DE112021004713T5

DE112021004713T5 - Näherungssensorik

Info

Publication number: DE112021004713T5
Application number: DE112021004713.2T
Authority: DE
Inventors: Sandeep Vernekar; Dinesh KURUGANTI; Vijay Ele
Original assignee: Ams International AG
Current assignee: Ams International AG
Priority date: 2020-09-07
Filing date: 2021-09-06
Publication date: 2023-07-13
Also published as: CN116034288A; US20230314609A1; WO2022049291A1; GB202014042D0

Abstract

Verfahren zur Näherungserkennung, das das Aussenden von Licht von einem Emitter und das Erfassen von reflektiertem Licht, das Anwenden eines Offsets auf das erfasste reflektierte Licht, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, das ein Indikator für Nähe ist, und das Bestimmen eines Durchschnittssignals des Ausgangssignals umfasst; ferner Feststellung, ob eine Drift aufgetreten ist, indem das Ausgangssignal mit einem ersten Schwellenwert und das Durchschnittssignal mit einem anderen Schwellenwert verglichen wird, und Anpassung des Offsets, wenn eine Drift festgestellt wird.

Description

Technischer Bereich der Offenbarung
Die Offenbarung bezieht sich auf ein Verfahren zur Näherungserkennung und auf ein Näherungserkennungssystem.
Hintergrund der Offenbarung
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Verfahren zur Näherungserkennung. Die Näherungserkennung wird verwendet, um festzustellen, wann sich ein Smartphone in der Nähe eines Objekts befindet. Bei dem Objekt kann es sich beispielsweise um das Ohr des Benutzers oder um das Gewebe einer Tasche des Benutzers handeln. Wenn ein Näherungssensor feststellt, dass sich ein Smartphone in der Nähe eines Objekts befindet, wird der Bildschirm des Smartphones ausgeschaltet und die Berührungsempfindlichkeit des Bildschirms deaktiviert. Dies hat den Vorteil, dass die Batterielebensdauer verlängert wird und sichergestellt ist, dass das Telefon nicht versehentlich bedient wird. Wenn ein Näherungssensor feststellt, dass sich das Smartphone von dem Objekt entfernt hat, wird der Bildschirm eingeschaltet und die Berührungsempfindlichkeit aktiviert. Dadurch kann der Benutzer Bilder auf dem Bildschirm sehen und das Smartphone bedienen.
Ein Problem, das bei der Näherungssensorik auftreten kann, ist, dass der Näherungssensor fälschlicherweise feststellt, dass sich ein Smartphone in der Nähe eines Objekts befindet, obwohl dies nicht der Fall ist, oder dass er nicht erkennt, dass ein Smartphone von einem Objekt wegbewegt wurde.
Ziel der vorliegenden Offenbarung ist es daher, eine Näherungssensorik bereitzustellen, die eines oder mehrere der oben genannten Probleme löst oder zumindest eine nützliche Alternative bietet.
Zusammenfassung
Im Allgemeinen schlägt diese Offenbarung vor, die oben genannten Probleme zu überwinden, indem ein Offset auf ein von einem Näherungssensor ausgegebenes Signal angewandt wird, wobei der Offset an die Drift angepasst wird, die durch den Vergleich des Ausgangssignals mit einem ersten Schwellenwert und den Vergleich eines Durchschnittssignals (z. B. eines gleitenden Durchschnittssignals) mit einem anderen Schwellenwert ermittelt wird.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Verfahren zur Näherungserfassung bereitgestellt, das das Aussenden von Licht von einem Emitter und das Erfassen von reflektiertem Licht umfasst, ferner Anwenden eines Offsets auf das detektierte reflektierte Licht, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, das ein Indikator für Nähe ist, Bestimmen eines Durchschnittssignals des Ausgangssignals, Bestimmen, ob eine Drift aufgetreten ist, indem das Ausgangssignal mit einem ersten Schwellenwert und das Durchschnittssignal mit einem anderen Schwellenwert verglichen wird, und Anpassen des Offsets, wenn eine Drift festgestellt wird.
Die Bestimmung der Drift auf diese Weise hat den Vorteil, dass die Drift erkannt werden kann und gleichzeitig vermieden wird, dass die Bewegung des Systems auf ein Objekt zu oder von einem Objekt weg fälschlicherweise als Drift erkannt wird.
Vorzugsweise wird die Drift erst dann erkannt, wenn das Ausgangssignal und das Durchschnittssignal die Schwellenkriterien für die Drift über einen bestimmten Zeitraum erfüllen.
Die Zeitspanne kann 300 µs oder mehr, 700 µs oder mehr oder 1,5 ms oder mehr betragen. Die Zeitspanne kann einen Wert von bis zu 26 ms, einen Wert von bis zu 13 ms oder einen Wert von bis zu 6 ms haben.
Die vorgegebene Zeitspanne kann eine vorgegebene Anzahl von Näherungsmesszyklen sein.
Die vorgegebene Anzahl der Näherungsmesszyklen kann 3 oder mehr, 7 oder mehr, 10 oder mehr oder 15 oder mehr betragen. Die vorgegebene Anzahl der Näherungsmesszyklen kann bis zu 256, bis zu 128 oder bis zu 64 betragen.
Eine Drift kann erkannt werden, wenn das Durchschnittssignal zwischen einer ersten oberen Grenzschwelle und einer zweiten oberen Grenzschelle liegt und das Ausgangssignal unter der zweiten oberen Grenzschwelle liegt.
Eine Drift kann erkannt werden, wenn das Ausgangssignal größer als eine Freigabeschwelle und das Durchschnittssignal kleiner als eine Aufnahmeschwelle ist.
Eine Drift kann erkannt werden, wenn das Durchschnittssignal größer als eine dritte obere Grenzschwelle und das Ausgangssignal kleiner als eine vierte obere Grenzschwelle ist.
Eine Drift kann auch festgestellt werden, wenn das Durchschnittssignal unter einen unteren Grenzwert fällt.
Eine Messung der Zeit kann zurückgesetzt werden, wenn der Offset angepasst wird.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Näherungserkennungssystem bereitgestellt, das einen Emitter, der so konfiguriert ist, dass er Licht emittiert, ein Detektionssystem, das so konfiguriert ist, dass es reflektiertes emittiertes Licht detektiert und ein Ausgangssignal bereitstellt, das ein Indikator für Nähe ist, und ein Offset-Bestimmungssystem umfasst, das so konfiguriert ist, dass es ein Durchschnittssignal des Ausgangssignals bestimmt, bestimmt, ob eine Drift aufgetreten ist, indem es das Ausgangssignal mit einem ersten Schwellenwert vergleicht und das Durchschnittssignal mit einem anderen Schwellenwert vergleicht, und den Offset anpasst, wenn eine Drift des Offsets festgestellt wird.
Das Näherungserkennungssystem ermöglicht vorteilhafterweise die Erkennung von Drift, wobei gleichzeitig vermieden wird, dass wenn sich das System auf ein Objekt zubewegt oder sich von einem Objekt entfernt, dies fälschlicherweise als Drift erkannt wird.
Das Offset-Bestimmungssystem kann so konfiguriert sein, dass es die Drift erst dann erkennt, wenn das Ausgangssignal und das Durchschnittssignal die Schwellenkriterien für die Drift für eine vorgegebene Zeitspanne erfüllt haben.
Die Zeitspanne kann 300 µs oder mehr, 700 µs oder mehr oder 1,5 ms oder mehr betragen. Die Zeitspanne kann einen Wert von bis zu 26 ms, einen Wert von bis zu 13 ms oder einen Wert von bis zu 6 ms haben.
Die vorgegebene Zeitspanne kann eine vorgegebene Anzahl von Näherungsmesszyklen sein.
Die vorgegebene Anzahl der Näherungsmesszyklen kann 3 oder mehr, 7 oder mehr, 10 oder mehr oder 15 oder mehr betragen. Die vorgegebene Anzahl der Näherungsmesszyklen kann bis zu 256, bis zu 128 oder bis zu 64 betragen.
Das Offset-Bestimmungssystem kann programmierbar sein, und die vorgegebene Zeitspanne kann von einem Bediener programmiert werden.
Das Offset-Bestimmungssystem kann programmierbar sein, und die Anzahl der Messungen, die zur Bestimmung des Durchschnittssignals verwendet werden, kann von einem Bediener programmiert werden.
Das Offset-Bestimmungssystem kann so konfiguriert sein, dass es eine Drift erkennt, wenn das Durchschnittssignal zwischen einer ersten oberen Grenzschwelle und einer zweiten oberen Grenzschwelle liegt und das Ausgangssignal unter der zweiten oberen Grenzschwelle liegt.
Das Offset-Bestimmungssystem kann so konfiguriert sein, dass es eine Drift erkennt, wenn das Ausgangssignal größer ist als eine Freigabeschwelle und das Durchschnittssignal kleiner ist als eine Aufnahmeschwelle.
Das Offset-Bestimmungssystem kann so konfiguriert sein, dass es eine Drift erkennt, wenn das Durchschnittssignal größer ist als eine dritte obere Grenzschwelle und das Ausgangssignal kleiner ist als ein vierte obere Grenzschwelle.
Das Offset-Bestimmungssystem kann auch so konfiguriert sein, dass es eine Drift erkennt, wenn das durchschnittliche Signal unter eine untere Grenzschwelle fällt.
Das System zur Bestimmung des Offsets kann auch so konfiguriert sein, dass es die Zeitmessung zurücksetzt, wenn der Offset angepasst wird.
Das Detektionssystem kann eine erste Verstärkerstufe umfassen, die so konfiguriert ist, dass sie ein Ausgangssignal des Detektors verstärkt und ein Zwischenausgangssignal liefert, sowie eine zweite Verstärkerstufe, die so konfiguriert ist, dass sie das Zwischenausgangssignal und den Offset empfängt und ein Ausgangssignal liefert.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird ein Smartphone oder Tablet bereitgestellt, das ein Gehäuse, einen Bildschirm, einen Speicher und einen Prozessor umfasst, und das ferner das Näherungserkennungssystem des zweiten Aspekts der Erfindung umfasst.
Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung wird ein Computerprogramm bereitgestellt, das computerlesbare Anweisungen umfasst, die so konfiguriert sind, dass sie einen Computer veranlassen, ein Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung auszuführen.
Gemäß einem fünften Aspekt der Erfindung wird ein computerlesbares Medium bereitgestellt, das ein Computerprogramm gemäß dem vierten Aspekt der Erfindung enthält.
Merkmale verschiedener Aspekte der Offenbarung können miteinander kombiniert werden.
Daher ist es vorteilhaft, dass die Drift erkannt werden kann, ohne dass eine Bewegung des Systems auf ein Objekt zu oder von einem Objekt weg fälschlicherweise als Drift erkannt wird.
Das hier vorgestellte Näherungserkennungsverfahren und -system verwendet einen neuartigen Ansatz, der zumindest darin besteht, dass die Drift durch den Vergleich eines Ausgangssignals mit einem ersten Schwellenwert und eines Durchschnittssignals mit einem anderen Schwellenwert erkannt wird.
Figurenliste
Einige Ausführungsformen der Offenbarung werden jetzt nur beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen Folgendes gilt:

1 zeigt schematisch im Querschnitt ein Smartphone, das ein Näherungserkennungssystem gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung enthält;
2 ist ein Schaltplan, der eine Schaltung zeigt, die Teil des Näherungserkennungssystems ist;
3 ist ein Diagramm, das zeigt, wie Schwellenwerte von einem Näherungserkennungssystem verwendet werden, um festzustellen, ob sich ein Gerät in der Nähe eines Objekts befindet oder nicht;
4 ist ein Diagramm, das ein Näherungserkennungsverfahren gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung zeigt;
5 ist ein Flussdiagramm, das das Näherungserkennungsverfahren von 4 darstellt;
6 ist ein Diagramm, das ein Näherungserkennungsverfahren gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung mit verschiedenen Bedingungen darstellt; und
7 ist ein Flussdiagramm, in dem das Näherungserkennungsverfahren von 6 dargestellt ist.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Im Allgemeinen bietet die Offenbarung ein Verfahren zur Näherungserkennung, bei dem eine Drift durch den Vergleich eines Ausgangssignals mit einem ersten Schwellenwert und den Vergleich eines Durchschnittssignals (z. B. eines gleitenden Durchschnitts) mit einem anderen Schwellenwert erkannt wird.
Einige Beispiele für die Lösung sind in den beigefügten Abbildungen dargestellt.
1 ist eine schematische Querschnittsdarstellung eines Smartphones 2. Das Smartphone umfasst ein Gehäuse 4, das ein Display 6 enthält. Bei dem Display 6 kann es sich beispielsweise um eine LED-Anordnung (z. B. eine OLED-Anordnung) handeln, die dazu verwendet werden kann, dem Benutzer Bilder und andere Inhalte anzuzeigen. Ein Näherungssensor 8 gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung befindet sich unter der Anzeige 6. In anderen Ausführungsformen kann das Näherungserkennungssystem 8 an einer anderen Stelle angebracht sein. Das Smartphone kann auch andere (nicht dargestellte) Komponenten enthalten. Dazu können ein Prozessor, ein Speicher, ein Mobilfunkmodem und ein RF-Sender-Empfänger gehören.
Das Näherungserkennungssystem 8 umfasst einen Emitter 10 und einen optischen Detektor 12. Der Emitter 10 kann beispielsweise eine Leuchtdiode (LED) oder ein Laser sein (z. B. ein oberflächenemittierender Laser mit vertikalem Resonator, VCSEL genannt). Der Emitter kann so konfiguriert sein, dass er infrarotes Licht aussendet. Dies ist im Vergleich zu sichtbarem Licht von Vorteil, da es für den Benutzer nicht sichtbar ist. Der optische Detektor 12 kann z. B. eine Fotodiode sein (obwohl auch andere optische Detektoren verwendet werden können). Der optische Detektor 12 kann auch einfach als Detektor bezeichnet werden. Zwischen dem Emitter 10 und dem optischen Detektor 12 befindet sich eine Barriere 14, die für das vom Emitter ausgestrahlte Licht undurchlässig ist. In einigen Ausführungsformen kann die Barriere weggelassen werden.
Der Emitter 10, der optische Detektor 12 und die Barriere 14 werden alle von einem Substrat 16 getragen. Bei dem Substrat 16 kann es sich beispielsweise um eine Leiterplatte (Printed Circuit Board, PCB) handeln. Die Elektronik 18 ist mit dem Emitter 10 und dem optischen Detektor 12 verbunden. Die Elektronik 18 kann den Betrieb des Emitters 10 und des optischen Detektors 12 steuern. Die Elektronik empfängt ein Ausgangssignal von dem optischen Detektor 12 und verwendet das Signal, um zu bestimmen, ob sich das Smartphone 2 in der Nähe eines Objekts befindet. Die Elektronik 18 ist so dargestellt, dass sie sich innerhalb des Substrats 16 befindet. Die Elektronik kann jedoch an jeder geeigneten Stelle angebracht werden.
2 ist ein Schaltplan, in dem ein Teil der Elektronik 18 des Näherungserkennungssystems 8 dargestellt ist. Eine Fotodiode 20 (ein Beispiel für den Detektor 12) ist mit einer ersten Verstärkerstufe 25 verbunden. Die erste Verstärkerstufe 25 umfasst einen ersten Operationsverstärker 22 mit einem Kondensator 24, der über den Operationsverstärker an einen invertierenden Eingang angeschlossen ist. Die Fotodiode 20 ist mit dem invertierenden Eingang des ersten Operationsverstärkers 22 verbunden. Ein nicht-invertierender Eingang des Operationsverstärkers 22 ist mit Masse verbunden. Ein Ausgang der ersten Verstärkerstufe 25 ist mit einem zweiten Kondensator 26 verbunden.
Bei der Verwendung sendet der Emitter 10 (siehe ) Infrarotlichtpulse aus. Wenn sich das Smartphone 2 in der Nähe eines Objekts befindet, werden die Impulse von dem Objekt reflektiert und von der Fotodiode 20 (die ein Beispiel für den optischen Detektor 12 in 1 ist) empfangen. Wenn ein Lichtimpuls auf die Fotodiode 20 auftrifft, liefert die Fotodiode eine Ausgangsladung. Die Größe der Ausgangsladung wird durch die Menge des auf die Fotodiode einfallenden Infrarotlichts bestimmt. Die erste Verstärkerstufe 25 wandelt die Ausgangsladung in eine Ausgangsspannung um. Wenn ein zweiter Lichtimpuls vom Sender 10 ausgesendet wird, fällt erneut reflektiertes Infrarotlicht auf die Fotodiode 20. Die von der Fotodiode 20 abgegebene Ladung wird zur bereits von der Fotodiode abgegebenen Ladung addiert, und die Ausgangsspannung der ersten Verstärkerstufe 25 erhöht sich entsprechend. Dies geschieht für eine Reihe von Impulsen des Emitters (z. B. acht Impulse). Die erste Verstärkerstufe 25 integriert also den an der Fotodiode 20 erfassten Strom und liefert eine Ausgangsspannung am zweiten Kondensator 26. Die Erfassung des reflektierten Lichts für eine Reihe von Impulsen des Emitters 10 kann als Messzyklus bezeichnet werden. Für jeden Messzyklus wird am zweiten Kondensator 26 eine Ausgangsspannung bereitgestellt.
Eine zweite Verstärkerstufe 30 umfasst einen zweiten Operationsverstärker 32, der parallel zu einem dritten Kondensator 34 geschaltet ist. Der dritte Kondensator ist über den zweiten Operationsverstärker 32 mit einem invertierenden Eingang verbunden. Der zweite Kondensator 26 ist mit dem invertierenden Eingang des zweiten Operationsverstärkers 32 verbunden. Ein Ausgang eines Offset-Bestimmungssystems 40 wird über den invertierenden und den nichtinvertierenden Eingang des zweiten Operationsverstärkers 32 geschaltet. Dies liefert einen Offset für die zweite Verstärkerstufe 30, wie weiter unten erläutert.
Ein Ausgangssignal der zweiten Operationsverstärkerstufe 30 gelangt zu einem Analog-Digital-Wandler (ADC) 42. Der ADC 42 liefert ein digitales Ausgangssignal, das die offsetangepasste Intensität des von der Fotodiode 20 erfassten Infrarotlichts angibt. Dieses Ausgangssignal wird an einen Prozessor des Smartphones und an das Offset-Bestimmungssystem 40 weitergeleitet. Das Offset-Bestimmungssystem 40 kann ein programmierbares digitales Gerät sein. Das Offset-Bestimmungssystem kann als Ausgangssignal eine Anpassung des Offsets liefern, der auf den zweiten Operationsverstärker 32 angewendet wird. Der Prozessor des Smartphones kann auf der Grundlage des empfangenen Ausgangssignals vom ADC bestimmen, ob der Bildschirm aus- oder eingeschaltet werden soll.
Die Fotodiode 20, die erste und zweite Verstärkerstufe 25, 30, der Kondensator 26 und der Analog-Digital-Wandler 42 können als Detektionssystem bezeichnet werden. So kann das Näherungserkennungssystem den Sender, das Detektionssystem und das Offset-Bestimmungssystem 40 umfassen.
3 ist ein Diagramm, das schematisch in vereinfachter Form darstellt, wie das Ausgangssignal der Schaltung aus 2 zur Bestimmung eines Betriebsmodus des Smartphones 2 verwendet werden kann. In 3 zeigt die horizontale Achse die Zeit T und die vertikale Achse das vom Näherungssensor 8 ausgegebene Signal S.
In 3 sind zwei Schwellenwerte dargestellt. Ein erster Schwellenwert T_R wird verwendet, um festzustellen, wann ein Benutzer das Smartphone 2 von seinem Ohr (oder einem anderen Objekt) wegbewegt, und kann als Freigabeschwelle T_R bezeichnet werden. Ein zweiter Schwellenwert T_U wird verwendet, um festzustellen, wann ein Benutzer das Smartphone zu seinem Ohr (oder einem anderen Objekt) hinbewegt, und kann als Aufnahmeschwelle T_U bezeichnet werden. Ein Ausgangssignal des Näherungssensors 8 liegt anfangs unter beiden Schwellenwerten T_R , T_U. Das bedeutet, dass das vom Emitter 10 ausgesendete Infrarotlicht nicht von einem nahen Objekt reflektiert wird. Somit ist der normale Betrieb des Smartphones möglich, der Bildschirm ist eingeschaltet und die Berührungsempfindlichkeit ist aktiviert.
Ein Benutzer nimmt das Smartphone 2 in die Hand und bewegt es an sein Ohr. Das Ausgangssignal des Näherungssensors 8 steigt an und überschreitet die Freigabeschwelle T_R. Die Freigabeschwelle wird nicht verwendet, wenn das Smartphone 2 in Richtung eines Objekts bewegt wird. Daher hat das Überschreiten dieser Schwelle keine Auswirkungen auf den Betrieb des Smartphones. Das Ausgangssignal des Näherungssensors 8 nimmt zu und zeigt an, dass das Smartphone näher an das Objekt herangeführt wird. Wenn das Signal die Aufnahmeschwelle T_U überschreitet, wird festgestellt, dass sich das Smartphone 2 in die Nähe des Ohrs des Benutzers bewegt hat, und infolgedessen wird der Bildschirm ausgeschaltet und die Berührungsempfindlichkeit deaktiviert.
Das Smartphone bleibt dann für eine gewisse Zeit in der Nähe des Ohrs des Benutzers und wird dann vom Objekt wegbewegt. Das Ausgangssignal des Näherungssensors 8 nimmt ab. Das Signal unterschreitet die Aufnahmeschwelle T_U. Da das Näherungssensorsystem nun die Bewegung vom Objekt weg und nicht die Bewegung zum Objekt hin überwacht, hat das Unterschreiten dieser Schwelle keine Auswirkungen. Wenn das Signal die Freigabeschwelle T_R unterschreitet, wird festgestellt, dass sich das Smartphone vom Objekt entfernt hat. Der Bildschirm wird eingeschaltet und die Berührungsempfindlichkeit wird aktiviert.
Wie weiter oben erläutert, wird vom Ausgang der ersten Verstärkerstufe 25 ein Offset subtrahiert. Diese Offset-Subtraktion ist wünschenswert, da sie die Reflexion eines Teils des emittierten Infrarotlichts durch den Bildschirm 6 des Smartphones 2 (oder eines anderen Teils des Smartphones) korrigieren kann. Die Menge des emittierten Infrarotlichts, das vom Bildschirm 6 (oder einem anderen Teil des Smartphones) reflektiert wird, kann durch eine Kalibrierungsmessung bestimmt werden. Die Kalibrierungsmessung kann nach der Herstellung des Smartphones durchgeführt werden. Das gemessene reflektierte Licht kann dann als Offset verwendet werden, der auf den Signalausgang der ersten Verstärkerstufe 25 angewendet wird. Das Ausgangssignal der Fotodiode 20 kann jedoch driften. Ein Faktor, der eine Drift verursachen kann, kann beispielsweise eine erhöhte Temperatur in der Nähe des Näherungssensorsystems 8 sein, die die optischen Eigenschaften der reflektierenden Oberflächen des Smartphones verändern kann. Die erhöhte Temperatur kann beispielsweise dadurch entstehen, dass der Emitter 10 eine erhebliche Wärmemenge erzeugt (z. B. wenn es sich bei dem Emitter um einen VCSEL handelt). Ausführungsformen der Offenbarung bieten eine gewisse Korrektur für diese Drift, wie im Folgenden erläutert wird.
Ausführungsformen der Offenbarung überwachen das Ausgangssignal des Näherungserkennungssystems 8 (das als Rohsignal bezeichnet werden kann) und überwachen ein gleitendes Durchschnittssignal des Ausgangssignals des Näherungserkennungssystems (das als gleitendes Durchschnittssignal bezeichnet werden kann). Das gleitende Durchschnittssignal ist ein Durchschnittswert über einen vorbestimmten Zeitraum oder über eine vorbestimmte Anzahl von Messzyklen des Näherungserkennungssystems 8. Durch die Überwachung des gleitenden Durchschnittssignals ist das Näherungserkennungssystem in der Lage, die Drift zu bestimmen und diese zu korrigieren. Durch die Überwachung des Ausgangssignals (Rohsignal) kann das Näherungserkennungssystem Bewegungen des Smartphones schnell erkennen und darauf reagieren, ohne dass die Bewegung als Drift fehlinterpretiert wird.
Wenn sich das Smartphone 2 nicht in der Nähe eines Objekts befindet, kann das Offset-Bestimmungssystem 40 den Offset mithilfe eines Algorithmus überwachen und anpassen, der die folgenden Regeln verwendet:

• Wenn das gleitende Durchschnittssignal n Zyklen lang unter einer unteren Grenzschwelle liegt, verringere den Offset (dadurch wird das gleitende Durchschnittssignal wieder in Richtung der unteren Grenzschwelle verschoben).
• Wenn das gleitende Durchschnittssignal zwischen einer ersten oberen Grenzschwelle und einer zweiten oberen Grenzschwelle liegt und das Ausgangssignal während n aufeinander folgender Zyklen unter der zweiten oberen Grenzschwelle liegt, wird der Offset erhöht (dadurch wird das gleitende Durchschnittssignal in Richtung der ersten oberen Grenzschwelle verschoben).

4 ist ein Diagramm, das den Betrieb einer Ausführungsform der Offenbarung unter Verwendung der obigen Regeln zur Einstellung des Offsets am Ausgang der ersten Verstärkerstufe 25 zeigt. In 4 ist die horizontale Achse die Zeit, und die vertikale Achse zeigt sowohl das Ausgangssignal (Rohsignal) des Näherungserkennungssystems 8 (dargestellt als durchgezogene Linie) als auch ein gleitendes Durchschnittssignal des Signals (dargestellt als gestrichelte Linie). Das gleitende Durchschnittssignal kann vom Offset-Bestimmungssystem 40 berechnet werden und kann unter Verwendung einer vorgegebenen Anzahl von Ausgangssignalwerten berechnet werden. Zum Beispiel können 2 oder mehr Ausgangssignalwerte verwendet werden. So können beispielsweise bis zu 16 Ausgangssignalwerte verwendet werden. Wie schematisch dargestellt ist, enthalten die Daten ein gewisses Rauschen und schwanken daher nach oben und unten. Das gleitende Durchschnittssignal gleicht das Rauschen aus. Wenn eine kleine Anzahl von Ausgangssignalwerten (z. B. 2) zur Bestimmung des gleitenden Durchschnitts verwendet wird, kann der gleitende Durchschnitt immer noch verrauscht sein. Wird jedoch eine große Anzahl von Ausgangssignalwerten (z. B. 16) zur Bestimmung des gleitenden Durschnitts verwendet, kann die Erkennung der Drift unerwünscht langsam sein. Ein gleitender Mittelwert von mindestens 4 und weniger als 10 Ausgangsmessungen kann ein gutes Gleichgewicht zwischen diesen Anforderungen herstellen. Wie weiter oben erwähnt, entspricht jeder Ausgangssignalwert einem Messzyklus. Ein Messzyklus kann etwa 100 µs dauern. Zeitlich ausgedrückt kann der gleitende Durchschnitt Messungen verwenden, die über mindestens 200 µs und bis zu 1,6 ms durchgeführt wurden. Für den gleitenden Durchschnitt können Messungen verwendet werden, die über mindestens 400 µs durchgeführt wurden, und es können Messungen verwendet werden, die über weniger als 1 ms durchgeführt wurden.
Das gleitende Durchschnittssignal kann vom Offset-Bestimmungssystem 40 oder von einer anderen Elektronik berechnet werden.
Wie in 3 sind auch in 4 eine Freigabeschwelle T_R und eine Aufnahmeschwelle T_U dargestellt. Allerdings sind nun drei zusätzliche Schwellenwerte dargestellt. Die erste dieser Schwellen ist eine untere Grenzschwelle T_L, die zweite ist eine erste obere Grenzschwelle T₁ und die dritte ist eine zweite obere Grenzschwelle T₂. Ausführungsformen der Offenbarung zielen darauf ab, den auf das Ausgangssignal angewendeten Offset so einzustellen, dass, wenn sich das Smartphone nicht in der Nähe eines Objekts befindet, das vom Näherungserkennungssystem 8 ausgegebene Signal zwischen der unteren Grenzschwelle T_L und der ersten oberen Grenzschwelle T₁ liegt. Ausführungsformen der Erfindung zielen auch darauf ab, festzustellen, wann sich das Smartphone einem Objekt nähert, ohne die daraus resultierende Änderung des Ausgangssignals als Drift zu interpretieren. Dies wird durch die Verwendung des (rohen) Ausgangssignals und des gleitenden Durchschnittssignals des Näherungserkennungssystems 8 erreicht.
In 4 ist das Smartphone zu dem Zeitpunkt, an dem die Grafik beginnt, nicht in der Nähe eines Objekts. Das Ausgangssignal des Näherungserkennungssystems 8 liegt zwischen der unteren Grenzschwelle T_L und der ersten oberen Grenzschwelle T₁. Somit wird keine Abweichung festgestellt und der Offset wird nicht verändert.
Mit der Zeit steigt das Ausgangssignal des Näherungserkennungssystems 8 an. Am Punkt A überschreitet das gleitende Durchschnittssignal die erste obere Grenzschwelle T₁. Sowohl das Ausgangssignal als auch das gleitende Durchschnittssignal liegen unter der zweiten oberen Grenzschwelle T₂. Der Algorithmus wartet vier Messzyklen lang (n=4). Das Ausgangssignal bleibt während dieser Zyklen unter der zweiten oberen Grenzschwelle T₂ und das gleitende Durchschnittssignal bleibt zwischen der ersten und der zweiten oberen Grenzschwelle T₁ , T₂. Auf dieser Grundlage wird festgestellt, dass sich das Smartphone nicht in die Nähe eines Objekts bewegt hat, sondern eine Drift des Näherungserkennungssystems 8 stattgefunden hat. Der Offset wird erhöht. Dadurch bewegen sich das Ausgangssignal und das gleitende Durchschnittssignal auf die erste obere Grenzschwelle T₁ zu. Der Messzykluszähler wird zurückgesetzt (n=0). Sind die Bedingungen nach weiteren vier Messzyklen weiterhin erfüllt, wird der Offset erneut erhöht. In diesem Fall ist jedoch die Drift des Hintergrundsignals nach der ersten Erhöhung des Offsets korrigiert, und es wird keine weitere Anpassung des Offsets vorgenommen. Das gleitende Durchschnittssignal überschreitet die erste obere Grenzschwelle T₁ (bei Punkt B). Die Bedingungen sind nicht mehr erfüllt, so dass der = Messzykluszähler zurückgesetzt wird (n=0).
Zu einem späteren Zeitpunkt C steigt das Ausgangssignal schnell an und überschreitet sowohl die ersten obere Grenzschwelle T₁ als auch die zweite obere Grenzschwelle T₂. Der gleitende Durchschnitt des Ausgangssignals überschreitet die erste obere Grenzschwelle T₁, aber zu diesem Zeitpunkt nicht die zweite obere Grenzschwelle T₂. Das Ausgangssignal des gleitenden Durchschnitts liegt zwischen der ersten oberen Grenzschwelle T₁ und der zweiten oberen Grenzschwelle T₂, wie es zum Zeitpunkt Ader Fall war. Das Ausgangssignal liegt jedoch über der zweiten oberen Grenzschwelle T₂, so dass der Algorithmus nicht mit der Erhöhung des Zählers n beginnt.
Zum Zeitpunkt D überschreitet das Ausgangssignal die zweite oberen Grenzschwelle T₂ (eine Spitze des Ausgangssignals wurde durch kurzzeitiges Rauschen verursacht). Folglich liegen sowohl das Ausgangssignal als auch gleitende Durchschnittssignal jetzt zwischen dem ersten oberen Grenzschwelle T₁ und der zweiten oberen Grenzschwelle T₂. Der Zähler n beginnt sich zu erhöhen. Wären die Bedingungen vier Messzyklen lang erfüllt gewesen, hätte man festgestellt, dass das Hintergrundsignal nach oben gedriftet ist, und die Größe des auf das Hintergrundsignal angewendeten Offsets hätte erhöht werden müssen. In diesem Fall sind die Bedingungen jedoch nicht für vier Messzyklen erfüllt, und es wird keine Anpassung des Offsets vorgenommen.
Stattdessen überschreitet die Ausgabe des gleitenden Durchschnittssignals zum Zeitpunkt E die zweite obere Grenzschwelle T₂. Der Zykluszähler n wird zurückgesetzt (n=0). Der Algorithmus setzt die Überwachung fort, um festzustellen, ob die oben genannten Bedingungen erfüllt sind.
Das Ausgangssignal und das gleitende Durchschnittssignal bleiben eine Zeit lang über der zweiten oberen Grenzschwelle T₂, ohne dass der Offset verändert wird. Das gleitende Durchschnittssignal überschreitet dann zum Zeitpunkt F die zweite obere Grenzschwelle T₂. Die vom Algorithmus geforderten Bedingungen sind nun erfüllt (das gleitende Durchschnittssignal liegt zwischen der ersten und der zweiten oberen Grenzschwelle T₁ , T₂ und das Ausgangssignal liegt unter der zweiten oberen Grenzschwelle). Der Zähler n beginnt, sich zu erhöhen. In diesem Fall gelten die Bedingungen nicht für vier Zyklen, sondern das gleitende Ausgangssignal sinkt zum Zeitpunkt G unter den ersten oberen Grenzwert T₁.
Der Zähler n wird zurückgesetzt (n=0). Das Ausgangssignal und das durchschnittliche Ausgangssignal bleiben zwischen der ersten oberen Grenzschwelle T₁ und der unteren Grenzschwelle T_L. Zum Zeitpunkt H überschreitet das durchschnittliche Ausgangssignal die erste obere Grenzschwelle T₁. Das Ausgangssignal liegt unter der zweiten oberen Grenzschwelle T₂. Der Zähler n beginnt zu zählen. Das Ausgangssignal überschreitet jedoch zum Zeitpunkt I die zweite obere Grenzschwelle T₂, bevor vier Zyklen abgeschlossen sind. Der Offset wird nicht korrigiert, und der Zähler wird zurückgesetzt (n=0).
Das Ausgangssignal überschreitet die Freigabeschwelle T_R. Das Ausgangssignal überschreitet dann die Aufnahmeschwelle T_U zum Zeitpunkt J. Zu diesem Zeitpunkt kann der Bildschirm des Smartphones ausgeschaltet und die Berührungsempfindlichkeit deaktiviert werden (wie weiter oben im Zusammenhang mit 3 erläutert).
Die Signale verringern sich dann und fallen zum Zeitpunkt K zunächst unter die Aufnahmeschwelle T_U und dann unter die Freigabeschwelle T_R . Wenn die Signale unter die Freigabeschwelle T_R fallen, kann der Smartphone-Bildschirm wieder eingeschaltet und die Berührungsempfindlichkeit wieder aktiviert werden.
Das gleitende Durchschnittssignal fällt zum Zeitpunkt L unter die zweite obere Grenzschwelle T₂. Das gleitende Durchschnittssignal liegt zwischen der ersten und der zweiten oberen Grenzschwelle T₁ , T₂ und der Rohausgang liegt unter der zweiten oberen Grenzschwelle. Der Zähler n beginnt zu zählen. Der Zähler erreicht nicht den Wert vier. Stattdessen überschreitet das gleitende Durchschnittssignal zum Zeitpunkt M die ersten obere Grenzschwelle T₁. Der Zähler n wird zurückgesetzt (n=0). Der Algorithmus setzt die Überwachung des Ausgangssignals und des gleitenden Durchschnittssignals fort.
Das gleitende Durchschnittssignal bleibt zwischen der unteren Grenzschwelle T_L und dem ersten oberen Grenzschwelle T₁. Während dieser Zeit wird der Offset nicht angepasst. Das gleitende Durchschnittssignal fällt dann zum Zeitpunkt N unter die unteren Grenzschwelle T_L. Der Zähler n beginnt zu zählen und überwacht, ob das gleitende Durchschnittssignal vier Zyklen lang unter der unteren Grenzschwelle T_L bleibt. Wenn diese Bedingung erfüllt ist, bedeutet dies, dass eine Drift stattgefunden hat. Der Offset wird verringert, wodurch sich das gleitende Durchschnittssignal der unteren Grenzschwelle T_L nähert. Der Zähler wird zurückgesetzt (n=0). Sind die Bedingungen nach vier weiteren Messzyklen weiterhin erfüllt, wird der Offset erneut verringert. In diesem Fall wird jedoch die Drift des Hintergrundsignals nach der ersten Verringerung des Offsets korrigiert und es wird keine weitere Anpassung des Offsets vorgenommen. Das gleitende Durchschnittssignal überschreitet zum Zeitpunkt O die untere Grenzschwelle T_L . Das gleitende Durchschnittssignal überschreitet die erste obere Grenzschwelle T₁ (am Punkt B).
Wenn der Zähler n in der oben beschriebenen Ausführungsform vier Messzyklen zählt, in denen die Bedingungen erfüllt sind, wird die Drift erkannt. Der Zähler kann jedoch auch eine andere Anzahl von Messzyklen zählen. Die Anzahl der Messzyklen kann z. B. einen Wert von bis zu 64, bis zu 128 oder bis zu 256 erreichen. Eine größere Anzahl von Messzyklen verringert die Wahrscheinlichkeit, dass die Bewegung des Smartphones in Richtung eines Objekts fälschlicherweise als Drift erkannt wird. Allerdings wird durch die größere Anzahl die Geschwindigkeit, mit der die Drift korrigiert wird, verringert. Dies könnte dazu führen, dass eine erhebliche Drift auftritt, bevor eine Korrektur erfolgt, obwohl die Drift im Allgemeinen langsam ist und daher eine relativ große Anzahl von Messzyklen eine ausreichend gute Erkennung der Drift ermöglichen kann (z. B. 15 oder mehr). Im Allgemeinen kann die Anzahl der Messzyklen 3 oder mehr betragen, z. B. 10 oder mehr. Die Anzahl der Messzyklen kann z. B. 128 oder weniger betragen. Zeitlich ausgedrückt kann der Algorithmus feststellen, ob die Bedingungen für 300 µs oder mehr, z. B. 1 ms oder mehr, erfüllt sind. Der Algorithmus kann bis zu 26 ms lang feststellen, ob die Bedingungen erfüllt sind. Andere Zeiten, die den oben genannten Zählerwerten multipliziert mit 100 µs entsprechen, können verwendet werden. Ähnliche Überlegungen können auf andere Ausführungsformen der Offenbarung angewandt werden.
5 ist ein Flussdiagramm, in dem der Algorithmus dargestellt ist, der bei dieser Ausführungsform der Offenbarung verwendet wird. In dem Flussdiagramm ist S das Ausgangssignal des Näherungserkennungssystems 8 und S_ave das durchschnittliche Ausgangssignal des Näherungserkennungssystems, n ist der Zähler, T_L ist die untere Grenzschwelle, T₁ ist die erste obere Grenzschwelle, T₂ ist die zweite obere Grenzschwelle und T_u ist die Aufnahmeschwelle.
In 5 wird, wenn das gleitende Durchschnittssignal S_ave unter der unteren Grenzschwelle T_L liegt, geprüft, ob der Zählerwert n 15 oder mehr beträgt. Ist der Zählerwert kleiner als 15, wird der Zähler inkrementiert und der nächste Messzyklus beginnt. Beträgt der Zählerwert 15 oder mehr, wird der Offset verringert, der Zähler zurückgesetzt und der nächste Messzyklus beginnt.
Wenn das gleitende Durchschnittssignal S_ave nicht unter der unteren Grenzschwelle T_L liegt, prüft der Algorithmus dann die zweite Gruppe von Bedingungen: Nämlich, liegt das gleitende Durchschnittssignal S_ave zwischen der oberen und der unteren Grenzschwelle T₁ , T₂ , und liegt das Ausgangssignal S unter der oberen Grenzschwelle T₂? Wenn diese beiden Bedingungen erfüllt sind, wird geprüft, ob der Zählerwert n mindestens 15 beträgt. Ist der Zählerwert kleiner als 15, wird der Zähler inkrementiert und der nächste Messzyklus beginnt. Beträgt der Zählerwert 15 oder mehr, wird der Offset erhöht, der Zähler zurückgesetzt und der nächste Messzyklus beginnt.
Wenn keine der Bedingungen erfüllt ist, wird der Zähler n auf null gesetzt. Der Algorithmus ermittelt, ob das Ausgangssignal größer ist als die Aufnahmeschwelle T_u. Wenn das Ausgangssignal nicht größer ist als die Aufnahmeschwelle T_u, beginnt der nächste Messzyklus. Ist das Ausgangssignal größer als die Aufnahmeschwelle, wird die Aufnahme des Smartphones erkannt und der Algorithmus beendet.
Eine Ausführungsform der Offenbarung kann verwendet werden, um die Drift unter verschiedenen Bedingungen zu korrigieren, z. B. wenn sich das Smartphone in der Nähe eines Objekts befindet (z. B. in der Nähe des Ohrs eines Benutzers). Es ist wünschenswert, eine solche Drift zu korrigieren, da bei fehlender Driftkorrektur das Ausgangssignal des Näherungssensors mit größerer Wahrscheinlichkeit in die Sättigung gerät, was dazu führt, dass das Einschalten des Bildschirms eines Smartphones und die Aktivierung der Berührungsempfindlichkeit möglicherweise nicht korrekt erfolgen, wenn das Smartphone von dem Objekt wegbewegt wird.
Wenn sich das Smartphone 2 in der Nähe eines Objekts befindet, kann das Offset-Bestimmungssystem 40 den Offset anhand eines Algorithmus, der die folgenden Regeln verwendet, überwachen und anpassen:

• Wenn das Ausgangssignal größer als die Freigabeschwelle ist und das gleitende Durchschnittssignal während n aufeinander folgender Zyklen unter der Aufnahmeschwelle liegt, wird der Offset verringert, um das gleitende Durchschnittssignal wieder in Richtung der Aufnahmeschwelle zu bringen.
• Ist das gleitende Durchschnittssignal größer als eine dritte obere Grenzschwelle und das Ausgangssignal kleiner als eine vierte obere Grenzschwelle, so ist der Offset zu erhöhen, um das gleitende Durchschnittssignal wieder auf die dritte obere Grenzschwelle zu bringen.

Ein Beispiel für die Anwendung dieses Algorithmus ist in 6 zu sehen. In 6 sind vier Schwellenwerte dargestellt. Zwei der Schwellenwerte wurden bereits weiter oben beschrieben: Es handelt sich um die Freigabeschwelle T_R und die Aufnahmeschwelle T_U. Außerdem sind eine dritte obere Grenzschwelle T₃ und eine vierte obere Grenzschwelle T₄ dargestellt. Eine durchgezogene Linie, die oben in 6 verläuft, zeigt die Sättigung des Detektors an. Wie der oben im Zusammenhang mit den 4 und 5 beschriebene Algorithmus verwendet der Algorithmus das Ausgangssignal des Näherungserkennungssystems 8 und das gleitende Durchschnittssignal. Dies hat den Vorteil, dass der Algorithmus die Drift korrigieren kann, aber auch auf Bewegungen des Smartphones vom Objekt weg reagieren kann, ohne dass diese Bewegung als Drift erkannt wird.
In 6 ist, wie in 4, das Ausgangssignal des Näherungserkennungssystems 8 als durchgezogene Linie und das gleitende Durchschnittssignal als gestrichelte Linie dargestellt.
In 6 bewegt sich das Smartphone anfangs schnell auf ein Objekt (z. B. das Ohr des Benutzers) zu. Das Ausgangssignal und das gleitende Durchschnittssignal überschreiten beide die Freigabeschwelle T_R und dann die Aufnahmeschwelle T_U zum Zeitpunkt A. Wenn das gleitende Durchschnittssignal die Aufnahmeschwelle T_U überschreitet, kann der Bildschirm des Smartphones ausgeschaltet und die Berührungsempfindlichkeit deaktiviert werden.
Das Ausgangssignal und das gleitende Durchschnittssignal liegen zwischen der Aufnahmeschwelle T_U und der dritten oberen Grenzschwelle T₃. Da dies für die Signale als akzeptabel angesehen wird, wird keine Anpassung des Offsets vorgenommen.
Zum Zeitpunkt B unterschreitet das gleitende Durchschnittssignal die Aufnahmeschwelle T_U. Der Algorithmus überwacht, ob das gleitende Durchschnittssignal unterhalb der Aufnahmeschwelle T_U und das Ausgangssignal oberhalb der Freigabeschwelle T_R liegt. Wenn diese Bedingungen erfüllt sind, beginnt ein Zähler m zu laufen. Der Zähler erreicht 4, woraufhin der Offset verringert wird. Der Zähler wird zurückgesetzt (m=0). Wenn ein weiterer Zählerstand erreicht ist, wird der Offset erneut verringert. Wie dargestellt, steigt das gleitende Durchschnittssignal an und überschreitet zum Zeitpunkt C die Aufnahmeschwelle T_U. Der Zähler wird zurückgesetzt (m=0).
Zum Zeitpunkt D überschreitet das gleitende Durchschnittssignal die dritte obere Grenzschwelle T₃. Der Algorithmus überwacht die Bedingung, dass das gleitende Durchschnittssignal über der dritten oberen Grenzschwelle T₃ und das Ausgangssignal unter der vierten oberen Grenzschwelle T₄ liegt. Diese Bedingung ist zum Zeitpunkt D erfüllt, so dass der Zähler m beginnt, sich zu erhöhen. Der Algorithmus überwacht, ob die Bedingungen für 4 Messzyklen erfüllt bleiben. In diesem Fall ist die Bedingung für 4 Messzyklen erfüllt, und folglich wird der Offset erhöht. Der Zähler wird zurückgesetzt (m=0). Wenn weitere Zählungen erfüllt sind, wird der Offset weiter erhöht.
Am Punkt E in 5 unterschreiten das Ausgangssignal und das gleitende Durchschnittssignal die dritte obere Grenzschwelle T₃. Der Zähler m wird zurückgesetzt (m=0).
Zum Zeitpunkt F überschreitet das gleitende Durchschnittssignal erneut die dritte obere Grenzschwelle T₃ . Der Algorithmus überwacht erneut, ob diese Bedingung für 4 Zyklen erfüllt bleibt. Dies ist nicht der Fall, denn das Ausgangssignal überschreitet zum Zeitpunkt G die vierte obere Grenzschwelle T₄. Der Zähler wird zurückgesetzt (m=0).
Zum Zeitpunkt H unterschreitet das Ausgangssignal die vierte obere Grenzschwelle T₄ . Die Bedingung, dass das gleitende Durchschnittssignal über der dritten oberen Grenzschwelle T₃ und das Ausgangsignal unter der vierten oberen Grenzschwelle T₄ liegt, ist wieder erfüllt. DerZählerm wird inkrementiert. In diesem Fall erreicht der Zähler nicht den Wert 4, so dass keine Anpassung des Offsets vorgenommen wird. Stattdessen unterschreitet das gleitende Durchschnittssignal zum Zeitpunkt I die dritte obere Grenzschwelle. Der Zähler wird zurückgesetzt (m=0).
Zum Zeitpunkt J unterschreitet das gleitende Durchschnittssignal die Aufnahmeschwelle T_U. Der Algorithmus stellt fest, dass der Mittelwert unterhalb der Aufnahmeschwelle T_U und das Ausgangssignal oberhalb der Freigabeschwelle T_R liegt. Der Zähler wird inkrementiert. Die Anzahl der Inkremente erreicht jedoch nicht 4. Stattdessen fällt das Ausgangssignal zum Zeitpunkt K unter die Freigabeschwelle T_R. Zu diesem Zeitpunkt kann der Bildschirm des Smartphones eingeschaltet und die Berührungsempfindlichkeit aktiviert werden.
Der Algorithmus verringert vorteilhafterweise die Wahrscheinlichkeit, dass das Ausgangssignal des Näherungserkennungssystems 8 aufgrund von Drift gesättigt wird, wenn sich das Smartphone in der Nähe eines Objekts befindet. Es ist jedoch wünschenswert zu vermeiden, dass der Offset zu groß wird, wenn sich das Smartphone in der Nähe eines Objekts befindet, da in diesem Fall der Näherungssensor möglicherweise nicht mehr richtig funktioniert, nachdem sich das Smartphone von dem Objekt entfernt hat (z. B. kann das oben im Zusammenhang mit den 4 und 5 beschriebene Verfahren mit einem viel zu großen Offset beginnen). Aus diesem Grund werden keine weiteren Anpassungen des Offsets vorgenommen, wenn das Signal S den Schwellenwert T₄ übersteigt. Dadurch wird die Wahrscheinlichkeit einer Sättigung des Ausgangs des Näherungssensors verringert, aber eine Sättigung ist immer noch möglich, wenn sie gewünscht wird.
7 ist ein Flussdiagramm, das den Algorithmus darstellt, der von der Ausführungsform der Offenlegung verwendet wird, wenn sich das Smartphone in der Nähe eines Objekts befindet. In dem Flussdiagramm ist S das Ausgangssignal des Näherungserkennungssystems 8, S_ave das durchschnittliche Ausgangssignal des Näherungssensorsystems, m der Zähler, T_u die Aufnahmeschwelle, T_D die Freigabeschwelle, T₃ die dritte obere Grenzschwelle und T₄ die vierte obere Grenzschwelle.
Die oben im Zusammenhang mit dem Zähler n dargelegten Überlegungen gelten auch für den Zähler m. Wenn sich das Smartphone jedoch in der Nähe eines Objekts befindet, kommt es wahrscheinlich schneller zu einer Drift (ein Benutzer kann ein Telefongespräch führen, was Wärme erzeugen kann). Daher kann der Zählerwert m kleiner sein als der Zählerwert n (oder die gemessene verstrichene Zeit kann geringer sein, wenn sich das Smartphone in der Nähe eines Objekts befindet). In 7 beträgt der Zählerwert m 7. Der Zählerwert n kann 3 oder mehr, 7 oder mehr oder 15 oder mehr betragen. Der Zählerwert n kann ein Wert bis zu 256, ein Wert bis zu 128 oder ein Wert bis zu 64 sein. Als Zeit ausgedrückt, kann die verstrichene Zeit 300 µs oder mehr, 700 µs oder mehr oder 1,5 ms oder mehr betragen. Die Zeit kann einen Wert von bis zu 26 ms, einen Wert von bis zu 13 ms oder einen Wert von bis zu 6 ms haben.
Im Allgemeinen können die in diesem Dokument als Zählwerte ausgedrückten Werte durch Multiplikation mit 100 µs in Zeiträume umgerechnet werden.
In 7 wird, wenn das gleitende Durchschnittssignal S_ave unter die Aufnahmeschwelle T_L und das Ausgangssignal über der Freigabeschwelle T_R liegt, geprüft, ob der Zählerwert m 7 oder mehr beträgt. Ist der Zählerwert kleiner als 7, wird der Zähler inkrementiert und der nächste Messzyklus beginnt. Beträgt der Zählerwert m 7 oder mehr, wird der Offset verringert. Der Zähler wird zurückgesetzt (m=0) und der nächste Messzyklus beginnt.
Wenn die erste Gruppe von Bedingungen nicht erfüllt ist, prüft der Algorithmus die zweite Gruppe von Bedingungen. Diese sind: Liegt das gleitende Durchschnittssignal über der dritten oberen Grenzschwelle T₃ und liegt das Ausgangssignal unter der vierten oberen Grenzschwelle T₄? Wenn diese beiden Bedingungen erfüllt sind, wird geprüft, ob der Zählerwert m mindestens 7 beträgt. Ist der Zählerwert kleiner als 7, wird der Zähler inkrementiert und der nächste Messzyklus beginnt. Beträgt der Zählerwert 7 oder mehr, wird der Offset erhöht. Der Zähler wird zurückgesetzt (m=0) und der nächste Messzyklus beginnt.
Wenn keine der Bedingungen erfüllt ist, wird der Zähler m auf null gesetzt. Der Algorithmus ermittelt, ob das Ausgangssignal unterhalb der Freigabeschwelle T_R liegt. Liegt das Ausgangssignal unterhalb der Freigabeschwelle T_R, wird die Freigabe des Smartphones festgestellt und der Algorithmus beendet. Liegt das Ausgangssignal nicht unter der Freigabeschwelle T_R , beginnt der nächste Messzyklus.
Wie oben beschrieben, ist die Zählung der Messzyklen eine bequeme Möglichkeit, ein Zeitdauer-Kriterium auf den Algorithmus anzuwenden. Die Zeitdauer kann jedoch auch auf andere Weise bestimmt werden. So kann beispielsweise eine vorgegebene Anzahl von Taktzyklen der Elektronik verwendet werden. Im Allgemeinen kann ein Kriterium für eine vorbestimmte Zeitspanne für eine Ausführungsform angewendet werden, bei der sich das Smartphone in der Nähe eines Objekts befindet, und ein Kriterium für eine vorbestimmte Zeitspanne kann für eine Ausführungsform angewendet werden, bei der sich das Smartphone nicht in der Nähe eines Objekts befindet. Die vorgegebenen Zeiträume können gleich oder unterschiedlich sein (z. B. kann der vorgegebene Zeitraum kürzer sein, wenn sich das Smartphone in der Nähe eines Objekts befindet).
Wie weiter oben erwähnt, kann der Emitter eine Reihe von Impulsen (z. B. acht Impulse) aussenden, die vom Näherungserkennungssystem erfasst und integriert werden, um ein Ausgangssignal zu erzeugen. Dies kann als ein Messzyklus betrachtet werden. In anderen Ausführungsformen kann ein Messzyklus anders definiert werden. In anderen Ausführungsformen kann ein Messzyklus eine andere Anzahl von Impulsen haben.
Wenn die Kriterien des Algorithmus erfüllt sind, beginnt im Allgemeinen die Überwachung der verstrichenen Zeit, z. B. durch Zählen der Anzahl der Messzyklen. Wenn die Kriterien nicht mehr erfüllt sind oder wenn der Offset angepasst wird, wird die Überwachung der Zeit zurückgesetzt. Zum Beispiel wird ein Zähler der Zykluszeiten zurückgesetzt.
Obwohl das Näherungserkennungssystem in einem Smartphone beschrieben wurde, kann das Näherungserkennungssystem in anderen Ausführungsformen auch in einem Tablet-Computer oder einem anderen Gerät eingebaut sein.
In den oben beschriebenen Ausführungsformen prüft der Algorithmus die Bedingungen in einer bestimmten Reihenfolge. Die Bedingungen können jedoch in beliebiger Reihenfolge geprüft werden. So kann beispielsweise die Reihenfolge der Kriterien in 5 umgekehrt werden, oder es können andere Änderungen vorgenommen werden. Das Gleiche gilt für die Kriterien in 7.
Das Offset-Bestimmungssystem 40 kann aus einem Speicher und einem Prozessor bestehen. Das Offset-Bestimmungssystem kann als Computer betrachtet werden. Das Offset-Bestimmungssystem kann programmierbar sein. So kann z. B. die Anzahl der Zählungen m, n, die von der Methode verwendet werden, festgelegt werden. Auch die Anzahl der Messzyklen, die zur Berechnung des gleitenden Durchschnittssignals verwendet werden, kann programmiert werden.
Der Ausgang des Offset-Bestimmungssystems 40 ist eine Anpassung des Offsets, der auf den zweiten Verstärker 32 angewendet wird. Die Anpassung zielt nicht darauf ab, das gleitende Durchschnittssignal sofort wieder unter einen Schwellenwert (oder gegebenenfalls über einen Schwellenwert) zu bringen. Stattdessen wird das gleitende Durchschnittssignal in Richtung des Schwellenwerts verschoben. Das gleitende Durchschnittssignal kann mehrfach angepasst werden, bis es unter dem Schwellenwert (oder gegebenenfalls über dem Schwellenwert) liegt. Die schrittweise Anpassung des Offsets auf diese Weise hat den Vorteil, dass eine Überkorrektur der Drift vermieden wird.
Wenn das gleitende Durchschnittssignal einen Schwellenwert überschreitet, der auf eine Drift hindeuten kann, ist das Ausgangssignal ausschlaggebend dafür, ob eine Drift erkannt wird. Dies kann vorteilhaft sicherstellen, dass eine Bewegung des Näherungserkennungssystems in Richtung eines Objekts oder von diesem weg nicht fälschlicherweise als Drift erkannt wird.
Die beschriebene Ausführungsform der Offenbarung hat eine bestimmte Verstärkerkonfiguration. Ausführungsformen der Erfindung können jedoch in einem Näherungssensor mit einer beliebigen Verstärkerkonfiguration verwendet werden. Ausführungsformen der Erfindung können in einem Näherungserkennungssystem mit beliebiger Konfiguration eingesetzt werden, vorausgesetzt, dass ein Ausgangssignal und ein Durchschnittssignal von dem Näherungserkennungssystem bereitgestellt werden.
Bei der Bildung des gleitenden Durchschnitts ist die Anzahl der Messzyklen, die zur Bestimmung des gleitenden Durchschnitts verwendet werden, vorzugsweise geringer als die Anzahl, die zur Ermittlung der Drift verwendet wird (z. B. die Anzahl m und n der Ausführungsbeispiele).
Die Ausführungsformen der Erfindung beziehen sich auf ein gleitendes Durchschnittssignal. Es können jedoch auch andere Durchschnittswerte verwendet werden. So kann z. B. eine vorgegebene Anzahl von Messungen durchgeführt und ein Mittelwert ermittelt werden, und dann können neue Messungen durchgeführt werden (dieselbe vorgegebene Anzahl von Messungen) und zur Ermittlung eines neuen Mittelwerts verwendet werden, usw. So können z. B. vier Messungen zur Ermittlung eines Mittelwerts verwendet werden, die nächsten vier Messungen können zur Ermittlung eines Mittelwerts verwendet werden usw. Im Allgemeinen kann ein Durchschnittssignal verwendet werden.
Bezugszeichenliste

2: Smartphone
4: Gehäuse
6: Display-Bildschirm
8: Näherungserkennungssystem
10: Emitter
12: Optischer Detektor
14: Optische Barriere
16: Substrat
18: Elektronik
20: Fotodiode
22: Erster Operationsverstärker
24: Erster Kondensator
25: Erste Verstärkerstufe
26: Zweiter Kondensator
30: Zweite Verstärkerstufe
32: Zweiter Operationsverstärker
34: Dritter Kondensator
40: Offset-Bestimmungssystem
42: Analog-Digital-Wandler
TL: Untere Grenzschwelle T_L und die
T1: Erste obere Grenzschwelle
T2: Zweite obere Grenzschwelle
TR: Freigabeschwelle
TU: Aufnahmeschwelle
T3: Dritte obere Grenzschwelle
T4: Vierte obere Grenzschwelle

Der Fachmann wird verstehen, dass in der vorstehenden Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen Positionsbegriffe wie „oben“, „entlang“, „seitlich“ usw. unter Bezugnahme auf konzeptionelle Abbildungen, wie sie in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind, verwendet werden. Diese Begriffe werden der Einfachheit halber verwendet, sind aber nicht als einschränkend zu verstehen. Diese Begriffe sind daher so zu verstehen, dass sie sich auf ein Objekt beziehen, wenn es sich in einer Ausrichtung befindet, wie sie in den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist.
Es versteht sich, dass Aspekte der vorliegenden Erfindung in jeder geeigneten Weise umgesetzt werden können, einschließlich durch geeignete Hardware und/oder Software. Beispielsweise kann eine Vorrichtung zur Umsetzung der Erfindung mit geeigneten Hardwarekomponenten erstellt werden. Alternativ kann eine programmierbare Vorrichtung programmiert werden, um Ausführungsformen der Erfindung zu implementieren. Die Erfindung stellt daher auch geeignete Computerprogramme zur Implementierung von Aspekten der Erfindung bereit. Solche Computerprogramme können auf geeigneten Trägermedien einschließlich materieller Trägermedien (z. B. Festplatten, CD-ROMs usw.) und immaterieller Trägermedien wie Kommunikationssignalen gespeichert werden.
Obwohl die Offenbarung in Form von bevorzugten Ausführungsformen, wie oben dargelegt, beschrieben wurde, ist es zu verstehen, dass diese Ausführungsformen nur zur Veranschaulichung dienen und dass die Ansprüche nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt sind. Der Fachmann kann im Hinblick auf die Offenbarung Modifikationen und Alternativen vornehmen, die in den Anwendungsbereich der beigefügten Ansprüche fallen. Jedes Merkmal, das in der vorliegenden Beschreibung offenbart oder dargestellt ist, kann in jede beliebige Ausführungsform integriert werden, sei es allein oder in geeigneter Kombination mit jedem anderen hier offengelegten oder dargestellten Merkmal.

Claims

Verfahren zur Näherungserkennung, umfassend: Aussenden von Licht von einem Emitter und Erfassen von reflektiertem Licht; Anwendung eines Offsets auf das erfasste reflektierte Licht, um ein Ausgangssignal als Indikator für Nähe zu erzeugen; Bestimmung eines Durchschnittssignals des Ausgangssignals; Feststellung, ob eine Drift aufgetreten ist, durch Vergleich des Ausgangssignals mit einem ersten Schwellenwert und Vergleich des Durchschnittssignals mit einem anderen Schwellenwert; und Anpassung des Offsets, wenn eine Abweichung festgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem eine Drift erst dann erkannt wird, wenn das Ausgangssignal und das Durchschnittssignal die Schwellenkriterien für eine Drift über eine vorbestimmte Zeitspanne erfüllen.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die vorbestimmte Zeitspanne eine vorbestimmte Anzahl von Näherungsmesszyklen ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Drift erkannt wird, wenn das Durchschnittssignal zwischen einer ersten oberen Grenzschwelle und einer zweiten oberen Grenzschwelle liegt und das Ausgangssignal unter der zweiten oberen Grenzschwelle liegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Drift erkannt wird, wenn das Ausgangssignal größer als eine Freigabeschwelle ist und das durchschnittliche Signal kleiner als eine Aufnahmeschwelle ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Drift erkannt wird, wenn das Durchschnittssignal größer ist als eine dritte obere Grenzschwelle und das Ausgangssignal kleiner ist als eine vierte obere Grenzschwelle.
Das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Drift auch erkannt wird, wenn das durchschnittliche Signal unter eine untere Grenzschwelle fällt.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei eine Zeitmessung zurückgesetzt wird, wenn der Offset angepasst wird.
Ein Näherungserkennungssystem, das Folgendes umfasst: einen Emitter, der so konfiguriert ist, dass er Licht aussendet; ein Erfassungssystem, das so konfiguriert ist, dass es reflektiertes emittiertes Licht erfasst und ein Ausgangssignal liefert, das Nähe anzeigt; und ein Offset-Bestimmungssystem, das für Folgendes konfiguriert ist: Bestimmen eines Durchschnittssignals des Ausgangssignals; Feststellen, ob eine Drift aufgetreten ist, indem das Ausgangssignal mit einem ersten Schwellenwert und das Durchschnittssignal mit einem anderen Schwellenwert verglichen wird; und Anpassen des Offset, wenn eine Drift des Offsets festgestellt wird.
System nach Anspruch 9, wobei das Offset-Bestimmungssystem so konfiguriert ist, dass es eine Drift erst dann erkennt, wenn das Ausgangssignal und das Durchschnittssignal die Schwellenkriterien für eine Drift für eine vorbestimmte Zeitspanne erfüllt haben.
System nach Anspruch 10, wobei die vorbestimmte Zeitspanne eine vorbestimmte Anzahl von Näherungsmesszyklen ist.
System nach Anspruch 10 oder Anspruch 11, wobei das Offset-Bestimmungssystem programmierbar ist und die vorgegebene Zeitspanne von einem Bediener programmiert werden kann.
System nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei das Offset-Bestimmungssystem programmierbar ist und die Anzahl der Messungen, die zur Bestimmung des Durchschnittssignals verwendet werden, von einem Bediener programmiert werden kann.
System nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei das Offset-Bestimmungssystem so konfiguriert ist, dass es eine Drift erkennt, wenn das Durchschnittssignal zwischen einer ersten oberen Grenzschwelle und einer zweiten oberen Grenzschwelle liegt und das Ausgangssignal unter der zweiten oberen Grenzschwelle liegt.
System nach einem der Ansprüche 9 bis 14, wobei das Offset-Bestimmungssystem so konfiguriert ist, dass es eine Drift erkennt, wenn das Ausgangssignal größer als ein Freigabeschwelle ist und das Durchschnittssignal kleiner als eine Aufnahmeschwelle ist.
System nach einem der Ansprüche 9 bis 15, wobei das Offset-Bestimmungssystem so konfiguriert ist, dass es eine Drift erkennt, wenn das Durchschnittssignal größer ist als eine dritte obere Grenzschwelle und das Ausgangssignal kleiner ist als eine vierte obere Grenzschwelle.
System nach einem der Ansprüche 9 bis 16, wobei das Offset-Bestimmungssystem auch so konfiguriert ist, dass es eine Drift erkennt, wenn das Durchschnittssignal unter eine untere Grenzschwelle fällt.
System nach einem der Ansprüche 9 bis 17, wobei das Offset-Bestimmungssystem auch so konfiguriert ist, dass es die Messung der Zeit zurücksetzt, wenn der Offset angepasst wird.
System nach einem der Ansprüche 9 bis 18, wobei das Erfassungssystem eine erste Verstärkerstufe umfasst, die so konfiguriert ist, dass sie ein Ausgangssignal des Detektors verstärkt und ein Zwischenausgangssignal bereitstellt, und eine zweite Verstärkerstufe, die so konfiguriert ist, dass sie das Zwischenausgangssignal und den Offset empfängt und ein Ausgangssignal bereitstellt.
Smartphone oder Tablet mit einem Gehäuse, einem Bildschirm, einem Speicher und einem Prozessor und ferner mit dem Näherungserkennungssystem nach einem der Ansprüche 9 bis 19.
Computerprogramm mit computerlesbaren Anweisungen, die so konfiguriert sind, dass sie einen Computer veranlassen, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 auszuführen.
Computerlesbares Medium, das ein Computerprogramm nach Anspruch 21 enthält.