CN108780150A - 光学传感器装置 - Google Patents

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Abstract

光学接近传感器装置包括具有第一发射器(E1)和第一检测器(D1)的第一传感器单元(SU1)和具有第二发射器(E1)和/或第二检测器(D2)的第二传感器单元(SU2)。第一检测器(D1)被配置为检测由第一发射器(E1)发射以及如果适用的话由第二发射器(E2)发射并且至少部分地被反射的光。如果适用的话，第二检测器(D2)被配置为检测由第一发射器(E1)发射并且至少部分地被反射的光。如果适用的话，第一发射器(E1)和第一检测器(D1)之间的距离小于第一检测器(D1)和第二发射器(E2)之间的距离，并且如果适用的话，小于第一发射器(E1)和第二检测器(D2)之间的距离。

Description

光学传感器装置
本发明涉及光学传感器装置，特别是光学接近传感器装置。
光学接近传感器可以用于电子设备中，例如智能电话。光学接近传感器可以被实施为能够在没有物理接触的情况下检测附近物体的存在的有源传感器装置。发射器可以发射电磁辐射，例如红外辐射，并且检测器可以检测在被物体反射之后返回的辐射。
由于发射器和检测器可以彼此相邻布置，并且辐射可能必须要穿过盖，例如其上印有墨的盖玻璃或盖塑料，因此，辐射可以被盖或墨反射，被盖或墨吸收，或被盖或墨散射，并因此在没有离开传感器装置并到达物体的情况下被检测到。这种现象表示为光学串扰，并可能导致信噪比降低。因此，所需或期望的信噪比可能会对所发射辐射的强度和/或检测器的灵敏度施加限制以限制串扰。因此，可能会减小传感器装置的检测范围，特别是最大检测距离。
在墨层覆盖发射器和/或检测器以相对于外部观察者伪装它们的装置中，光学串扰和减小的检测范围可能是特别成问题的。
因此，本发明的目的是提供具有增加的检测范围的光学接近检测的改进构思。
该目的由独立权利要求的主题实现。另外的实施方式和实施例是从属权利要求的主题。
根据改进的构思，使用至少两个接近感测对，其中一个接近感测对由彼此近距离布置的发射器和检测器组成，并且另一个接近感测对由彼此相距更远距离的发射器和检测器组成。具有近距离布置的发射器和检测器的接近感测对由第一传感器单元的第一发射器和第一检测器形成。它可以以较小的光强度和检测器灵敏度操作，并且可以用于检测在距离传感器装置的较近距离内的物体。具有以更远距离布置的发射器和检测器的另一接近感测对由第二传感器单元的第二发射器和第一检测器或者由第二传感器单元的第二检测器和第一发射器形成。它可以以较高的光强度和检测器灵敏度操作，并且可以用于检测在距离传感器装置的较远距离内的物体。以这种方式，针对这两个接近感测对的光学串扰减少，而传感器装置的检测范围覆盖短距离和长距离。
在此，如果没有另外说明，则表述“光”被理解为包括可见光和红外辐射。“可见光”表示波长为或大约为4*10-7m到7*10-7m范围内的电磁辐射。“红外辐射”、“红外光”和“红外线”是指波长为或大约为7*10-7m至1*10-3m范围内的电磁辐射。
根据改进的构思，提供了一种光学接近传感器装置，特别是用于检测物体的存在的光学接近传感器装置，其包括第一传感器单元和第二传感器单元。根据传感器装置的示例性实施例，第一传感器单元包括第一发射器(特别是发光设备，例如红外发光设备)以及第一检测器(特别是光检测器，例如红外检测器)。第一检测器被配置为检测由第一发射器发射的并且至少部分地被反射(特别是被物体反射)的光，特别是红外光。第二传感器单元包括第二发射器(特别是发光设备，例如红外发光设备)和/或第二检测器(特别是光检测器，例如红外检测器)。
在第二传感器单元包括第二发射器的实施方式中，第一检测器被配置为检测由第二发射器发射并且至少部分地被反射(特别是被物体反射)的光，特别是红外光。第一发射器与第一检测器之间(特别是第一发射器的有源区域与第一检测器的有源区域之间)的距离小于第一检测器与第二发射器之间(特别是第一检测器的有源区域和第二发射器的有源区域之间)的距离。
第一检测器和第一发射器形成具有第一检测范围的第一接近感测对。第一检测范围由第一最小检测距离限制，该第一最小检测距离至少部分地由第一发射器和第一检测器之间的距离限定。特别地，第一最小检测距离例如由第一发射器的发射锥与第一检测器的检测锥的交点限定。类似地，第一检测器和第二发射器形成具有第二检测范围的第二接近感测对。第二检测范围由第二最小检测距离限制，该第二最小检测距离至少部分地由第一检测器和第二发射器之间的距离限定。特别地，第二最小检测距离例如由第二发射器的发射锥与第一检测器的检测锥的交点限定。
在第二传感器单元包括第二检测器的实施方式中，第二检测器被配置为检测由第一发射器发射并且至少部分地被反射(特别是被物体反射)的光，特别是红外光。第一发射器与第一检测器之间(特别是第一发射器的有源区域与第一检测器的有源区域之间)的距离小于第一发射器与第二检测器之间(特别是第一发射器的有源区域和第二检测器的有源区域之间)的距离。
第一发射器和第二检测器形成具有第三检测范围的第三接近感测对。第三检测范围由第三最小检测距离限制，该第三最小检测距离至少部分地由第一发射器和第二检测器之间的距离限定。特别地，第三最小检测距离例如由第一发射器的发射锥与第二检测器的检测锥的交点限定。
由于第一发射器与第一检测器之间的距离小于第一检测器与第二发射器之间的距离，所以第一最小检测距离小于第二最小检测距离。出于类似的原因，第一最小检测距离小于第三最小检测距离。
因此，与第二和/或第三接近感测对相比，第一接近感测对可以检测在距离传感器装置的更近距离(例如，低至零距离)内的物体。而且，与第二和/或第三接近检测对相比，第一接近感测对可以用更低强度的发射光和/或更低检测灵敏度的第一检测器来驱动，这可以减少或限制光学串扰，并且因此增加了信噪比。
然而，由于第一检测器与第二发射器之间和/或第一发射器与第二检测器之间的较大的距离，在没有将光学串扰增加到不可接受的程度的情况下，可以用更高强度的发射光和/或更高检测灵敏度的第一检测器来驱动第二和/或第三接近感测对。因此，第二和/或第三接近感测对的最大检测距离或检测范围大于第一接近感测对的最大检测距离或检测范围。
因此，借助于改进的构思，可以同时实现减小的最小检测距离，增加的最大检测距离以及减小的或受限制的光学串扰。这与第二或第三接近感测对或者它们两者是否用于相应的实施方式中无关。
在第二传感器单元包括第二发射器和第二检测器的实施方式中，第二检测器被配置为检测由第二发射器发射并且至少部分地被反射(特别是被物体反射)的光。
第二发射器和第二检测器之间(特别是第二发射器的有源区域和第二检测器的有源区域之间)的距离小于第一检测器和第二发射器之间(特别是第一检测器的有源区域和第二发射器的有源区域之间)的距离，并且小于第一发射器和第二检测器之间(特别是第一发射器的有源区域和第二检测器的有源区域之间)的距离。
第二检测器和第二发射器形成具有第四检测范围的第四接近感测对。第四检测范围由第四最小检测距离限制，该第四最小检测距离至少部分地由第二发射器和第二检测器之间的距离限定。特别地，第四最小检测距离由第二发射器的发射锥与第二检测器的检测锥的交点限定。以上关于第一接近感测对所述的内容类似地适用于第四接近感测对。
发射锥通常包括理论上可以由相应的发射器照射的空间中的所有点。发射锥例如由相应发射器的有源区域的表面和相应发射器的最大发射角限定。特别地，发射锥由可以利用直线连接到有源区域的表面的所有点形成，该直线与有源区域的法线的角度小于或等于最大发射角。检测锥通常包括其中从点到达相应检测器的光理论上可以由相应的检测器检测到的空间中的所有这些点。检测锥例如由相应检测器的有源区域的表面和相应检测器的最大检测角来限定。特别地，检测锥由可以利用直线连接到有源区域的表面的所有点形成，该直线与有源区域的法线的角度小于或等于最大发射角。
如上所述的最小和最大检测距离可以例如从相应发射器的有源区域的表面和/或从相应的检测器的有源区域的表面测量。检测器和发射器的有源区域的表面可以例如位于同一平面内。
根据一些实施方式，传感器装置还包括处理单元。第一检测器被配置为根据第一检测器检测到的光生成第一检测器信号。处理单元被配置为接收第一检测器信号并根据第一检测器信号确定第一检测范围内和/或(如果适用的话)第二检测范围内物体的存在。
在包括第二检测器的实施方式中，第二检测器被配置为根据第二检测器检测到的光生成第二检测器信号。处理单元被配置为接收第二检测器信号并根据第二检测器信号确定在第三检测范围内和/或(如果适用的话)在第四检测范围内物体的存在。
根据传感器装置的一些实施方式，处理单元被实施为便携式电子设备(例如智能电话或平板电脑)的处理单元。
根据一些实施方式，传感器装置还包括具有覆盖第一和第二传感器单元的覆盖板的覆盖装置。覆盖板的第一表面(例如内表面)面向第一和第二传感器单元，并且覆盖板的第二表面(例如外表面)位于覆盖板的与第一表面相对的一侧上。
根据传感器装置的一些实施方式，第二表面至少部分地位于由第一发射器和第一检测器形成的第一接近感测对的第一检测范围内。
特别地，第二表面位于第一最小检测距离内。例如，第一发射器的发射锥和第一检测器的检测锥的交点至少部分地位于第一表面上、第一表面与第二表面之间和/或第二表面与第一和第二传感器单元之间。
因此，即使物体非常靠近传感器装置(特别是覆盖装置，例如覆盖板)，或者即使物体接触覆盖装置(例如覆盖板)，第一接近感测对也可以检测到该物体。
第一发射器和第一检测器的有源区域的表面例如可以布置在第一主平面内。覆盖板的第一和第二表面例如平行于第一主平面，并且第一主平面和覆盖板的第二表面之间的距离例如等于或大于第一最小检测距离。
根据传感器装置的一些实施方式，第二传感器单元包括第二发射器并且覆盖板的第二表面位于由第一检测器和第二发射器形成的第二接近感测对的第二检测范围之外。
根据传感器装置的一些实施方式，第二传感器单元包括第二检测器并且覆盖板的第二表面位于由第二检测器和第一发射器形成的第三接近感测对的第三检测范围之外。
特别地，第二表面位于第二和/或第三最小检测距离之外。例如，第二发射器的发射锥与第一检测器的检测锥的交点完全位于传感器装置之外。例如，第一发射器的发射锥与第二检测器的检测锥的交点完全位于传感器装置之外。
在第一检测器和第二发射器之间和/或在第一发射器和第二检测器之间的较大距离分别导致相应的较大的最小检测距离，也意味着第二和/或第三接近感测对的减少的光学串扰量。
第二发射器和/或第二检测器的有源区域的表面例如可以布置在第一主平面内。第一主平面和覆盖板的第二表面之间的距离例如小于第二和/或第三最小检测距离。
根据传感器装置的一些实施方式，第二传感器单元包括第二发射器和第二检测器。覆盖板的第二表面至少部分地位于由第二发射器和第二检测器形成的第四接近感测对的第四检测范围内。以上关于第一接近感测对和第一检测范围的解释分别类似地适用于第四接近感测对和第四检测范围。
根据传感器装置的一些实施方式，覆盖装置包括布置在覆盖板的第一或第二表面上的覆盖层，其中，覆盖层适于至少部分地反射可见光和/或至少部分地吸收可见光。
根据传感器装置的一些实施方式，覆盖层适于至少部分地透射由第一发射器和/或(如果适用的话)第二发射器发射的光，特别是至少部分地透射红外光。
根据传感器装置的一些实施方式，覆盖层包括墨层或涂料层。
根据传感器装置的一些实施方式，覆盖层覆盖第一和第二传感器单元。覆盖层覆盖第一发射器和第一检测器并且覆盖第二发射器和/或第二检测器。特别地，覆盖层不包括暴露或部分暴露第一或第二传感器单元的孔。特别地，覆盖层不包括通过其从孔装置之外可以看到第一发射器、第一检测器、第二发射器或第二检测器的孔。
覆盖层，特别是墨层或涂料层可以例如是白色、黑色或具有其他颜色。以这种方式，可以相对于外部观察者隐藏第一和第二检测器单元。另一方面，覆盖层可能意味着增加光散射。然而，根据改进的构思，特别是由于第一接近传感元件与第二和/或第三接近传感元件的组合，例如避免了由于增加的散射而导致的降低的信噪比，或将由于增加的散射而导致的降低的信噪比逆变成增加的信噪比。
根据一些实施方式，传感器装置还包括至少一个控制单元，例如至少一个状态机，其被配置为在第一测量周期期间驱动第一发射器以使第一发射器发射具有第一强度的光，特别是红外光，并将第一检测器的灵敏度控制为第一灵敏度。
第一强度和/或第一灵敏度例如调整为由覆盖层引起的光散射的量，以避免例如由于光学串扰而导致的减小的信噪比和/或第一检测器的饱和。
根据传感器装置的一些实施方式，第二传感器单元包括第二发射器，并且至少一个控制单元被配置为在第二测量周期期间驱动第二发射器以使第二发射器发射具有第二强度的光，特别是红外光，并将第一检测器的灵敏度控制为第二灵敏度。第二强度大于第一强度和/或第二灵敏度大于第一灵敏度。
由于第二发射器和第一检测器之间的距离大于第一发射器和第一检测器之间的距离，第二强度和第二灵敏度可以分别大于第一强度和第一灵敏度，而不会驱动第一检测器进入到由光学串扰引起的饱和。因此，由于低光学串扰和高信噪比，第二接近感测对的第二检测范围可以显著增加。
根据装置的一些实施方式，处理单元被配置为根据第一检测器在第一测量周期期间生成的第一检测器信号来确定第一检测范围中物体的存在。处理单元被配置为根据第一检测器在第二测量周期期间生成的第一检测器信号来确定第二检测范围中物体的存在。
根据传感器装置的一些实施方式，第一传感器单元包括第一集成电路IC，第一集成电路IC包括第一检测器并且包括或连接到第一发射器。
根据传感器装置的一些实施方式，至少一个控制单元包括由第一IC包含的状态机。
根据传感器装置的一些实施方式，第二传感器单元包括第二检测器，并且至少一个控制单元被配置为在第三测量周期期间驱动第一发射器以使第一发射器发射具有第三强度的光，特别是红外光，并将第二检测器的灵敏度控制为第三灵敏度。第三强度大于第一强度和/或第三灵敏度大于第一灵敏度。
如以上关于第一检测器和第二发射器所解释的，由于低光学串扰和高信噪比，第三接近感测对的第三检测范围可以显著增加。
根据传感器装置的一些实施方式，处理单元被配置为根据第二检测器在第三测量周期期间生成的第二检测器信号来确定第三检测范围中物体的存在。
根据传感器装置的一些实施方式，第二传感器单元包括第二集成电路IC，第二集成电路IC包括第二检测器。在包括第二发射器的实施方式中，第二IC可以包括或连接到第二发射器。
根据传感器装置的一些实施方式，至少一个控制单元包括由第二IC包含的状态机。
根据传感器装置的一些实施方式，第二传感器单元包括第二发射器和第二检测器，并且至少一个控制单元被配置为在第四测量周期期间驱动第二发射器以使第二发射器发射具有第四强度的光，特别是红外光，并将第二检测器的灵敏度控制为第四灵敏度。
第二检测器被配置为检测由第二发射器发射并且至少部分地被反射(特别是被物体反射)的光，特别是红外光。
根据一些实施方式，第二和/或第三强度大于第四强度。根据一些实施方式，第二灵敏度和/或第三灵敏度大于第四灵敏度。
根据传感器装置的一些实施方式，处理单元被配置为根据由第二检测器在第四测量周期期间生成的第二检测器信号来确定第四检测范围中物体的存在。
第四强度和/或第四灵敏度例如被调整为由覆盖层引起的光散射的量，以避免例如由于光学串扰导致的第二检测器的饱和。以这种方式，可以提高信噪比。
根据传感器装置的一些实施方式，至少一个控制单元包括第一IC的状态机和第二IC的状态机。例如，第一和第二IC的状态机相对于以下进行同步：第一和第二发射器发光的时间、对发射光强度的控制和对检测器灵敏度的控制。
根据一些实施方式，传感器装置还包括布置在第一传感器单元和第二传感器单元之间的挡光元件。
根据传感器装置的一些实施方式，挡光元件至少对于红外光是光学不透明的。挡光元件例如被布置为阻挡从第一传感器单元到第二传感器单元的直射光，反之亦然。
在包括第二检测器的实施方式中，挡光元件可以被布置为阻挡由第一发射器发射的光，否则其将直接地或者经由覆盖装置的反射在不离开传感器装置的情况下到达第二检测器。在包括第二发射器的实施方式中，挡光元件可以被布置为阻挡由第二发射器发射的光，否则其将直接地或者经由覆盖装置的反射在不离开传感器装置的情况下到达第一检测器。
借助于挡光元件，第一和第二传感器单元之间的光学串扰可以进一步降低，并且传感器装置的信噪比因此可以进一步提高。
根据传感器装置的一些实施方式，第一和/或第二发射器被实施为发光二极管LED、红外发光二极管IRED或IRLED、垂直腔表面发射激光器VCSEL，特别是红外发射器VCSEL或激光器，特别是红外激光器。
根据一些实施方式，第一和/或第二检测器被实施为光电检测器、光电二极管或CCD传感器，特别是实施为红外光敏光电检测器、光电二极管或CCD传感器。
根据改进的构思，还提供了一种用于光学接近检测的方法。根据示例性实施例，方法包括借助于第一传感器单元的第一检测器，在第一测量周期期间检测由第一传感器单元的第一发射器发射并且至少部分地被反射(特别是被物体反射)的光，特别是红外光。
方法还包括在第二测量周期期间，借助于第一检测器检测由第二传感器单元的第二发射器发射并且至少部分地被反射(特别是被物体反射)的光，特别是红外光，和/或在第三测量周期期间，借助于第二检测器单元的第二检测器检测由第一发射器发射并且至少部分地被反射(特别是被物体反射)的光。
第一发射器和第一检测器之间的距离小于第一检测器和第二发射器之间的距离，和/或小于第一发射器和第二检测器之间的距离。
根据方法的一些实施方式，在第一测量周期期间，由第一发射器发射的光具有第一强度，并且第一检测器的灵敏度被控制为第一灵敏度。
根据方法的一些实施方式，在第二测量周期期间，由第二发射器发射的光具有第二强度，并且第一检测器的灵敏度被控制为第二灵敏度，其中，第二强度大于第一强度和/或第二灵敏度大于第一灵敏度。
根据方法的一些实施方式，在第三测量周期期间，由第一发射器发射的光具有第三强度，并且第二检测器的灵敏度被控制为第三灵敏度，其中，第三灵敏度大于第一灵敏度和/或第三灵敏度大于第一灵敏度。
根据一些实施方式，方法还包括在第四测量周期期间，借助于第二检测器检测由第二发射器发射并且至少部分地被反射的光。
根据方法的一些实施方式，在第四测量周期期间，由第二发射器发射的光具有第四强度，并且第二检测器的灵敏度被控制为第四灵敏度。
方法的其他实施方式很容易从光学接近传感器装置的各实施方式中推导出，反之亦然。
要指出的是，第一、第二、第三和第四测量周期的命名不一定意味着一种排序。特别地，第一、第二、第三和第四测量周期或所述测量周期的子集的任何排序或顺序可以用于根据改进构思的传感器装置和方法的各种实施方式中。
此外，强调的是，第一、第二、第三和第四接近感测对的命名不意味着存在具有较低数量的接近感测对。特别地，传感器装置的一些实施方式可以包括第一接近感测对和第三接近感测对，但不包括第二接近感测对。
在下文中，借助于参照附图的示例性实施方式来详细解释改进的构思。在功能上相同或具有相同效果的部件可以由相同的附图标记来表示。对于相同的部件和/或具有相同效果的部件，可以仅针对它们首次出现的图来进行描述。在随后的附图中不一定重复对相同的部件和/或具有相同效果的部件的描述。
图1示出了根据改进构思的光学接近传感器装置的示例性实施方式的横截面；
图2示出了根据改进构思的光学接近传感器装置的另一示例性实施方式的横截面；以及
图3示出了根据改进构思的光学接近传感器装置的另一示例性实施方式的横截面。
图1示出了根据改进构思的光学接近传感器装置的示例性实施方式的横截面。传感器装置包括第一传感器单元SU1，该第一传感器单元包括具有有源区域AE1的第一发射器E1(例如实施为红外发光LED)和具有有源区域AD1的第一检测器D1(例如实施为红外光敏光电二极管)。第一发射器有源区域AE1与第一检测器有源区域AD1之间的距离由第一距离DS1给出。第一距离DS1可以例如为大约几毫米，例如1至5mm，例如2至3mm。
传感器装置还包括第二传感器单元SU2，第二传感器单元SU2包括具有有源区域AE2的第二发射器E2(例如实施为红外发光LED)。第一检测器有源区域AD1和第二发射器有源区域AE2之间的距离由大于第一距离DS1的第二距离DS2给出。例如，第二距离DS2可以为大约几厘米，例如1至5cm，例如2至3cm。
传感器装置还可以例如包括布置在第一和第二传感器单元SU1、SU2之间的可选的挡光元件B。
传感器装置例如还包括覆盖装置，该覆盖装置利用覆盖板CP覆盖第一和第二传感器单元SU1、SU2，覆盖板CP具有面向传感器单元SU1、SU2的第一表面S1和与第一表面S1相对的第二表面S2。对于由第一或第二发射器E1、E2发射的光，覆盖板CP例如是半透明或透明的。对于红外和可见光，覆盖板可以是半透明或透明的。
覆盖装置还可以包括覆盖层CL，例如墨层或涂料层，例如黑色、白色或彩色墨层或涂料层，覆盖层CL被布置在覆盖板CP的第一表面S1上并且覆盖传感器单元SU1、SU2。由第一或第二发射器E1、E2发射的光(特别是红外光)可以至少部分地经由覆盖层CL透射，而可见光(特别是来自传感器装置外部的可见光)至少部分地被覆盖层CL反射或者至少部分地被覆盖层CL吸收。
此外，图1示出了位于传感器装置附近并且不被传感器装置包括的第一物体O1和第二物体O2。第一和第二物体O1、O2可以例如是不同的物体或者可以表示在不同时间的同一物体。
光学接近传感器装置可以例如由便携式电子设备(例如智能电话或平板电脑)包含。特别地，覆盖板CP可以相当于便携式电子设备的显示器(特别是显示屏玻璃或塑料)或显示器的一部分，例如边框。
如图1中所示，第一发射器E1和第一检测器D1例如形成具有第一检测范围R1的第一接近感测对。在第一测量周期期间，第一发射器E1可以发射光L1，例如光脉冲，例如红外光，光L1可以至少部分地穿过覆盖装置离开传感器装置并且可以击中位于第一检测范围R1内的第一物体O1。然后，光L1例如部分地被第一物体O1反射，并且可以穿过覆盖装置到达第一检测器有源区域AD1。因此，第一检测器D1可以检测部分地被反射的光L1并根据检测到的光生成第一检测器信号。
处理单元(未示出)例如由便携式电子设备或由传感器装置包含，并且例如连接到第一检测器D1。处理单元例如被配置为根据第一测量周期期间的第一检测器信号来确定第一检测范围R1内第一物体O1的存在。
要指出的是，如果第一物体O1位于第一接近感测对的第一检测范围R1内，则只能以所描述的方式确定第一物体O1的存在。第一检测范围R1由指向覆盖板CP的箭头R1的头部所指示的第一最小检测距离以及远离覆盖板CP的箭头R1的头部所指示的第一最大检测距离来限定。
第一最小检测距离例如由第一发射器E1的发射锥与第一检测器D1的检测锥的交点限定。如果物体比所述交点更远离第一检测器有源区域AD1和发射器有源区域AE1，则该物体不能被第一发射器E1发射的光L1照射和/或反射光L1不能被第一检测器D1检测到。由于可以分别指定第一发射器E1和检测器D1的发射锥和检测锥，所以第一最小检测距离例如由第一距离DS1限定。特别地，第一距离DS1越小，第一最小检测距离就越小，反之亦然。在图1的示例中，可以调整第一距离DS1，使得第一最小检测距离与覆盖板CP的第二表面S2的位置一致或近似一致。因此，可以通过第一接近感测对来检测与覆盖板CP的距离为零或基本上为零的物体。
第一最大检测距离例如由在第一测量周期期间第一发射器E1发射的光L1的第一强度和/或由在第一测量周期期间第一检测器D1的第一灵敏度来限定。第一强度越高且第一灵敏度越高，第一最大检测距离就越大。
然而，由于第一检测器D1和第一发射器E1之间的光学串扰可以随着强度和灵敏度的增加而增加，所以第一强度和/或第一灵敏度不能选择为任意大。第一检测器D1和第一发射器E1之间的光学串扰可以例如源自由第一发射器发射的并且部分地从覆盖层CL、覆盖板CP的第一表面S1和/或第二表面S2反射或散射的并且在不离开传感器装置的情况下到达第一检测器有源区域AD1的光。
如图1中所示，第二发射器E2和第一检测器D1形成例如具有第一检测范围R2的第二接近感测对。在第二测量周期期间(第二测量周期可以例如在第一测量周期之后或之前)，第二发射器E2可以发射光L2，例如光脉冲，例如红外光，光L2可以至少部分地穿过覆盖装置离开传感器装置并且可以击中位于第二检测范围R2内的第二物体O2。然后，光L2例如部分地被第二物体O2反射，并且可以穿过覆盖装置到达第一检测器有源区域AD1。因此，第一检测器D1可以检测部分地被反射的光L2并根据检测到的光生成第一检测器信号。
处理单元例如被配置为根据第二测量周期期间的第一检测器信号来确定第二检测范围R2内第二物体O2的存在。
类似于上面的解释，如果第二物体O2位于第二检测范围R2内，则仅能够由第二接近感测对来确定第二物体O2的存在。第二检测范围R2由指向覆盖板CP的箭头R2的头部所指示的第二最小检测距离以及远离覆盖板CP的箭头R2的头部所指示的第二最大检测距离来限定。
类似于以上针对第一传感对所描述的，第二最小检测距离例如由第二发射器E2的发射锥与第一检测器D1的检测锥的交点限定。因此，第二最小检测距离例如由第二距离DS2限定。在图1的示例中，第二最小检测距离可以高于覆盖板CP的第二表面S2，特别是从传感器单元SU1、SU2的视角来看。
第二最大检测距离例如由在第二测量周期期间第二发射器E2发射的光L2的第二强度和/或由在第二测量周期期间第一检测器D1的第二灵敏度来限定。第二强度越高且第二灵敏度越高，第二最大检测距离就越大。
由于第二距离DS2大于、特别是显著大于第一距离DS1，所以第一检测器D1和第二发射器E1之间的光学串扰可以显著减少。特别地，光学串扰量可以例如随着相应的发射器和检测器之间的平方距离而衰减。因此，在没有导致不可接受的串扰量的情况下，可以分别选择大于第一强度和/或灵敏度的第二强度和/或第二灵敏度。因此，第二最大检测距离可以大于第一最大检测距离。
例如，第一最大检测距离可以在5cm以下，例如约为3cm，而第二最大检测距离可以例如在5cm与10cm之间，例如约为8cm。当然，这些值可以根据传感器装置的具体实施方式来调整。
由于具有第一检测范围R1的第一接近感测对和具有第二检测范围R2的第二接近感测对的组合，可以实现例如从覆盖板CP的第二表面S2延伸到由第二最大检测距离限定的较大距离的光学接近传感器装置的总检测范围。由于可以选择较低的第一强度和/或灵敏度，所以可以减小第一接近感测对的光学串扰。另一方面，由于较大的第二距离DS2，也可以减小第二接近感测对的光学串扰。因此，可以改进接近传感器装置的信噪比。
图1的光学接近传感器装置还可以包括控制单元(未示出)，该控制单元用于控制第一和第二测量周期的时间，特别是用于控制第一和第二强度以及第一和第二灵敏度以及相应的时间。控制单元可以例如由第一检测器D1的第一光电检测器集成电路IC包含。第一光电检测器IC也可以包括第一检测器有源区域AD1。
具体地，控制单元例如被配置为在第一测量周期期间驱动第一发射器E1以发射具有第一强度的光L1，并且在第二测量周期期间驱动第二发射器以发射具有第二强度的光L2。此外，控制单元例如被配置为在第一测量周期期间将第一检测器D1的灵敏度控制为第一灵敏度，并且在第二测量周期期间将第一检测器D1的灵敏度控制为第二灵敏度。
在一些实施方式中，第一光电检测器IC或第一传感器单元SU1包括可控的第一电流源(未示出)，可控的第一电流源例如由控制单元控制，并且特别是在第一测量周期期间适于向第一发射器E1提供驱动电流。
在一些实施方式中，第一电流源还可以被配置为特别是在第二测量周期期间向第二发射器E2提供驱动电流。可替代地，传感器装置(例如第二传感器单元SU2)可以包括第二电流源，该第二电流源被配置为向第二发射器E2提供驱动电流。第二电流源例如可以由控制单元或由另一个控制单元控制。
图2示出了根据改进构思的光学接近传感器装置的另一示例性实施方式的横截面。该传感器装置包括第一传感器单元SU1、覆盖装置以及例如参考图1所描述的可选的挡光元件B。
在图2中，传感器装置包括具有第二检测器D2(例如实施为红外光敏光电二极管)的第二传感器单元SU2，第二检测器D2具有有源区域AD2。第一发射器有源区域AE1和第二检测器有源区域AD2之间的距离由大于第一距离DS1的第三距离DS3给出。例如，第三距离DS3可以为大约几厘米，例如1至5cm，例如2至3cm。
关于第一接近感测对和相对于第一测量周期的解释，请参考图1。如图2中所示，第一发射器E1和第二检测器D2例如形成具有第三检测范围R3的第三接近感测对。在第三测量周期期间(第三测量周期可以例如在第一测量周期之后或之前)，第一发射器E1可以发射光L3，例如光脉冲，例如红外光，光L3可以至少部分地穿过覆盖装置离开传感器装置并且可以击中位于第三检测范围R3内的第三物体O3。然后，光L3例如部分地被第三物体O3反射，并且可以穿过覆盖装置到达第二检测器有源区域AD2。因此，第二检测器D1可以检测部分地被反射的光L3并根据检测到的光生成第二检测器信号。
第一和第三物体O1、O3可以例如是不同的物体或者可以表示在不同时间的同一物体。
处理单元(未示出)例如由便携式电子设备或传感器装置包含，并且例如连接到第一和第二检测器D1、D2。处理单元例如被配置为根据第一测量周期期间的第一检测器信号确定第一检测范围R1内第一物体O1的存在，和/或根据第三测量周期期间的第二检测器信号确定第三检测范围R3内第三物体O3的存在。
如关于图1中的第二接近感测对所解释的，如果第三物体O3位于第三接近感测对的第三检测范围R3内，则第三物体O3的存在仅能够以所描述的方式来确定。第三检测范围R3由指向覆盖板CP的箭头R3的头部所指示的第三最小检测距离以及远离覆盖板CP的箭头R3的头部所指示的第三最大检测距离来限定。
类似于以上针对第二传感对所描述的，第三最小检测距离例如由第一发射器E1的发射锥与第二检测器D2的检测锥的交点限定。因此，第三最小检测距离例如由第三距离DS3限定。在图2的示例中，第二最小检测距离可以高于覆盖板CP的第二表面S2，特别是从传感器单元SU1、SU2的视角来看。
类似于以上关于第二最大检测距离的解释，第三最大检测距离例如由在第三测量周期期间第一发射器E1发射的光L3的第三强度和/或由在第三测量周期期间第二检测器D2的第三灵敏度来限定。第三强度越高且第三灵敏度越高，第三最大检测距离就越大。
如以上针对第二接近感测对所解释的，由于第三距离DS2较大，特别是大于第一距离DS1，所以第一发射器E1和第二检测器D2之间的光学串扰例如减小。因此，在没有导致不可接受的光学串扰量的情况下，可以分别选择大于第一强度和/或灵敏度的第三强度和/或第三灵敏度。
例如，第三最大检测距离可以等于或近似等于第二最大检测距离。
如相对于图1针对第一和第二接近感测对的组合所解释的，图2中示出的具有第一检测范围R1的第一接近感测对和具有第三检测范围R3的第三接近感测对的组合也实现了例如从覆盖板CP的第二表面S2延伸到由第三最大检测距离限定的较大距离的总检测范围，并且减少了光学串扰且改进了信噪比。
图2的光学接近传感器装置还可以包括控制单元(未示出)，该控制单元用于控制第一和第三测量周期的时间，特别是用于控制第一和第三强度以及第一和第三灵敏度以及相应的时间。控制单元可以例如由第二检测器D2的第二光电检测器IC包含。第二光电检测器IC也可以包括第二检测器有源区域AD2。
特别地，控制单元例如被配置为在第三测量周期期间驱动第一发射器E1以发射具有第三强度的光L3。此外，控制单元例如被配置为在第一测量周期期间将第一检测器D1的灵敏度控制为第一灵敏度，并且在第三测量周期期间将第二检测器D2的灵敏度控制为第三灵敏度。
在一些实施方式中，第二光电检测器IC或第二传感器单元SU2还包括可控的第二电流源(未示出)，可控的第二电流源例如由控制单元控制，并且特别是在第一和第三测量周期期间适于向第一发射器E1提供驱动电流。
在根据图2的一些实施方式中，第一强度等于第二强度。在这样的实施方式中，第一和第二测量周期可以由一个公共测量周期来代替。以上关于第一和第二测量周期描述的所有步骤可以在公共测量周期期间执行。特别地，借助于第一接近感测对检测第一物体O1以及借助于第三接近感测对检测第三物体O3可以使用由第一发射器E1发射的相同的光脉冲来并行地执行。
典型地，检测器(例如光电二极管)的功耗可以小于发射器(例如LED)的功耗。因此，图2中所示装置的另一优点是可以减小功耗。
图3示出了根据改进构思的光学接近传感器装置的另一示例性实施方式的横截面。传感器装置包括第一传感器单元SU1、覆盖装置以及例如参考图1和图2所描述的可选的挡光元件B。
在图3中，传感器装置包括具有第二发射器E2和第二检测器D2的第二传感器单元SU2。第二发射器有源区域AE2与第二检测器有源区域AD2之间的距离由第四距离DS4给出。第四距离DS2可以例如为大约几毫米，例如1至5mm，例如2至3mm。对于第二和第三距离DS2、DS3，请参考关于图1和图2的解释。
图3的传感器装置在某种意义上是图1和图2中所示的传感器装置的组合。特别地，图3的传感器装置包括如关于图1和图2所描述的第一、第二和第三接近感测对。
对于分别在第一、第二和第三测量周期期间检测第一、第二和第三物体O1、O2、O3的存在，请参考图1和图2的解释。
此外，如图4中所示，第二发射器E2和第二检测器D2形成例如具有第四检测范围R4的第四接近感测对。在第四测量周期期间，第二发射器E2可以发射光L4，光L4可以至少部分地穿过覆盖装置离开传感器装置，并且可以击中位于第四检测范围R4内的第四物体O4。然后，光L4例如部分地被第四物体O4反射，并且可以穿过覆盖装置到达第二检测器有源区域AD2。因此，第二检测器D2可以检测部分地被反射的光L4并根据检测到的光生成第二检测器信号。
第一、第二、第三和第四物体O1、O2、O3、04可以例如都是不同的物体或者可以都表示在不同时间的同一物体。可替代地，第一、第二、第三和第四物体O1、O2、O3、O4中的两个或三个可以表示在不同时间的同一物体，而第一、第二、第三和第四物体O1、O2、O3、O4中的其余物体表示在不同时间的同一物体。
处理单元(未示出)例如由便携式电子设备或传感器装置包含，并且例如连接到第一和第二检测器D1、D2。处理单元例如被配置为根据第一测量周期期间的第一检测器信号确定第一检测范围R1内第一物体O1的存在，以及根据第二测量周期期间的第二检测器信号确定第二检测范围R2内第二物体O2的存在。此外，处理单元例如被配置为根据第三测量周期期间的第二检测器信号确定第三检测范围R3内第三物体O3的存在，以及根据第四测量周期期间的第二检测器信号确定第四检测范围R4内第四物体O4的存在。
要指出的是，第一、第二、第三和第四测量周期可以以任何顺序执行。
关于第四检测范围R4，请参照关于图1对第一检测范围R1的解释。特别地，在图4的示例中，可以调整第四距离DS4，使得第四最小检测距离与覆盖板CP的第二表面S2的位置一致或近似一致。因此，可以通过第四接近感测对来检测与覆盖板CP的距离为零或基本上为零的物体。
图3的光学接近传感器装置还可以包括至少一个控制单元(未示出)，该至少一个控制单元用于控制第一、第二、第三和第四测量周期的时间，特别是用于控制第一、第二、第三和第四强度以及灵敏度以及相应的时间。至少一个控制单元的第一控制单元可以例如由第一光电检测器IC或第一传感器单元SU1包含，并且至少一个控制单元的第二控制单元可以例如由第二光电检测器IC或者第二传感器单元SU2包含。第一和第二控制单元例如被同步以控制所述测量周期的时间。
如上所解释的，第一控制单元例如被配置为根据第一和第三测量周期来驱动第一发射器E1，并且根据第一和第二测量周期来控制第一检测器D1的灵敏度。如上所解释的，第二控制单元例如被配置为根据第二和第四测量周期来驱动第二发射器E2，并且根据第三和第四测量周期来控制第二检测器D2的灵敏度。在可替代的实施方式中，第一控制单元可以接管第二控制单元的任务，反之亦然。
要指出的是，上面提到的检测范围R1、R2、R3、R4对应于相应的正交检测范围。即，它们对应于在与相应的发射器有源区域AE1、AE2和检测器有源区域AD1、AD2的表面的正交的方向和与覆盖板CP的第一和第二表面S1、S2正交的方向上的检测范围。
在根据图4的可替代的实施方式中，所提到的测量周期中的一些是可选的。例如，如所描述的，一些实施方式可以根据第一、第二和第三测量周期而省略第四测量周期来操作。其他实施方式可以例如根据第一、第二和第四测量周期而省略第三测量周期来操作，或者可以根据第一、第三和第四测量周期而省略第二测量周期来操作。
此外，第一、第二、第三和第四接近感测对还可以具有各自的横向检测范围，横向检测范围由它们在与发射器有源区域AE1、AE2和检测器有源区域AD1、AD2的表面平行的主平面上的相应位置来限定。
关于图1和2中所示的实施方式所描述的优点类似地适用于图3的实施方式。图3中所示的实施方式的另一个优点是可以增加横向检测范围。
此外，根据图4的光学接近传感器装置也可以用于手势检测，特别是用于二维手势检测。为此，借助于由第一检测器D1和/或第二检测器D2检测到的光的强度的变化，可以检测物体的与发射器有源区域AE1、AE2和检测器有源区域AD1、AD2的表面正交的位置变化。可以通过第一检测器D1检测到的光的强度与第二检测器D2检测到的光的强度之比的变化，来检测物体的与连接第一和第二检测器有源区域AD1、AD2的虚拟线平行的位置变化。
借助于根据改进构思的传感器装置或方法，在不增加或减少整体光学串扰的情况下，可以实现具有增加的检测范围(特别是增加的最大检测距离)的光学接近检测。因此，可以改进传感器装置的信噪比。如果传感器单元SU1、SU2伪装在覆盖层CL之后，则改进的构思是特别有利的，否则这可能由于光学串扰而对发射光的强度和/或检测器灵敏度施加限制。
附图标记
SU1、SU2 传感器单元
E1、E2 发射器
D1、D2 检测器
AE1、AE2、AE3、AE4 有源区域
DS1、DS2、DS3、DS4 距离
B 挡光元件
CP 覆覆盖板
CL 覆盖层
R1、R2、R3、R4 检测范围
O1、O2、O3、O4 物体
L1、L2、L3、L4 光

Claims (20)

1.一种光学接近传感器装置，包括第一传感器单元(SU1)和第二传感器单元(SU2)，其中，
-所述第一传感器单元(SU1)包括第一发射器(E1)和第一检测器(D1)，所述第一检测器(D1)被配置为检测由所述第一发射器(E1)发射并且至少部分地被反射的光(L1)；
-所述第二传感器单元(SU2)包括：
-第二发射器(E2)，其中，所述第一检测器(D1)被配置为检测由所述第二发射器(E2)发射并且至少部分地被反射的光(L2)，并且其中，所述第一发射器(E1)和所述第一检测器(D1)之间的距离(DS1)小于所述第一检测器(D1)和所述第二发射器(E2)之间的距离(DS2)。
2.一种光学接近传感器装置，包括第一传感器单元(SU1)和第二传感器单元(SU2)，其中，
-所述第一传感器单元(SU1)包括第一发射器(E1)和第一检测器(D1)，所述第一检测器(D1)被配置为检测由所述第一发射器(E1)发射并且至少部分地被反射的光(L1)；
-所述第二传感器单元(SU2)包括：
-第二检测器(D2)，其被配置为检测由所述第一发射器(E1)发射并且至少部分地被反射的光(L3)，其中，所述第一发射器(E1)和所述第一检测器(D1)之间的距离(DS1)小于所述第一发射器(E1)和所述第二检测器(D2)之间的距离(DS3)。
3.根据权利要求1或2所述的光学接近传感器装置，其中，所述第二传感器单元(SU2)包括所述第二发射器(E2)和所述第二检测器(D2)。
4.根据权利要求1至3之一所述的光学接近传感器装置，其中，所述第一和/或所述第二检测器被实施为光电二极管，特别是被实施为红外光敏光电二极管。
5.根据权利要求1至4之一所述的光学接近传感器装置，还包括具有覆盖所述第一和第二传感器单元(SU1、SU2)的覆盖板(CP)的覆盖装置，其中，
-所述覆盖板(CP)的第一表面(S1)面向所述第一和第二传感器单元(SU1、SU2)；并且
-所述覆盖板(CP)的与所述第一表面(S1)相对的第二表面(S2)至少部分地位于由所述第一发射器(E1)和所述第一检测器(D1)形成的第一接近感测对的第一检测范围(R1)内。
6.根据权利要求5所述的光学接近传感器装置，其中，所述第一检测范围(R1)具有相对于所述第二表面(S2)的等于零的最小检测距离。
7.根据权利要求5或6之一所述的光学接近传感器装置，其中，
-所述第二传感器单元(SU2)包括所述第二发射器(E2)，并且所述覆盖板(CP)的第二表面(S2)位于由所述第一检测器(D1)和所述第二发射器(E2)形成的第二接近感测对的第二检测范围(R2)之外；和/或
-所述第二传感器单元(SU2)包括所述第二检测器(D2)，并且所述覆盖板(CP)的第二表面(S2)位于由所述第一发射器(E1)和所述第二检测器(D2)形成的第三接近感测对的第三检测范围(R3)之外。
8.根据权利要求7所述的光学接近传感器装置，其中，所述第二检测范围(R2)具有相对于所述第二表面(S2)的大于零的最小检测距离。
9.根据权利要求5至8之一所述的光学接近传感器装置，其中，
-所述第二传感器单元(SU2)包括所述第二发射器(E2)和所述第二检测器(D2)；并且
-所述覆盖板(CP)的第二表面(S2)至少部分地位于由所述第二发射器(E2)和所述第二检测器(D2)形成的第四接近感测对的第四检测范围(R4)内。
10.根据权利要求5至9之一所述的光学接近传感器装置，其中，所述覆盖装置包括布置在所述覆盖板(CP)的所述第一或第二表面(S1、S2)上的覆盖层(CL)，其中，所述覆盖层(CL)适于至少部分地反射可见光和/或至少部分地吸收可见光。
11.根据权利要求10所述的光学接近传感器装置，其中，所述覆盖层(CL)包括墨层或涂料层。
12.根据权利要求1至11之一所述的光学传感器装置，还包括至少一个控制单元，所述至少一个控制单元被配置为在第一测量周期期间驱动所述第一发射器(E1)以使所述第一发射器(E1)发射具有第一强度的光(L1)并将所述第一检测器(D1)的灵敏度控制为第一灵敏度。
13.根据权利要求12所述的光学传感器装置，其中，所述第二传感器单元(SU2)包括所述第二发射器(E2)，并且其中，所述至少一个控制单元被配置为在第二测量周期期间驱动所述第二发射器(E2)以使所述第二发射器(E2)发射具有第二强度的光(L2)并且将所述第一检测器(E1)的灵敏度控制为第二灵敏度，其中，所述第二强度大于所述第一强度和/或所述第二灵敏度大于所述第一灵敏度。
14.根据权利要求12或13之一所述的光学传感器装置，其中，所述第二传感器单元(SU2)包括所述第二检测器(D2)，并且其中，所述至少一个控制单元被配置为在第三测量周期期间驱动所述第一发射器(E1)以使所述第一发射器(E1)发射具有第三强度的光(L3)并且将所述第二检测器(D2)的灵敏度控制为第三灵敏度，其中，所述第三强度大于所述第一强度和/或所述第三灵敏度大于所述第一灵敏度。
15.根据权利要求12至14之一所述的光学传感器装置，其中，所述第二传感器单元(SU2)包括所述第二发射器(E2)和所述第二检测器(D2)，并且其中，所述至少一个控制单元被配置为在第四测量周期期间驱动所述第二发射器(E2)以使所述第二发射器(E2)发射具有第四强度的光(L4)并且将所述第二检测器(D2)的灵敏度控制为第四灵敏度。
16.根据权利要求1至15之一所述的光学接近传感器装置，还包括布置在所述第一传感器单元(SU1)和所述第二传感器单元(SU2)之间的挡光元件(B)。
17.一种用于光学接近检测的方法，包括：
-在第一测量周期期间，借助于第一传感器单元(SU1)的第一检测器(D1)检测由所述第一传感器单元(SU1)的第一发射器(E1)发射并且至少部分地被反射的光(L1)；以及
-在第二测量周期期间，借助于所述第一检测器(D1)检测由第二传感器单元(SU2)的第二发射器(E2)发射并且至少部分地被反射的光(L2)，其中，所述第一发射器(E1)和所述第一检测器(D1)之间的距离(DS1)小于所述第一检测器(D1)和所述第二发射器(E2)之间的距离(DS2)；和/或
-在第三测量周期期间，借助于所述第二传感器单元(SU2)的第二检测器(D2)检测由所述第一发射器(E1)发射并且至少部分地被反射的光(L3)，其中，所述第一发射器(E1)和所述第一检测器(D1)之间的距离(DS1)小于所述第一发射器(E1)和所述第二检测器(D2)之间的距离(DS3)。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，在所述第一测量周期期间，由所述第一发射器(E1)发射的光(L1)具有第一强度，并且所述第一检测器(D1)的灵敏度被控制为第一灵敏度，并且其中，
-在所述第二测量周期期间，由所述第二发射器(E2)发射的光(L2)具有第二强度，并且所述第一检测器(D1)的灵敏度被控制为第二灵敏度，其中，所述第二强度大于所述第一强度和/或所述第二灵敏度大于所述第一灵敏度；和/或
-在所述第三测量周期期间，由所述第一发射器(E1)发射的光(L3)具有第三强度，并且所述第二检测器(D2)的灵敏度被控制为第三灵敏度，其中，所述第三强度大于所述第一强度和/或所述第三灵敏度大于所述第一灵敏度。
19.根据权利要求17或18之一所述的方法，还包括在第四测量周期期间，借助于所述第二检测器(D2)检测由所述第二发射器(E2)发射并且至少部分地被反射的光(L4)。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，在所述第四测量周期期间，由所述第二发射器(E2)发射的光(L4)具有第四强度并且所述第二检测器(D2)的灵敏度被控制为第四灵敏度。
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