CN117083804A - 光学接近传感器 - Google Patents

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Abstract

光学接近传感器(100)包括光电二极管(205)、被配置成发光的光源(110)以及耦接至光电二极管的测量电路(120)。测量电路被配置成测量在光源关闭的第一阶段和在光源开启的第二阶段由光电二极管接收到的光。测量电路确定在第一阶段和第二阶段中测量的光之间的差，其中，用于关闭测量的第一阶段比用于开启测量的第二阶段长。

Description

光学接近传感器
技术领域
本公开内容涉及光学接近传感器。具体地，本公开内容涉及包括光电二极管、光源和测量电路的光学接近传感器，测量电路用于确定光源关闭时感测到的光与光源开启时感测到的光之间的差。本公开内容还涉及包括光学接近传感器的移动通信设备。
背景技术
光学接近传感器用于电子设备以确定对象相对于电子设备的接近度。该对象可以是使用该电子设备的操作者的身体的一部分，并且该电子设备可以是诸如智能手机的移动通信设备。在工业应用中，光学接近传感器可以用于确定穿过区域的对象的接近事件。接近传感器可以基于光强度测量，其中光源照射目标空间，使得反射光是离传感器最近的对象的距离的函数。可以执行至少两个测量来确定当光源例如LED或VCSEL开启和光源关闭时接收到的光。差代表反射光，反射光是对象接近度的函数。开启测量和关闭测量的相减去除了系统环境光。在传统的光学接近传感器中，光源开启的第一测量和光源关闭的第二测量具有相等的持续时间。
在当前的智能手机中，光学接近传感器和光源可以放置在智能手机显示器的背面，智能手机显示器可以基于OLED(有机发光二极管)技术。在这种情况下，在不影响显示失真的情况下，光源可以开启多久是有限制的。在用于接近的光源和OLED显示器刷新信号中也可能涉及一些同步。
接近传感器中使用的电子设备生成影响计算准确性的噪声。测量信号中的噪声的主要来源可能是在开启测量阶段和关闭测量阶段期间接收光的光电二极管的散粒噪声。在高环境光条件下，散粒噪声变得至关重要，这可能涉及环境光在100klux或更大的范围内的情况。
光学接近传感器需要提高光学接近传感器的SNR(信噪比)。为了降低由光电二极管生成的散粒噪声的影响，需要在高环境光条件下提高光学接近传感器的SNR。光学接近传感器应该适用于在传感器放置在显示屏背面的背面OLED条件下的智能手机应用。
本公开内容的目的是提供具有改进的SNR的光学接近传感器。
本公开内容的另一目的是提供在高环境光条件下具有改进的SNR的光学接近传感器。
本公开内容的又一目的是提供在背面OLED的情况下在高环境光条件下具有改进的SNR的光学接近传感器。
本公开内容的又一目的是提供具有提高的精度的光学接近传感器的移动通信设备。
发明内容
上述目标中的一个或更多个通过具有本权利要求1的特征的光学接近传感器来实现。
根据实施方式的光学接近传感器包括接收光学光的光电二极管。传感器包括光源，该光源被配置成在光源的开启阶段期间发光。光源可以是LED(发光二极管)或VCSEL(垂直腔面发射激光器)或者可以通过集成电路技术形成的另一光源。光学接近传感器包括耦接至光电二极管的测量电路，使得测量电路评估通过光电二极管接收到的光。测量电路能够操作并被配置成测量在光源关闭的第一阶段中由光电二极管接收到的光，使得仅环境光由光电二极管接收并且由测量电路评估。测量电路还能够操作并被配置成测量在光源开启的第二阶段中由光电二极管接收到的光，使得环境光加上由光源发射并被对象反射的光由光电二极管接收并评估。测量电路确定在第一阶段和第二阶段中测量的光之间的差。光测量相互减去，使得反射光被分离，并且作为指示对象的接近事件的量度。也可以在第一阶段使光源开启，在第二阶段使光源关闭，并且在电子电路中适当地减去光测量以估计反射光。第二阶段可以在第一阶段之后执行，或者第一阶段可以在第二阶段之后执行。
根据实施方式，光源关闭的第一阶段比光源开启的第二阶段长，使得第一阶段期间的测量比第二阶段期间的测量长。在关闭阶段接收和评估更多的光，使得与电路中生成的噪声特别是光电二极管的散粒噪声相比，接收到更多的信号能量。光源开启的第二阶段期间的测量时间受到在OLED在背面的情况下由光源生成的可接受失真的限制。实际上，第一阶段可以是第二阶段的整数倍，第一阶段可以是第二阶段的两倍或四倍或八倍，或者甚至更高的整数倍。
应用比第二阶段更长的第一阶段可以通过第一实施方式和可选的第二实施方式来实现。根据第一实施方式，光源关闭以测量环境光的第一阶段包括第一子阶段和第二子阶段的连续执行，其中在第一子阶段和第二子阶段中的每一个期间测量光。
测量电路包括耦接至光电二极管的积分器、耦接至积分器下游的求和保持电路以及设置在积分器与求和保持电路之间的用于对积分器输出电压信号进行采样的电容器装置。
电容器装置包括至少第一电容器和第二电容器，其中所述电容器中的一个选择性地在作为关闭阶段的第一阶段的至少第一子阶段和第二子阶段期间在操作时连接在积分器的输出端与求和保持电路的输入端之间。在作为光源的开启阶段的第二阶段期间，第一和第二电容器的并联连接在操作时连接在积分器的输出端与求和保持电路的输入端之间。因此，在第一阶段期间，电容器中的仅一个电容器操作，在第二阶段期间，两个电容器以平均电荷被转移至求和保持电路的并联连接操作。
由于第一阶段比第二阶段长，并且包括第一子阶段和第二子阶段，第一电容器在第一子阶段期间操作，而第二电容器在第二子阶段期间操作。这样的子阶段可以扩展至高于两个子阶段，其中更多的电容器作为并联阵列连接在求和保持输入端，其中每个电容器存储一个子阶段的积分电压。
第一电容器和第二电容器在第一子阶段、第二子阶段和第二阶段期间的操作通过设置在电容器板中的一个与积分器的输出端之间以及电容器板中的另一个与求和保持电路的输入端之间的开关来实现。开关被操作成使得连接至第一电容器的第一开关和第二开关在第一子阶段期间导通，而在第二子阶段期间不导通，以实现第一电容器在第一子阶段期间操作并且在第二子阶段期间解耦。连接至第二电容器的第三开关和第四开关在第一子阶段期间不导通，在第二子阶段期间导通，使得第二电容器在第二子阶段期间操作，并且在第一子阶段期间解耦。
电容器装置中的电容器由对应的控制信号控制，该控制信号在第一阶段的第一子阶段和第二子阶段期间执行与第三开关和第四开关相比异相的第一开关和第二开关的切换。当第三开关和第四开关不导通时，第一开关和第二开关导通，并且当第三开关和第四开关导通时，第一开关和第二开关不导通。
电容器装置可以包括设置在求和保持电路的积分器输出端与输入端之间的至少四个电容器。在作为光源的关闭阶段的第一阶段期间，所述四个电容器中的单个电容器与子阶段中的一个相关联。具有四个子阶段，四个电容器中的不同电容器与每个子阶段相关联，使得它在操作时连接在积分器输出端与求和保持电路输入端之间，其中其他电容器断开。四个电容器可以具有相等的电容。第一阶段的每个子阶段与电容器中的一个相关联。该原理可以扩展至大于四个电容器，例如八个电容器等。
在电容器装置的操作期间，从积分器接收输出信号，并且在电容器装置的各个电容器中存储电荷。在第一阶段的第一子阶段和第二子阶段期间执行噪声平均。来自积分器的信号包括有用信号部分和噪声部分，其中噪声平均降低噪声部分。
求和保持电路包括连接在电容器装置下游的放大器，该电容器装置包括连接在放大器的输入端与输出端之间的至少一个电容器和并联连接至电容器的开关。求和保持电路被配置和操作成生成输出信号，该输出信号表示在第一阶段结束时，即在第一阶段的最后一个子阶段结束时，存储在电容器装置的电容器中的电荷与在第二阶段结束时存储在电容器装置的电容器中的电荷之间的差。
在求和保持电路的输出端的信号，包括在第一阶段和第二阶段结束时来自电容器装置的电荷之间的差，被转发至ADC(模数转换器)，以将模拟电压信号转换成数字码，该数字码可以是比特流或数字字，用于进一步用于控制电路的操作。
根据第二替选实施方式，积分器生成第一信号，该第一信号表示在光源关闭的第一阶段期间由光电二极管接收到的光的量，并且第二信号表示当光源开启的第二阶段期间由光电二极管接收到的光的量。测量电路通过第一阶段和第二阶段(关闭阶段和开启阶段)的持续时间或长度的比值来对光源关闭的情况下的第一信号进行归一化。求和保持电路生成经归一化的关闭阶段的第一信号与开启阶段的第二信号之间的差。
设置在积分器的输入端与输出端之间的积分电容以第一阶段和第二阶段的长度的比值增加，使得积分器的增益从第一阶段至第二阶段改变。
关于接近传感器在较大设备中的应用，来自光学接近传感器的输出信号可以用在诸如智能手机的移动通信设备中，其中包括光源的接近传感器设置在显示器背面。来自光学接近传感器的输出信号用作对象相对于移动通信设备的接近程度的指示，并且可以用于控制显示器的亮度。例如，当对象在附近时，这可能是智能手机用户接到电话时的情况，显示器的亮度降低或关闭。当没有对象被确定为接近时，显示器的亮度被操作为正常。
应当理解，前面的一般描述和下面的详细描述都仅是示例性的，并且旨在提供理解权利要求的性质和特征的概述或框架。包括附图以提供进一步的理解，并且附图被结合至本说明书中并构成本说明书的一部分。附图示出了一个或更多个实施方式，并且与描述一起用于解释各种实施方式的原理和操作。附图的不同图中的相同元件用相同的附图标记表示。
附图说明
在附图中：
图1示出了包括光学接近传感器的移动通信设备的俯视图；
图2示出了根据第一实施方式的光学接近传感器的详细示意图；
图3示出了在根据第一实施方式的光学接近传感器中执行的操作步骤；
图4示出了来自图2的电路的信号；
图5示出了控制图2的电路中的开关的时钟信号；以及
图6示出了根据第二实施方式的光学接近传感器中的操作步骤。
具体实施方式
下面将参照示出本公开内容的实施方式的附图更全面地描述本公开内容。然而，本公开内容可以以许多不同的形式实施，并且不应该被解释为限于本文中阐述的实施方式。相反，提供这些实施方式使得本公开内容将向本领域技术人员完全传达本公开内容的范围。附图不一定是按比例绘制的，但是被配置成清楚地说明本公开内容。
图1示出了诸如智能手机的移动通信设备10的框图。智能手机10包括将环境与内部设备分开的显示器140。显示器140可以使用OLED技术。在智能手机10的使用期间，可以是使用智能手机的人的身体的一部分的对象150可以靠近显示器140的前表面，从而响应于对象150靠近显示屏140的检测来控制智能手机的操作。智能手机10包括被设置成全部在显示器140下方的光学接近传感器100。光学接近传感器100生成信号D，该信号D指示对象150相对于显示器140的事件或接近程度，并且根据信号D控制屏幕140的亮度。智能手机10的其他特征也可以由信号D控制。传感器100包括光源110，该光源110可以包括生成穿过显示器140进入环境的出射光束111的LED或VCSEL。发射的光束111被对象150反射，使得反射的光束151穿过显示器140返回。此外，来自灯泡160的环境自然光和/或人造光作为环境光束161穿透显示器140。传感器100包括连接至诸如光电二极管121的光接收元件的测量电路120，并且确定接近事件生成信号D。光电二极管121接收环境光161、反射光151和在显示器140的内表面处反射的来自光源110的交叉光(未示出)。由于光源被放置在显示器的背面，它影响显示器，使得光源的开启时间受到限制，以避免显示器的失真。
光源110照射空间，并且反射光是离传感器最近的对象的距离的函数。为了精确地测量该反射光并减去环境光，至少需要两次测量，一次是在照射光源110开启的情况下，另一次是在光源110关闭的情况下。该差是反射光的量度，并且因此是对象150与设备10的接近度的量度。电路的操作受到噪声的影响，该噪声特别是由光电二极管121的散粒噪声引起的，这在例如大于100klux的高环境光条件下可能是一个问题。
图2示出了测量电路120的详细示意图。测量电路120包括连接至光电二极管205的第一级121和连接至第一级121下游的第二级122。第一级121执行由光电二极管205生成的电流的积分，该积分被转发至第二级122，第二级122包括求和保持电路，以生成在开启时段和关闭时间段期间的积分结果之间的差。来自第二级122的所产生的电压在DA转换器260中被模数转换，生成数字数据码D。
光电二极管205设置在智能手机的显示器背面，并且仅在第一测量阶段接收环境光，以及在第二测量阶段接收环境光加上反射光。反射光源自由光源110生成的光，光源110可以是生成为限定波长例如940nm并在对象处反射的光的VCSEL。
第一级121包括积分器210，积分器210包括运算放大器211，在该运算放大器211中反相输入端耦接至光电二极管205。电容器212连接在放大器211的反相输入端与输出端213之间。放大器211的非反相输入端连接至参考电容器215，并且可以通过开关216充载参考电位VCM1。开关214与反馈电容器212并联连接以对积分器进行初始化。积分器210的输出信号S1包括诸如如下的部分：复位部分，在复位部分期间积分器被设置为初始状态，积分部分，在积分部分期间来自光电二极管205的电流被施加至积分器并且在电容器212中被积分，以及保持部分，在保持部分期间积分被停止并且积分信号S1被采样并被转发至第二级122。
第二级122包括采样电容器装置230，在本示例中，采样电容器装置230包括四个电容器231、232、233、234。对应的开关被提供至电容器的任一板，以将电容器耦接至积分器210的输出端213和下游连接的求和保持电路250的输入端253。电容器231通过开关241连接至积分器210的输出端213，并且通过开关242连接至求和保持电路250的输入端253。电容器232通过开关243连接至输出端213，并且通过开关244连接至输入端253。相应地，电容器233具有开关245、246，并且电容器234具有用于连接至端子213、端子253的开关247、开关248。在操作期间，电容器231、232、233、234中只有一个被选择并操作，使得在光源110的关闭阶段和第一测量阶段期间，它连接在积分器210的输出端213与求和保持电路250的输入端253之间。在光源110的开启阶段和第二测量阶段期间，所示的四个电容器的并联连接被连接在输出端213与输入端253之间，如下面更详细解释的。
第二级122包括连接在电容器装置230下游的求和保持电路250。求和保持电路250包括运算放大器251，其中反相输入端253连接至电容器装置230。至少一个电容器252连接在运算放大器251的反相输入端与输出端254之间。开关255并联连接至电容器252。另一电容器可以并联连接至电容器252。放大器251的同相输入端连接至参考电容器256，并通过开关257连接至另一参考电位VCM2。求和保持电路250在开启和关闭测量阶段期间从电容器装置230接收电压，并且形成由电容器装置提供的对应的电压信号之间的差，以减去环境光部分，使得反射光部分保持作为对象150相对于显示器140的接近度的度量。
现在结合图3解释图2的电路的操作，图3示出了图2的电路的操作阶段。图3的上部分表示光源110的操作。在由VCSEL形成的光源关闭的第一阶段320期间，光电二极管205仅接收环境光A。在VCSEL开启的连续的第二阶段321期间，光电二极管205接收环境光A和由对象反射的来自光源的光信号S，接收环境光加反射光的组合S+A。该处理继续进行另一开启阶段322和另一关闭阶段323。关闭-开启-开启-关闭的序列对于减少来自诸如灯泡、卤素灯或LED的人工光源的闪烁的影响是有用的。
关闭时间测量比开启时间测量长得多。根据其操作阶段在图3的下部分中示出的第一实施方式，关闭时间测量包括刚好一个接一个地执行的测量环境光的四个关闭测量周期311、312、313、314。在第四个环境光测量314之后，与由阶段315表示的光源110的开启阶段同步地执行开启测量。关闭测量阶段是开启测量阶段的四倍长，其中，关闭测量阶段包括四个单独的关闭测量子阶段311、312、313、314。
然后，执行开启和关闭阶段的测量周期，其中顺序以如下方式颠倒：先执行开启测量阶段316，随后执行四个连续的关闭测量阶段317、318、319、320。一个单独的开启或关闭测量阶段例如311或315包括311中的环境光的积分或315中的环境光加反射光的积分，随后分别是保持阶段3111和3151，以及分别为下一测量阶段312和316对电路进行准备的复位阶段。在阶段311期间，只有具有电容CS1的电容器234可以操作并且在操作时连接在第一级的输出端213与求和保持电路的输入端253之间。在阶段312、313、314期间，电容CS1的电容器234被关断，并且电容器中的另一个，例如在阶段312期间具有电容CS2的233、在阶段313期间具有电容CS3的电容器232和在阶段314期间具有电容CS4的电容器231操作。电容器231、……、234具有相等的电容，使得CS1＝CS2＝CS3＝CS4。在开启测量阶段，所有四个电容231、……、234彼此并联连接，使得第一级的输出端213与求和保持电路的输入端253之间的有效电容是电容CS1+CS2+CS3+CS4的和。电容231、……、234的单独和并联连接由开关241、242、……、247、248实现。开关由对应的控制信号CLK34、……、CLK31操作，所述控制信号提供相应的控制信号来开启或关闭开关，并且分别使开关不导通和导通。
噪声的影响得到改善，使得SNR(信噪比)低于在第一级与第二级之间仅设置一个采样电容，用于开启和关闭测量阶段的传统情况。以下等式适用于图2中的电路。
光电二极管中的散粒噪声电流给出如下：
散粒噪声电流＝sqrt(qI/ton)
其中q是电子电荷，I是光电流，并且ton是与积分时间基本相同的开启时间。
散粒噪声电压给出如下：
散粒噪声电压＝sqrt(qIton/Cint2)，其中
Cint是积分电容器212的电容。
对于给定的信号电压Vsignal1，关闭阶段的每个积分产生一定的噪声电压Vnoise1。
在平均之后，第二级上的信号和噪声电荷是：
第二级输入信号＝Vsignal1*CS1/4+Vsignal2*CS2/4+Vsignal3*CS3/4+Vsignal4*CS4/4
噪声电荷＝sqrt(Vnoise12*CS12/16+Vnoise22*CS22/16+Vnoise32*CS32/16+Vnoise42*CS42/16)
考虑到：
Vsignal1＝Vsignal2＝Vsignal3＝Vsignal4＝Vsignal
Vnoise1＝Vnoise 2＝Vnoise 3＝Vnoise 4＝VnoiseCS1＝CS2＝CS3＝CS4＝CS/4
得出：
信号电荷＝Vsignal*CS
噪声电荷＝Vnoise*CS/2
SNR＝2Vsignal/Vnoise
通过比较，在具有相等的关闭和开启测量时间以及在关闭和开启测量阶段中对应的相等电容的传统传感器中：
第二级输入信号＝Vsignal*CS
噪声电荷＝Vnoise*CS
SNR＝Vsignal/Vnoise
根据图2的电路的SNR显示与常规情况相比提高了2倍。SNR改善是每个开启阶段使用的关闭阶段数的函数。每个开启阶段的关闭阶段数越高，第一级积分器输出端处的SNR改善越大。
在图2所示的实施方式中，当VCSEL关闭并且仅感测环境光时，环境测量积分被执行更长时间。在接近测量期间，当VCSEL开启并且测量反射信号加上环境光加上可能的串扰时，测量时间比关闭时间测量期间短。然而，开启测量尽可能长，从而避免了显示器中的失真，因为光源设置在显示器的背面。扩展的关闭测量降低了散粒噪声的影响。关闭测量通过仅操作的一个电容器多重地执行，其中来自光电二极管的电压噪声在第一级输出处与由第一级积分器生成的热噪声平均。该电路在关闭阶段期间使用四个单独的电容器，在开启测量阶段期间使用四个电容器的并联组合，其中仅使用一个电容器将关闭测量阶段细分为四个连续的测量子阶段。该原理可以简化为两个测量子阶段和两个电容器，或者扩展至对应于八个或更多个关闭测量子阶段的八个或更多个电容器。使用四个测量子阶段和电容阵列中的四个电容器，总测量中的噪声降低约30％。这种技术不会增加功耗，因为VCSEL在较长的关闭测量阶段是关闭的。它不会显著增加电容面积，因为模拟平均处理中所需的电容被分成相等的部分。
图4示出了来自图2电路的信号。在积分器210的输出端213处提供信号S1，并且在求和保持电路250的输出端254处提供信号S2。信号S1的一个阶段示出了复位阶段TRESET的连续序列，其中积分器被带入初始化配置中。然后，执行积分阶段TINT，其中来自光电二极管的电流被积分至积分器的电容器212中，使得积分器的输出上升。然后，使用保持阶段THOLD将信号从积分器传送至电容器装置。在图4所示的示例中，测量周期410或420中的每一个包括两个关闭测量阶段411、412和421、422以及一个开启测量阶段413和423。开启和关闭阶段的序列从测量周期410至测量周期420进行颠倒，以减少来自人工照射的闪烁效应。求和保持电路的输出端处的信号S2取第一级输出的差，该差是信号加环境减去环境的测量，并且将信号存储在求和保持电路的电容器中。由于信号加上环境(开启)和环境(关闭)阶段的序列被改变为关闭-闭关-开启-开启-关闭-关闭，信号S2的前两个脉冲的差给出一个方向的输出(负向)，并且后两个脉冲的差给出相反方向的最终输出(正向)，如图4所示。
图5示出了来自图2电路的信号波形的示例。图5示出了构成邻近测量周期的四个关闭子阶段和一个开启子阶段的操作，其中第二周期具有颠倒的开启和关闭序列。信号CLK1、CLK2被施加至连接至光电二极管的开关和积分电容器，以在复位与积分阶段之间切换。信号CLK31、CLK32、CLK33、CLK34操作电容器装置230中的开关。如从图5可以收集到的，在关闭阶段期间，所述时钟信号CLK31、……、CLK34中只有一个是活动的，而其他时钟信号是非活动的。在开启测量阶段期间，所有四个时钟信号CLK31、……、CLK34都是活动的，使得所有四个电容器彼此并联连接。信号CLK4操作并联连接至求和保持电路250的电容器252的开关255。时钟信号CLK51、CLK52操作连接至求和保持电路中的电容器的开关。信号CLK7、CLK10用于将参考电容器和光电二极管驱动至对应的共模电压VCM1、VCM2。
根据第二实施方式，积分器生成第一信号，该第一信号表示在关闭阶段期间由光电二极管接收到的光的量。积分器还生成第二信号，该第二信号表示在开启阶段期间由光电二极管接收到的光的量，使得用照射光的测量时间可以是固定的，但是光源关闭时的积分/测量的时间增加。在光源的关闭阶段期间的环境光相对于在光源的开启阶段期间的环境光加信号光被积分并测量更长的时间。在求和保持电路中，通过减法之前的开启/关闭持续时间的比值来对关闭测量光计数进行标准化。该技术降低了环境光测量中的噪声，并且将总体散粒噪声提高了高达SQRT(2)的因子。因此，测量电路被配置成通过第一和第二阶段之间的长度比来对在关闭阶段期间生成的第一信号进行归一化，然后求和保持电路生成归一化的第一信号与在开启阶段期间获得的第二信号之间的差。
关闭阶段期间的环境光测量可以是开启阶段期间的测量的四至八倍长。可能需要在关闭和开启测量阶段期间使用积分器的不同增益，这可以通过根据第一和第二阶段的长度比来调整积分电容来实现。根据第二实施方式，关闭阶段期间的电容是开启阶段期间的电容的第一阶段与第二阶段的长度比值的倍数。
第一和第二实施方式增加了关闭阶段期间的测量时间，从而降低了散粒噪声，提高了SNR。如图2所描绘的第一实施方式在积分器的关闭和开启测量阶段保持相同的信号路径，并且对多个关闭阶段脉冲进行模拟平均。第二实施方式的电路通过关闭和开启阶段持续时间的比值来对信号进行归一化，并且可以调整积分信号路径的增益。
图6示出了根据第二实施方式的接近传感器的操作阶段。VCSEL光源的关闭和开启阶段在620、621、622、623处示出，其中关闭和开启阶段的序列在第二测量周期期间被颠倒以应对闪烁效应。在VCSEL关闭阶段620期间，对关闭时间积分toff执行积分，该toff是开启时间积分ton的k倍，其中k是大于1的整数。积分电容可以在关断时间积分期间增加因子k，使得积分电容为k*Cint，其中k是关闭时间积分与开启时间积分之间的因子，k＝toff/ton。在开启时间积分621期间，积分电容降低至Cint。
对本领域技术人员将明显的是，在不脱离所附权利要求中规定的本公开内容的精神或范围的情况下，可以进行各种修改和变化。由于本领域技术人员可能会想到结合本公开内容的精神和实质的所公开的实施方式的修改、组合、子组合和变化，因此本公开内容应当被解释为包括所附权利要求范围内的一切。
本专利申请要求德国专利申请第102021108275.7号的优先权，其公开内容通过引用并入本文。
附图标记
10 移动通信设备
110 光源
120 测量电路
140 显示器
210 积分器
121 第一阶段
122 第二阶段
205 光电二极管
230 电容阵列
250 求和保持电路
260 模数转换器
231、……、234 电容器
241、……、248 开关
212、252 电容器
211、251 运算放大器
311、……、320 测量阶段和子阶段
CLK1、……、CLK52 时钟信号
S1、S2 信号
CS1、……、CS4 电容

Claims (16)

1.一种光学接近传感器(100)，包括：
-光电二极管(205)；
-光源(110)，所述光源(110)被配置成发射光；
-耦接至所述光电二极管(205)的测量电路(120)，所述测量电路被配置成测量在所述光源关闭的第一阶段(301，304；311，……，314，317，……，320)中以及在所述光源开启的第二阶段(302，303；315，316)中由所述光电二极管接收到的光，并且被配置成确定在所述第一阶段和所述第二阶段中所测量的光之间的差，其中，所述第一阶段比所述第二阶段长。
2.根据权利要求1所述的光学接近传感器，其中，所述第一阶段包括连续执行的至少第一子阶段(311)和第二子阶段(312)。
3.根据权利要求2所述的光学接近传感器，其中，所述测量电路包括耦接至所述光电二极管(205)的积分器(210)、耦接至所述积分器(210)下游的求和保持电路(250)以及设置在所述积分器与所述求和保持电路之间的电容器装置(230)，
其中，所述电容器装置(230)包括至少第一电容器和第二电容器(231，232，233，234)，
其中，在所述第一阶段期间，所述第一电容器和所述第二电容器中的选择性的一个在操作时连接在所述积分器(210)的输出端(213)与所述求和保持电路(250)的输入端(253)之间，并且在所述第二阶段期间，所述第一电容器和所述第二电容器(231，232，233，234)的并联连接在操作时连接在所述积分器(210)的输出端(213)与所述求和保持电路(250)的输入端(253)之间。
4.根据权利要求3所述的光学接近传感器，其中，在所述第一子阶段(311)期间，所述第一电容器(CS1)在操作时连接在所述积分器的输出端与所述求和保持电路的输入端之间，并且在所述第二子阶段(312)期间，所述第二电容器(CS2)在操作时连接在所述积分器的输出端与所述求和保持电路的输入端之间。
5.根据权利要求3或4所述的光学接近传感器，其中，所述电容器装置(230)还包括：
-第一开关(241)，所述第一开关(241)连接在所述积分器的输出端(213)与所述第一电容器(231)之间；
-第二开关(242)，所述第二开关(242)连接在所述求和保持电路的输入端(253)与所述第一电容器(231)之间；
-第三开关(243)，所述第三开关(243)连接在所述积分器的输出端(213)与所述第二电容器(232)之间；以及
-第四开关(244)，所述第四开关(244)连接在所述求和保持电路的输入端(253)与所述第二电容器(232)之间。
6.根据权利要求5所述的光学接近传感器，其中，所述电容器装置(230)被配置成：
-将所述第一开关和所述第二开关(241，242)设置为在所述第一子阶段(311)期间导通，以及在所述第二子阶段(312)期间不导通；
-将所述第三开关和所述第四开关(243，244)设置为在第一子阶段(311)期间不导通，以及在第二子阶段(312)期间导通。
7.根据权利要求5或6所述的光学接近传感器，其中，所述电容器装置(230)被配置成在所述第一阶段(311，312)期间使所述第一开关和所述第二开关(241，242)与所述第三开关和所述第四开关(243，244)异相操作。
8.根据权利要求3至7中任一项所述的光学接近传感器，其中，所述电容器装置包括设置在所述积分器(210)的输出端(213)与所述求和保持电路(250)的输入端(253)之间的至少四个电容器(231，232，233，234)，其中，所述第一阶段包括连续执行的至少四个子阶段(311，312，313，314)，并且所述至少四个电容器中的单个电容器与所述至少四个子阶段中的一个相关联，并且所述至少四个电容器(231，232，233，234)的并联连接与所述第二阶段(315)相关联。
9.根据权利要求8所述的光学接近传感器，其中，所述至少四个电容器(231，232，233，234)中的每一个具有相同的电容。
10.根据权利要求3至9中任一项所述的光学接近传感器，其中，所述求和保持电路(250)包括连接在所述电容器装置(230)下游的放大器(251)、连接在所述放大器的输入端(253)与输出端(254)之间的至少一个电容器(252)、以及与所述电容器(252)并联连接的开关(255)，所述求和保持电路(250)被配置成生成输出信号(S2)，所述输出信号(S2)表示在所述第一阶段(311，312，313，314)结束时存储在所述电容器装置的所述电容器(231，232，233，234)中的电荷与在所述第二阶段(315)结束时存储在所述电容器装置的所述电容器中的电荷之间的差。
11.根据权利要求3至10中任一项所述的光学接近传感器，其中，所述积分器(210)被配置成在所述积分器的输出端(213)处生成包括有用信号部分和噪声部分的输出信号(S1)，其中，所述电容器装置(230)被配置成在所述第一子阶段和所述第二子阶段(311，312，313，314)期间对由所述积分器(2109)提供的所述噪声部分进行平均。
12.根据权利要求3至11中任一项所述的光学接近传感器，还包括模数转换器(260)，所述模数转换器(260)设置在所述求和保持电路(250)下游，以生成表示在所述第一阶段和所述第二阶段(311，312，313，314；315)期间接收到的光的差的数字码(D)。
13.根据权利要求1所述的光学接近传感器，所述测量电路(120)包括：
-积分器，所述积分器被配置成生成表示在所述第一阶段(301)期间由所述光电二极管(205)接收到的光的量的第一信号，并且生成表示在所述第二阶段(302)期间由所述光电二极管接收到的光的量的第二信号，所述测量电路被配置成通过所述第一阶段和所述第二阶段的长度的比值来对所述第一信号进行归一化；以及
-求和保持电路，所述求和保持电路被配置成生成经归一化的所述第一信号与所述第二信号之间的差。
14.根据权利要求13所述的光学接近传感器，其中，所述积分器包括连接在所述积分器的输入端与输出端之间的积分电容器，其中，所述积分电容器的电容按所述第一阶段和所述第二阶段的长度的比值增加。
15.一种移动通信设备(10)，包括：
-显示器(140)；以及
-根据权利要求1至14中任一项所述的光学接近传感器(100)，其中，所述光源(110)设置在所述显示器(140)的背面。
16.根据权利要求15所述的移动通信设备，
其中，所述显示器(140)的亮度根据由所述光学接近传感器(100)确定的接近程度(D)来控制。
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