更一般而言，步骤510可藉由模拟前端(诸如但不限于上文参看图1及图4所描述的模拟前端108)执行。如上述在图1的论述中解释，并非在模拟域中执行IQ解调变，而可替代性地在数字域中由数字后端(例如，图1及图4中的112)执行IQ解调变。
在步骤612处，指示光学式邻近侦测器与对象的间的距离的数字距离值是取决于数字同相信号及正交相位信号而产生。步骤616可至少部分藉由距离计算器(例如，图4中的164)而执行。在某些具体实例中，步骤612可涉及(例如)执行上文参看图1至图5所描述的闭路及/或开路修正中的一或多者。闭路修正可(例如)使用动态增益及相位偏移修正器(例如，图1及图4中的153)、串扰修正器(例如，图1及图4中的154)及/或增益调整控制器(例如，图1及图4中的150)而执行。开路修正可(例如)藉由数字电路(例如，其为包括光学式邻近传感器的其他组件的相同芯片的一部分)、藉由专用于执行此等算法及/或使用主机MCU的韧体的独立数字芯片而执行，其中的每一者及所有系由图4中的区块410表示。
在步骤614处，产生指示数字距离值的精确度的数字精确度值。在一具体实例中，步骤614可包括判定与在步骤606处产生的模拟光侦测信号相关联的信杂比(SNR)，及取决于SNR而产生数字精确度值。判定与在606处产生的模拟光侦测信号相关联的SNR可包括(例如)判定藉由光侦测器侦测的环境光的噪声频谱密度比重，及取决于藉由光侦测器侦测的环境光的所判定噪声频谱密度比重而判定SNR，如上文按额外细节来描述。在一特定具体实例中，步骤614可包括取决于设定光学式邻近侦测器的噪声带宽的积分时间、与产生模拟光侦测信号的光侦测器相关联的DC光电流及使用光侦测器产生的模拟光侦测信号的大小而判定数字精确度值。在某些具体实例中，在步骤614处产生的数字精确度值为指示标准偏差的量测结果。举例而言，数字精确度值可为标准偏差的恒定倍数，此取决于所要行为及实施。步骤614可藉由(例如)精确度估计器(例如，图4中的166)执行。
在步骤616处，输出数字距离值及数字精确度值。举例而言，数字距离值可藉由距离计算器(例如，图1及图2中的164)输出，且数字精确度值可藉由精确度估计器(例如，图4中的166)输出。输出的数字距离值及数字精确度值可皆为相同长度单位形式。替代性地，输出的数字距离值是以长度为单位，且输出的数字精确度值对应于百分比，如上文所解释。其他变化亦系可能的。
根据本发明的具体实例，数字精确度值愈小，信号完整性愈好。换言之，与距离量测相关联的误差棒较小。相反，数字精确度值愈大，信号完整性愈坏。换言之，与距离量测结果相关联的误差棒较大，且因此数字距离值可能不受信任。更一般而言，数字精确度值的大小可与数字距离值的精确度成反比，以使得数字距离值的大小愈小，数字距离值的精确度愈大。
在某些具体实例中，方法亦可包括取决于数字精确度值判定是否使用数字距离值来选择性地启用或停用子系统。举例而言，数字精确度值可与指示指定最小可接受精确度的精确度临限位准相比。在此具体实例中，若数字精确度值低于精确度临限位准，则存在数字距离值应用以选择性地启用或停用子系统的判定。另一方面，若数字精确度值高于精确度临限位准，则存在数字距离值应不用以选择性地启用或停用子系统的判定。
系统
本文中所描述的光学式邻近侦测器可用于各种系统，包括(但不限于)手机及手持型装置。参照图7的系统700，例如，光学式邻近侦测器102或402可用以控制是启用抑或停用子系统706(例如，触摸屏、显示器、背光、虚拟滚轮、虚拟小键盘、导览垫、摄影机、另一传感器、中央处理单元(central processing unit；CPU)、机械致动器等)。举例而言，光学式邻近侦测器可侦测诸如人的手指的对象接近的时间，且基于该侦测，启用(或停用)子系统706。更特定言之，邻近侦测器102或402的输出可提供至比较器或处理器704，其可(例如)将邻近侦测器的输出与一临限值比较，以判定对象是否在应启用(或停用，取决于所需要)子系统706的范围内。可使用多个临限值(例如，储存的数字值)，且一个以上可能响应可基于对象的侦测的邻近而出现。举例而言，若对象在第一邻近范围内，则第一响应可出现，且若对象在第二邻近范围内，则第二响应可出现。例示性响应可包括开始各种系统及/或子系统操作。
虽然以上已描述本发明的各种具体实例，但应理解，其已藉由实例且非限制来呈现。熟习相关技术者将显而易知，在不背离本发明的精神及范畴的情况下可在形式及细节方面进行各种变化。举例而言，虽然图1及图4中的光源104及光侦测器106经展示为在光学式邻近侦测器外部，但光源104及光侦测器106中的一或两者可取决于实施而视为光学式邻近侦测器102或402的一部分，且更特定言之光学式邻近侦测器的模拟前端的一部分。
本发明的范围及范畴不应由上文所描述例示性具体实例中的任一者限制，而应仅根据以下权利要求及其等效物进行定义。

Claims (20)

1.一种光学式邻近侦测器，其特征在于包含：
一驱动器，其调适以产生具有一载波频率的一驱动信号，所述驱动信号用于驱动一光源以藉此使所述光源发射具有所述载波频率的光；
一光侦测器，其调适以产生一光侦测信号，所述光侦测信号指示由所述光源发射而反射离开一对象且入射于所述光侦测器上的所述光的一部分的一大小及一相位；
一模拟前端，其调适以接收由所述光侦测器产生的所述光侦测信号并取决于所述光侦测信号而输出一数字光侦测信号，或数字同相信号及正交相位信号；
一或多个传感器，其调适以量测自下列各者所构成的族群中选出的一或多个修正因子：温度、供电电压或前向电压降；及
一数字后端，其调适以：
自所述模拟前端接收所述数字光侦测信号，或所述数字同相信号及正交相位信号，
对由所述模拟前端的一部分所引起的增益或相位中的至少一者的动态变化执行一或多个闭路修正，
使用一或多个多项式等式及所量测的所述一或多个修正因子中的至少一者来对温度、供电电压或前向电压降中的至少一者的动态变化执行一或多个开路修正，且
输出一距离值，所述距离值指示在所述光学式邻近侦测器与一对象之间的一距离，由所述光源发射的所述光反射离开所述对象且入射于所述光侦测器上。
2.如权利要求1所述的光学式邻近侦测器，其特征在于：
所述一或多个传感器包含一温度传感器，其调适以量测所述光学式邻近侦测器的所述温度；且
所述数字后端是调适以使用所述一或多个多项式等式中的至少一者及由所述温度传感器量测的所述温度以对所述光学式邻近侦测器的所述温度的动态变化执行所述一或多个开路修正。
3.如权利要求1所述的光学式邻近侦测器，其特征在于：
所述一或多个传感器包含一供电电压传感器，其调适以量测所述光学式邻近侦测器的所述供电电压；且
所述数字后端调适以使用所述一或多个多项式等式中的至少一者及由所述供电电压传感器量测的所述供电电压来对所述光学式邻近侦测器的所述供电电压的动态变化执行所述一或多个开路修正。
4.如权利要求1所述的光学式邻近侦测器，其特征在于：
所述一或多个传感器包含一前向电压降传感器，其调适以量测跨越由所述光学式邻近侦测器的所述驱动器驱动的所述光源的所述前向电压降；且
所述数字后端是调适以使用所述一或多个多项式等式中的至少一者及由所述前向电压降传感器量测的所述前向电压降来对跨越由所述光学式邻近侦测器的所述驱动器驱动的所述光源的所述前向电压降的动态变化执行所述一或多个开路修正。
5.如权利要求1所述的光学式邻近侦测器，其特征在于：
所述一或多个传感器包含：
一温度传感器，其调适以量测所述光学式邻近侦测器的所述温度，
一供电电压传感器，其调适以量测所述光学式邻近侦测器的所述供电电压，及
一前向电压降传感器，其调适以量测跨越由所述光学式邻近侦测器的所述驱动器驱动的所述光源的所述前向电压降；且
所述数字后端是调适以使用所述一或多个多项式等式中的至少一者、所量测的所述温度、所述供电电压及所述前向电压降以对所述温度、所述供电电压及所述前向电压降的动态变化执行所述一或多个开路修正。
6.如权利要求1所述的光学式邻近侦测器，其特征在于：
所述模拟前端包括放大电路，其在所述光侦测信号转换成所述数字光侦测信号或所述数字同相信号及正交相位信号之前使用一或多个增益值来控制由所述光侦测器产生的所述光侦测信号的放大；且
所述数字后端是调适以使用所述一或多个多项式等式中的至少一者来修正所述一或多个增益值中的至少一者的动态变化。
7.如权利要求1所述的光学式邻近侦测器，其特征在于：所述一或多个多项式等式中的至少一者包含一二阶多项式等式。
8.如权利要求1所述的光学式邻近侦测器，其特征在于：所述数字后端包括调适以实施所述一或多个多项式等式的数字电路。
9.如权利要求1所述的光学式邻近侦测器，其特征在于：所述数字后端包括调适以实施所述一或多个多项式等式的一微控制器或微处理器。
10.如权利要求1所述的光学式邻近侦测器，其特征在于：进一步包含由所述驱动信号驱动的所述光源，所述驱动信号由所述驱动器产生。
11.一种供一光学式邻近侦测器使用的方法，其特征在于包含以下步骤：
a)用具有一载波频率的一驱动信号驱动一光源以藉此使所述光源发射具有所述载波频率的光；
b)产生一模拟光侦测信号，其指示由所述光源发射而反射离开一对象且入射于一光侦测器上的所述光的一部分的一大小及一相位；
c)使用放大电路放大所述模拟光侦测信号以藉此产生一经振幅调整的模拟光侦测信号；
d)取决于所述经振幅调整的模拟光侦测信号而产生数字同相信号及正交相位信号；
e)量测自下列各者所构成的族群中选出的一或多个修正因子：温度、供电电压或前向电压降；
f)对由用以执行步骤a)、b)、c)或d)中的一或多者的电路的至少一部分所引起的增益或相位中的至少一者的动态变化执行一或多个闭路修正；
g)使用一或多个多项式等式及所量测的所述一或多个修正因子中的至少一者来对与用以执行步骤a)、b)、c)或d)中的一或多者的电路相关联的温度、供电电压或前向电压降中的至少一者的动态变化执行一或多个开路修正；及
h)输出一距离值，其指示所述光学式邻近侦测器与一对象之间的一距离，由所述光源发射的所述光反射离开所述对象并入射于所述光侦测器上。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于：
步骤e)包含量测所述光学式邻近侦测器的所述温度；且
步骤g)包含使用所述一或多个多项式等式中的至少一者及所量测的所述温度来对所述光学式邻近侦测器的所述温度的动态变化执行所述一或多个开路修正。
13.如权利要求11所述的方法，其特征在于：
步骤e)包含量测所述光学式邻近侦测器的所述供电电压；且
步骤g)包含使用所述一或多个多项式等式中的至少一者及所量测的所述供电电压来对所述光学式邻近侦测器的所述供电电压的动态变化执行所述一或多个开路修正。
14.如权利要求11所述的方法，其特征在于：
步骤e)包含量测跨越由所述驱动信号驱动的所述光源的所述前向电压降；且
步骤g)包含使用所述一或多个多项式等式中的至少一者及所量测的所述前向电压降来对跨越所述光源的所述前向电压降的动态变化执行所述一或多个开路修正。
15.如权利要求11所述的方法，其特征在于：
步骤e)包含量测所述光学式邻近侦测器的所述温度、所述光学式邻近侦测器的所述供电电压及跨越由所述驱动信号驱动的所述光源的所述前向电压降；且
步骤g)包含使用所述一或多个多项式等式中的至少一者、所量测的所述温度、所述供电电压及所述前向电压降来对所述光学式邻近侦测器的所述温度的动态变化、所述光学式邻近侦测器的所述供电电压的动态变化及跨越所述光源的所述前向电压降的动态变化执行所述一或多个开路修正。
16.如权利要求11所述的方法，其特征在于：在步骤c)处，一或多个增益值是用以控制所述放大；且其中在步骤g)处，所述一或多个多项式等式中的至少一者是用以修正所述一或多个增益值中的至少一者的动态变化。
17.如权利要求11所述的方法，其特征在于：所述一或多个多项式等式中的至少一者包含一二阶多项式等式。
18.如权利要求11所述的方法，其特征在于：进一步包含通过将一对象定位于距所述光学式邻近侦测器一已知距离处并故意地改变所述光学式邻近侦测器的一温度及所述光学式邻近侦测器的一供电电压来判定标称条件下所述一或多个多项式等式的变数的系数。
19.一种系统，其特征在于包含：
一光源；
一驱动器，其调适以产生具有一载波频率的一驱动信号以用于驱动所述光源而藉此使所述光源发射具有所述载波频率的光；
一光侦测器，其调适以产生一光侦测信号，其指示由所述光源发射而反射离开一对象且入射于所述光侦测器上的所述光的一部分的一大小及一相位；
一模拟前端，其调适以接收由所述光侦测器产生的所述光侦测信号并取决于所述光侦测信号而输出一数字光侦测信号，或数字同相信号及正交相位信号；
一或多个传感器，其调适以感测自下列各者所构成的族群中选出的一或多个修正因子：温度、供电电压或前向电压降；及
一数字后端，其调适以：
自所述模拟前端接收所述数字光侦测信号，或所述数字同相信号及正交相位信号，
对由所述模拟前端的一部分所引起的增益或相位中的至少一者的动态变化执行一或多个闭路修正，
使用一或多个多项式等式及所量测的所述一或多个修正因子中的至少一者来对温度、供电电压或前向电压降中的至少一者的动态变化执行一或多个开路修正，且
输出一距离值，其指示一光学式邻近侦测器与一对象之间的一距离，由所述光源发射的所述光反射离开所述对象并入射于所述光侦测器上；
一子系统，其能够经启用及停用；及
一比较器或处理器，其接收由所述数字后端输出的所述距离值并取决于所述距离值而选择性地启用或停用所述子系统。
20.如权利要求19所述的系统，其特征在于：所述子系统是自以下各者所构成的族群中选出：
一触摸屏，
一显示器，
一背光，
一虚拟滚轮，
一虚拟小键盘，
一导览垫，
一摄影机，
一传感器，
一中央处理单元CPU，或
一机械致动器。
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Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150253417A1 (en) * 2014-03-10 2015-09-10 Texas Instruments Incorporated Phase compensation in a time of flight system
US11036318B2 (en) * 2015-09-30 2021-06-15 Apple Inc. Capacitive touch or proximity detection for crown
DE102015222152A1 (de) * 2015-11-11 2017-05-11 Robert Bosch Gmbh Elektrohandwerkzeugmaschine
US10514448B2 (en) * 2016-05-17 2019-12-24 Sharp Kabushiki Kaisha Proximity sensor, proximity illumination intensity sensor, electronic device, and proximity sensor calibration method
TWI742011B (zh) * 2016-11-11 2021-10-11 原相科技股份有限公司 用於設定光學輸入裝置的方法與設定裝置以及相關光學輸入系統
US11409375B2 (en) 2016-11-11 2022-08-09 Pixart Imaging Inc. Method and apparatus for adjusting optical setting of optical input device and related optical input device
US10557965B2 (en) 2016-12-02 2020-02-11 Stmicroelectronics (Grenoble 2) Sas Device, system, and method for detecting human presence
JP2019028013A (ja) * 2017-08-03 2019-02-21 オムロンオートモーティブエレクトロニクス株式会社 対象物検出装置
US10852731B1 (en) * 2017-12-28 2020-12-01 Waymo Llc Method and system for calibrating a plurality of detection systems in a vehicle
TWI685669B (zh) 2018-10-29 2020-02-21 立積電子股份有限公司 雷達裝置及其洩漏修正方法
TWI676043B (zh) * 2018-11-08 2019-11-01 立積電子股份有限公司 超寬頻雷達收發器及其運作方法
US11681030B2 (en) 2019-03-05 2023-06-20 Waymo Llc Range calibration of light detectors
KR102648089B1 (ko) 2019-03-26 2024-03-19 삼성전자주식회사 이미징 장치 및 이미지 센서
TWI717842B (zh) * 2019-09-18 2021-02-01 茂達電子股份有限公司 具數位校正電路的光學趨近感測器及其數位校正方法
US11747453B1 (en) 2019-11-04 2023-09-05 Waymo Llc Calibration system for light detection and ranging (lidar) devices
GB202010008D0 (en) * 2020-06-30 2020-08-12 Ams Int Ag Sensing system
TWI734649B (zh) * 2020-11-26 2021-07-21 神煜電子股份有限公司 近接感測裝置
US11533062B1 (en) 2021-06-29 2022-12-20 Rockwell Collins, Inc. Non-uniform sampling photonic analog-to-digital converter
TWI757213B (zh) * 2021-07-14 2022-03-01 神煜電子股份有限公司 具線性電偏移校正的近接感測裝置

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4553198A (en) * 1982-12-10 1985-11-12 Powercube Corporation Power converter symmetry correction circuit
JPH0681511B2 (ja) * 1983-11-21 1994-10-12 株式会社明電舍 パルス幅変調方式インバ−タの制御装置
JP3400311B2 (ja) 1997-09-19 2003-04-28 本田技研工業株式会社 車両用距離センサにおける検出異常判定方法
CN1224281A (zh) * 1997-10-10 1999-07-28 摩托罗拉公司 具有温度补偿输出功率电平控制电路的射频发送器及其方法
JP3627582B2 (ja) 1999-07-30 2005-03-09 日産自動車株式会社 車両用追従制御装置
US6812466B2 (en) * 2002-09-25 2004-11-02 Prospects, Corp. Infrared obstacle detection in the presence of sunlight
KR100985667B1 (ko) * 2007-08-22 2010-10-05 주식회사 엘지화학 배터리 개방전압 추정장치, 이를 이용한 배터리 충전상태추정장치 및 그 제어 방법
WO2009079789A1 (en) 2007-12-21 2009-07-02 Leddartech Inc. Detection and ranging methods and systems
US8120268B2 (en) * 2008-01-25 2012-02-21 Eveready Battery Company, Inc. Lighting device and method of control based on chemistry composition of power source
DK2359593T3 (en) 2008-11-25 2018-09-03 Tetravue Inc High-resolution three-dimensional imaging systems and methods
US8760631B2 (en) 2010-01-27 2014-06-24 Intersil Americas Inc. Distance sensing by IQ domain differentiation of time of flight (TOF) measurements
US8384559B2 (en) 2010-04-13 2013-02-26 Silicon Laboratories Inc. Sensor device with flexible interface and updatable information store
GB2485995B (en) 2010-11-30 2014-01-01 St Microelectronics Res & Dev Improved proximity sensor and associated method, computer readable medium and firmware
US8848170B2 (en) * 2012-01-03 2014-09-30 Silicon Laboratories Inc. Optical detector
US8994926B2 (en) 2012-02-14 2015-03-31 Intersil Americas LLC Optical proximity sensors using echo cancellation techniques to detect one or more objects
US9823340B2 (en) 2012-12-04 2017-11-21 Texas Instruments Incorporated Method for time of flight modulation frequency detection and illumination modulation frequency adjustment
TW201425975A (zh) * 2012-12-19 2014-07-01 Wistron Neweb Corp 雷達系統及雷達系統控制方法
US9411049B2 (en) 2013-01-09 2016-08-09 Stmicroelectronics S.R.L. Proximity sensor having array of geiger mode avalanche photodiodes for estimating distance of an object to the array based on at least one of a dark current and a rate of current spikes generated in dark conditions
US9088282B2 (en) * 2013-01-25 2015-07-21 Apple Inc. Proximity sensors with optical and electrical sensing capabilities
US9263618B2 (en) * 2013-03-05 2016-02-16 Apple Inc. Proximity sensor module with light reflector
CN103834991A (zh) * 2014-03-10 2014-06-04 马鞍山明鑫电气科技有限公司 无温度信号处理开环式功率自控晶体生长控制方法
US9696199B2 (en) * 2015-02-13 2017-07-04 Taiwan Biophotonic Corporation Optical sensor
US9642215B2 (en) * 2015-07-28 2017-05-02 Intersil Americas LLC Optical sensors that compensate for ambient light and interference light

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TW201616152A (zh) 2016-05-01
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US20160116592A1 (en) 2016-04-28

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