TWI513304B - 經組態以判定周圍光之一入射光束之方向的周圍光感測器 - Google Patents

經組態以判定周圍光之一入射光束之方向的周圍光感測器 Download PDF

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Description

經組態以判定周圍光之一入射光束之方向的周圍光感測器
本文中所描述之本發明之各種實施例係關於周圍光感測器領域，及與周圍光感測器相關聯之組件、裝置、系統及方法。
周圍光感測器用於多種不同應用中，該等應用中之一些描述於由Avago TechnologiesTM 在2008年公開之「Intelligent Sensing with Ambient Light and Optical Proximity Sensors-Application Reference Guide」中，且該案之全文在此以引用之方式併入本文中。周圍光感測器廣泛地用於諸如行動手機、智慧型電話、PDA、筆記型電腦及桌上型PC之行動及計算裝置中。
然而，已知的周圍光感測器一般不能夠判定照射於其上之光之方向。需要能夠判定照射於其上之周圍光之方向的周圍光感測器，以及以改良之效能、較低成本、增加之可製造性及改良之可靠性為特徵的周圍光感測器。
在一些實施例中，提供一種周圍光感測器，其包含：一實質上光學不透明之光感測器罩，其具有穿過其而安置之一孔隙，該孔隙經組態以准許入射於該光感測器罩之一外表面上的一周圍光束之一部分穿過以作為一透射光束；複數個光偵測器，其按一空間陣列配置於一光感測表面上，該等光偵測器中之每一者在該陣列中具有一位置且經組態 以在該透射光束之至少一部分照射於其上時產生類比輸出信號；至少一類比轉數位轉換器(ADC)，其可操作地耦接至該複數個光偵測器且經組態以接收該等類比輸出信號作為至其之輸入，該ADC經進一步組態以提供表示該等類比輸出信號之數位值作為自其之輸出；及控制邏輯電路，其可操作地耦接至該ADC且經組態以接收該等數位值作為至其之輸入，其中該透射光束具有相對於該複數個光偵測器及該光感測表面之一方向，入射於每一光偵測器上之光的量根據每一此光偵測器相對於該透射光束之該位置而變化，且該控制邏輯電路或一主機處理器經組態以處理該等數位值以判定該方向。
在其他實施例中，提供一種周圍光感測器，其包含：一實質上光學透射性光感測器罩及一實質上光學不透明之光阻擋元件，該罩包含一外表面，該光阻擋元件安置成在該外表面附近、在該外表面中及在該外表面上三種情況中之至少一者，該罩經組態以准許入射於其上之一周圍光束之部分穿過，該光阻擋元件經組態以在該周圍光束入射於其上時在其之下投射一對應陰影；複數個光偵測器，其按一空間陣列配置於一光感測表面上，該等光偵測器中之每一者在該陣列中具有一位置且經組態以在該周圍光束之至少一部分照射於其上時產生類比輸出信號；至少一類比轉數位轉換器(ADC)，其可操作地耦接至該複數個光偵測器且經組態以接收該等類比輸出信號作為至其之輸入，該ADC經進一步組態以提供表示該等類比輸出信號之數位值作為 自其之輸出；及控制邏輯電路，其可操作地耦接至該ADC且經組態以接收該等數位值作為至其之輸入，其中該周圍光束及該陰影實質上共用相對於該複數個光偵測器及該光感測表面之一方向，入射於每一光偵測器上之光的量根據該光偵測器相對於該陰影之位置而變化，且該控制邏輯電路或一主機處理器經組態以處理該等數位值以判定該方向。
其他實施例揭示於本文中或在熟習此項技術者閱讀並理解其說明書及圖式之後對於熟習此項技術者而言將變得顯而易見。
本發明之各種實施例之不同態樣將自以下說明書、圖式及申請專利範圍顯而易見。
在以下詳細描述中，參看形成本發明之一部分且說明特定實施例之隨附圖式，可根據特定實施例實踐本發明。就此而言，諸如「頂部」、「底部」、「上部」、「下部」、「在...之上」、「在...之下」、「向前」、「向後」、「側部」、「前部」、「後部」等之方向術語係參考所描述之諸圖的定向而加以使用。因為本發明之各種實施例之組件可以數個不同定向來定位，所以方向術語係出於說明目的而使用且決不用於限制。應理解，可利用其他實施例，且可在不脫離本發明之範疇之情況下進行結構或邏輯改變。因此，以下詳細描述不以限制性意義來進行且本發明之範疇由附加之申請專利範圍界定。
圖1展示周圍光感測器之一實施例之橫截面圖，該周圍光感測器包含實質上光學不透明罩15、穿過罩15而安置且具有直徑或寬度d之孔隙11、基板9、具有安置於基板9之上之光偵測器陣列12的光感測表面或晶片，及安置於光偵測器陣列12上方的實質上光學透射性包覆成型件13。注意，根據一實施例，可使用Nitto Denko®之透明轉移模製化合物NT-8506形成實質上光學透射性包覆成型件13。
圖2展示按空間陣列12配置於周圍光偵測器10(參見圖1)中之光感測表面上的複數個光偵測器之位置的俯視平面圖。藉由數字1至9指定個別光偵測器位置，且按空間陣列12配置對應於該等數字之9個光偵測器。在圖2中所說明之實施例中，每一光偵測器為約0.2 mm×0.2 mm，且總體光感測晶片或光偵測器陣列為0.6 mm×0.6 mm。
注意，圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6、圖8、圖9、圖10及圖11中出現之數字1至9係僅為了說明目的，且基本上為論述及描述之容易及清楚而提供；在實際周圍光感測器中，此等數字將很可能不包括於光感測表面上，且將提供僅個別(未編號)光偵測器。
如熟習此項技術者在閱讀及理解本發明之說明書及圖式之後將瞭解，周圍光感測器中之光偵測器之合適或最佳數目可根據諸如以下各者的即將涉及之特定應用而變化：(藉由實例)判定在周圍光感測器附近之運動、判定物件是否在周圍光感測器附近，或判定入射於周圍光感測器上之光的方向。舉例而言，空間陣列12中之光偵測器之數目可 等於或超過2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16個或16個以上光偵測器。
藉由實例，陣列12中之光偵測器1至9可為光電二極體或光電偵測器(photodetector)。光偵測器(light detector)係按空間陣列配置於周圍光感測器之光感測表面或基板上，且根據一實施例，光偵測器之數目足以確定入射於其上之光的方向，其更多有關內容敍述於下文中。光偵測器經組態以產生對應於每一光偵測器之個別電壓或電流輸出信號，其中個別信號與入射於每一光偵測器上之光的量成比例。在一實施例中，光偵測器為使用CMOS製程實施的光電二極體。
圖3展示入射於周圍光感測器10中之光偵測器或光電二極體單元之空間陣列12上的周圍光束21之方向或方位之變化，其中入射於空間陣列12上之周圍光束21之方向或方位在-40度與+40度之間變化。在圖3中，相對於空間陣列12及孔隙11之中心，周圍光束21沿中心水平軸線自負入射角旋轉至正入射角。
使用周圍光束21之此等方向變化以產生圖4中所展示之模擬結果，其中根據圖1及圖2中所展示之實施例來設計周圍光感測器10，且其中將孔隙直徑或寬度d設定為0.3 mm且將間隙g設定為1 mm。在圖4中，對應於個別光電二極體或光偵測器1至9之光回應曲線係根據圖2中所展示之光偵測器佈局而用光偵測器之對應數字來標記。圖4展示：隨著周圍光束21在-40度與+40度之間旋轉，中心的一列光偵 測器(亦即，圖2中之光偵測器4、5及6)偵測到之光的量高於沿空間陣列12之邊緣定位的光偵測器1、2、3、7、8及9偵測到之光的量。圖4進一步展示：隨著周圍光束21在-40度與+40度之間旋轉，一光電二極體單元(對應於陣列12中之光偵測器5)接收之光的量最大。在光電二極體單元或光偵測器4與光電二極體單元或光偵測器5鄰接及光電二極體單元或光偵測器5與光電二極體單元或光偵測器6鄰接處(分別處於-15度及+15度)發生例外情形，在該等鄰接處接收之光的量亦為高的。
圖5展示使用根據圖1及圖2中所展示之實施例設計的周圍光感測器10獲得之模擬結果，其中間隙g等於0.2 mm，且孔隙之寬度d具有0.3 mm之直徑。圖3、圖4、圖5及圖6展示：在空間陣列12具有0.6 mm×0.6 mm之尺寸時，孔隙11之直徑或寬度最佳在約0.15 mm與約0.3 mm之間的範圍內。此等寬度或直徑允許合理量之光照射於光偵測器1至9上，且准許在照射於不同光偵測器上之光的量之間實現合理差異。圖3、圖4、圖5及圖6亦展示：隨著孔隙11變小，准許穿過其之周圍光束的角範圍變得甚至更窄。圖3、圖4、圖5及圖6亦展示：間隙g最佳在約0.2 mm與約1 mm之間的範圍內，此情形准許所偵測方向之角範圍不會太窄。對於周圍光束21之方向，間隙g之此範圍亦產生在約+30度與-30度及約+60度與-60度之間的可偵測範圍，且亦最小化周圍光感測器10之總高度。
現參看圖6，展示周圍光感測器10之一實施例之右上透 視圖，周圍光感測器10包含：實質上光學不透明罩15，其具有穿過其而安置之孔隙11；及下伏光感測表面，其包含安置於其上之編號為1至9之9個光偵測器的空間陣列12。
圖7展示周圍光感測器10之另一實施例之右上透視圖，周圍光感測器10包含：實質上光學不透明罩15，其具有穿過其而安置之孔隙11；及下伏光感測表面16，其具有安置於其上之編號為1至9之9個光偵測器的空間陣列12。在一實施例中，且如圖8中所展示，周圍光感測器10包括空間陣列12，空間陣列12為上面形成有光電二極體1至9之半導體裝置，且罩15係由諸如合適塑膠或環氧樹脂之實質上光學非透射材料形成或模製。根據一實施例，使用Nitto Denko®之樣本黑色轉移模製化合物形成實質上光學不透明罩15。
現參看圖8，展示周圍光感測器10之一實施例，周圍光感測器包含安置於光感測表面上且按空間陣列12配置之光偵測器1至9，其中實質上光學不透明之光感測器罩15具有穿過其而安置之孔隙11。孔隙11經組態以准許入射於光感測器罩15之外表面上的藉由光線20形成之周圍光束21的一部分穿過孔隙11作為透射光束16。光偵測器1至9中之每一者經組態以在透射光束16之至少部分照射於其上時產生類比輸出信號。至少一類比轉數位轉換器(ADC)50可操作地耦接至複數個光偵測器1至9，且經組態以接收此等類比輸出信號作為至其之輸入(參見圖11)。ADC 50經進一步組態以提供表示類比輸出信號之數位值作為自其之輸出。控制 邏輯電路60可操作地耦接至ADC 50且經組態以接收數位值作為至其之輸入(參見圖11)。
繼續參看圖8，光線20及周圍光束21自周圍光感測器10之左側以中等角度接近周圍光感測器10及罩15，且透射光束16具有相對於複數個光偵測器1至9及光感測表面之第一方向及/或方位。入射於複數個光偵測器1至9中之每一者上之光的量根據此等光偵測器相對於透射光束16之位置而變化，其中光偵測器6產生高輸出類比信號，且光偵測器4、7及8產生較低輸出類比信號。在圖8中，透射光束16之方向為使得滿足以下條件的方向：光偵測器6接收之光的量最大(且因此產生最高輸出類比信號)，而光偵測器4、7及8接收之光的量最小(且因此產生最低輸出類比信號)。在圖8中，光偵測器1、2、3、5及8產生具有中間振幅之輸出類比信號。周圍光感測器10之罩15及安置於罩15上之孔隙11經組態以產生入射於空間陣列12中之光偵測器1至9中之每一者上的光之量的差，且因此光偵測器1至9根據入射於陣列12上之透射光束16之方向、方位及/或角度而產生彼此不同的輸出信號。
控制邏輯電路60或主機處理器(參見圖11)處理表示由光偵測器1至9提供之類比輸出信號的數位信號，且判定光偵測器6具有與其相關聯的最高值，且其他光偵測器具有與其相關聯的對應較低值，該等較低值在透射光束16被投影於圖8中之陣列12上時根據透射光束16之方向及幾何形狀而逐漸減小，且基於此情形，藉由控制邏輯電路60計算第 一方向。亦即，使用由控制邏輯電路60接收之各種數位值以計算透射光束16之第一方向。可根據數種二維計算技術(諸如，簡單矩陣分析、等高線繪圖(contour mapping)分析、陣列映射技術、最小平方擬合技術、特普立茲矩陣、不變性技術、數位濾波技術及熟習此項技術者所已知之其他計算技術)中之任一者來進行此等計算，且此等計算可進一步包括不僅判定周圍光感測器10上之周圍光的方向或方位，而且判定此光相對於周圍光感測器10之角度以及此光之振幅或強度。
孔隙11之大小、形狀及/或直徑較佳經組態以提供特定透射光束16，該光束經合理地良好界定並準直且不會在罩15下方產生太多散射或繞射光。進一步注意，可將一或多個透鏡裝設於孔隙11及/或罩15之上、其中或其之下，以使透射光束準直或對透射光束之波長或其他性質進行濾波。
圖9及圖10進一步說明上文所描述之操作原理，其中周圍光束21假定相對於周圍光感測器10之不同方向及角度。
在圖9中，光線20及周圍光束21自周圍光感測器10之右側以相對低角度接近周圍光感測器10及罩15。在圖9中，透射光束16具有相對於複數個光偵測器1至9及光感測表面之第二方向，其中第二方向不同於圖8之第一方向。在圖9中，入射於複數個光偵測器1至9中之每一者上之光的量根據此等光偵測器相對於透射光束16之位置而變化，其中光偵測器4產生高輸出類比信號，且光偵測器3、6及9產生較 低輸出類比信號。在圖9中，光偵測器1、2、5、7及8產生具有中間振幅之輸出類比信號。控制邏輯電路60或主機處理器(參見圖11)處理表示由光偵測器1至9提供之類比輸出信號的數位信號，且判定光偵測器4具有與其相關聯的最高值，其他光偵測器具有與其相關聯的對應較低值，該等較低值在透射光束16被投影於圖9中之陣列12上時根據透射光束16之方向及幾何形狀而逐漸減小，且基於此情形，藉由控制邏輯電路60計算第二方向。
在圖10中，光線20及周圍光束21自周圍光感測器10之右上角以相對高角度接近周圍光感測器10及罩15。在圖10中，透射光束16具有相對於複數個光偵測器1至9及光感測表面之第三方向，其中第三方向不同於圖8之第一方向。在圖10中，入射於複數個光偵測器1至9中之每一者上之光的量根據此等光偵測器相對於透射光束16之位置而變化，其中光偵測器8產生高輸出類比信號，且光偵測器1、2及3產生較低輸出類比信號。在圖10中，光偵測器4、5、6、7及9產生具有中間振幅之輸出類比信號。控制邏輯電路60或主機處理器(參見圖7)處理表示由光偵測器1至9提供之類比輸出信號的數位信號，且判定光偵測器8具有與其相關聯的最高值，且其他光偵測器具有與其相關聯的對應較低值，該等較低值在透射光束16被投影於圖10中之陣列12上時根據透射光束16之方向及幾何形狀而逐漸減小，且基於此情形，藉由控制邏輯電路60計算第三方向。
圖11展示電路35之一實施例，該電路經組態以處理由光 偵測器產生之類比輸出信號且提供表示透射光束16之方向的輸出。在圖11中所展示之實施例中，開關控制30包含開關31至39，其中開關31至39經組態以准許一次一個地讀取由單一光偵測器(或可操作地連接至彼此之光偵測器之單一群組)提供之單一類比輸出信號。因此，在圖11中所展示之實施例中，一次一個地將由光偵測器1至9提供之輸出信號多工至光偵測器前端介面40、ADC 50、控制邏輯電路60及至主機之介面70以供進一步處理。光偵測器前端介面40可包括類比濾波電路，諸如高通、低通或帶通濾波電路。ADC 50經組態以將呈現至其之類比信號轉換成數位值。控制邏輯電路60經組態以接收由ADC 50提供之數位輸出值信號，且在一實施例中，控制邏輯電路60包含用於儲存對應於光偵測器中之每一者的9個數位值且用於進一步處理該等數位值以判定透射光束16之方向的控制邏輯，或替代地包含用於經由至主機之介面70將此等數位值傳送至主機處理器之構件，根據一實施例，至主機之介面70為I2C介面。熟習此項技術者現將瞭解，可使用圖11中所展示之電路的眾多替代實施例以提供與由圖11之電路提供之結果本質上相同的結果。舉例而言，可藉由合適的前端介面及ADC電路同時且並列地讀取由光偵測器提供之類比輸出信號。圖12展示可與周圍光感測器10相關聯之其他電路的方塊圖之一實施例。圖13展示具有對應位址及暫存器名稱之控制邏輯電路60及I2C介面70的一實施例。
注意，控制邏輯電路60或主機處理器可經組態以進行以 下操作：產生表示方向之信號，產生表示方向之回饋控制信號，基於數位值偵測接近周圍光感測器處之運動，基於數位值偵測接近周圍光感測器之物件。可使用來自控制邏輯電路或主機處理器之輸出控制裝置之操作，諸如使用一或多個太陽能電池板相對於太陽之定向以開啟或關閉裝置，改變裝置之電力消耗位準，節省裝置之電池電力，在裝置為LCD的情況下調整裝置之背光強度，在裝置為顯示器的情況下調整裝置之亮度。
現參看圖14，展示周圍光感測器10之一實施例之右上透視圖，周圍光感測器10包含：實質上光學透射性罩15，其具有安置於其上或形成於其中之光阻擋元件19；及下伏光感測表面，其包含安置於其上之編號為1至9之9個光偵測器的空間陣列12。注意，根據一實施例，可使用Nitto Denko®之透明轉移模製化合物NT-8506形成實質上光學透射性罩15。
現參看圖15，展示周圍光感測器10之一實施例，周圍光感測器10包含安置於光感測表面上且按空間陣列12配置之光偵測器1至9，其中實質上光學透射性罩15具有外表面及安置於外表面附近、外表面中或外表面上之實質上光學不透明之光阻擋元件19。罩15經組態以准許入射於其上之周圍光束21的部分穿過罩15。光阻擋元件19經組態以在周圍光束21入射於其上時在其之下投射對應陰影17。光偵測器1至9中之每一者經組態以在周圍光束21之至少部分照射於其上時產生類比輸出信號，部分照射係因為周圍光束21由 陰影17修改。光阻擋元件19可為形成於、包括於、塗漆於、噴墨於、噴塗於、蝕刻於、雕刻於、印刷於、壓製於、壓印於或模製於罩15中之圖案或離散元件，或任何其他合適元件或材料。
如在圖8至圖10、圖15至圖17中，至少一類比轉數位轉換器(ADC)50可操作地耦接至複數個光偵測器1至9，且經組態以接收此等類比輸出信號作為至其之輸入(參見圖11)。ADC 50經進一步組態以提供表示類比輸出信號之數位值作為自其之輸出。控制邏輯電路60可操作地耦接至ADC 50，且經組態以接收數位值作為至其之輸入(參見圖11)。如藉由參看圖15至圖17所見，周圍光束21及陰影17實質上共用相對於複數個光偵測器1至9及對應光感測表面之同一方向，且入射於每一光偵測器上之光的量根據光偵測器相對於陰影17之位置而變化。
繼續參看圖15，光線20及周圍光束21自周圍光感測器10之左側以中等角度接近周圍光感測器10及罩15，且陰影17具有相對於複數個光偵測器1至9及光感測表面之第一方向。入射於複數個光偵測器1至9中之每一者上之光的量根據此等光偵測器相對於陰影17及周圍光束21之位置而變化，其中光偵測器6產生最低輸出類比信號，且光偵測器3、5及9產生最高輸出類比信號。在圖15中，陰影17之方向為使得滿足以下條件的方向：光偵測器6接收之光的量最低(且因此產生最低輸出類比信號)，而光偵測器3、5及9接收之光的量最高(且因此產生最高輸出類比信號)。在圖 15之實例中，光偵測器1、2、4、7及8產生具有中間振幅之輸出類比信號。周圍光感測器10之罩15及安置於其上之光阻擋件19經組態以產生入射於空間陣列12中之光偵測器1至9中之每一者上的光之量的差，且因此光偵測器1至9根據陰影17及周圍光束21在入射於陣列12上時之方向或方位而產生彼此不同的輸出信號。
控制邏輯電路60或主機處理器(參見圖11)處理表示由光偵測器1至9提供之類比輸出信號的數位信號，且判定光偵測器6具有與其相關聯的最低值，且其他光偵測器具有與其相關聯的對應較高值，該等較高值在陰影17被投影於圖9中之陣列12上時根據陰影17之方向及幾何形狀而逐漸減小，且基於此情形，藉由控制邏輯電路60計算第一方向。亦即，使用由控制邏輯電路60接收之各種數位以計算陰影17之第一方向。可根據數種二維計算技術(諸如，簡單矩陣分析、等高線繪圖分析、陣列映射技術、最小平方擬合技術、特普立茲矩陣、不變性技術、數位濾波技術及熟習此項技術者所已知之其他計算技術)中任一者來進行此等計算，且此等計算可進一步包括不僅判定周圍光感測器10上之周圍光的方向或方位，而且判定此光相對於周圍光感測器10之角度以及此光之振幅或強度。
注意，光阻擋元件19之大小、形狀及/或直徑較佳地經組態以提供特定陰影17，該陰影經合理地良好界定並準直且不會導致太多散射或繞射光照射於陣列12上。
圖16及圖17進一步說明上文所描述之操作原理，其中周 圍光束21假定不同方向。
在圖16中，光線20及周圍光束21自周圍光感測器10之右側以相對低角度接近周圍光感測器10及罩15。在圖16中，周圍光束21及陰影17共用相對於複數個光偵測器1至9及光感測表面之第二方向，其中第二方向不同於圖15之第一方向。在圖16中，入射於複數個光偵測器1至9中之每一者上之光的量根據此等光偵測器相對於周圍光束21及陰影17之位置而變化，其中光偵測器4產生低輸出類比信號，且光偵測器1、5及7產生較高輸出類比信號。在圖16中，光偵測器2、3、6、8及9產生具有中間振幅之輸出類比信號。控制邏輯電路60或主機處理器(參見圖11)處理表示由光偵測器1至9提供之類比輸出信號的數位信號，且判定光偵測器4具有與其相關聯的最低值，其他光偵測器具有與其相關聯的對應較高值，該等較高值在陰影17及周圍光束21被投影於圖16中之陣列12上時根據陰影17及周圍光束21之方向及幾何形狀而逐漸減小，且基於此情形，藉由控制邏輯電路60計算第二方向。
在圖17中，光線20及周圍光束21自周圍光感測器10之右上角以相對高角度接近周圍光感測器10及罩15。在圖17中，陰影17及周圍光束21共用相對於複數個光偵測器1至9及光感測表面之第三方向，其中第三方向不同於圖15之第一方向。在圖17中，入射於複數個光偵測器1至9中之每一者上之光的量根據此等光偵測器相對於陰影17及周圍光束21之位置而變化，其中光偵測器8產生低輸出類比信號， 且光偵測器5、6及9產生較高輸出類比信號。在圖11中，光偵測器1、2、3、4及7產生具有中間振幅之輸出類比信號。控制邏輯電路60或主機處理器(參見圖11)處理表示由光偵測器1至9提供之類比輸出信號的數位信號，且判定光偵測器8具有與其相關聯之最低值，且其他光偵測器具有與其相關聯之對應較高值，該等較高值在陰影17及周圍光束21被投影於圖17中之陣列12上時根據陰影17及周圍光束21之方向及幾何形狀而逐漸減小，且基於此情形，藉由控制邏輯電路60計算第三方向。
如關於圖8、圖9及圖10中所展示之實施例，可操作地連接至圖15至圖17之光偵測器的控制邏輯電路60或主機處理器可經組態以進行以下操作：產生表示方向之信號，產生表示方向之回饋控制信號，基於數位值偵測接近周圍光感測器之運動，基於數位值偵測接近周圍光感測器之物件。可使用來自控制邏輯電路或主機處理器之輸出控制裝置之操作，諸如使用一或多個太陽能電池板相對於太陽之定向以開啟或關閉裝置，改變裝置之電力消耗位準，節省裝置之電池電力，在裝置為LCD的情況下調整裝置之背光強度，在裝置為顯示器的情況下調整裝置之亮度。
注意，周圍光感測器10之包覆成型件13及罩15可藉由轉移模製製程來形成，轉移模製製程可包括使用熱固性材料，熱固性材料藉由轉移腔室中之熱及壓力軟化且接著在高壓力下迫使其通過合適注道、流道及閘而至密封模具中以供最終固化。亦可使用鑄造、射出模製及其他合適方法 及製程形成周圍光感測器10之各種模製組件。
本文中所揭示之實施例之各種態樣將見於以下兩者中：作為資訊揭露申明書之部分而與本案於同一日期申請的由Avago TechnologiesTM 公開之題為「APDS-9311 Low Power,Low LUX Digital Ambient Light Sensors」的初步資料表單，其全文在此以引用之方式併入本文中；及作為資訊揭露申明書之部分而亦與本案於同一日期申請的由Avago TechnologiesTM 在2009年12月29日公開之題為「APDS-9303 Miniature Ambient Light Photo Sensor with Digital(SMBus)Output」的資料表單，其全文亦在此以引用之方式併入本文中。
正製造及已製造本文中所描述之各種組件、裝置及系統之方法包括於本發明的範疇內。
熟習此項技術者將理解，本文中所揭示之近接感測器的各種實施例可併入於攜帶型電子裝置中，諸如行動電話、智慧型電話、個人資料助理(PDA)、膝上型電腦、筆記型電腦、電腦及其他裝置。
除上文中所揭示之彼等實施例以外，亦預期本發明之各種實施例。應將上文所描述之實施例視為本發明之實例，而非視為限制本發明之範疇。除本發明之前述實施例以外，審閱詳細描述及隨附圖式亦將展示存在本發明之其他實施例。因此，本文中未明確闡述之本發明之前述實施例的許多組合、排列、變化及修改仍將屬於本發明之範疇。
9‧‧‧基板
10‧‧‧周圍光偵測器/周圍光感測器
11‧‧‧孔隙
12‧‧‧光偵測器之空間陣列
13‧‧‧實質上光學透射性包覆成型件
15‧‧‧實質上光學不透明罩
16‧‧‧下伏光感測表面/透射光束
17‧‧‧陰影
19‧‧‧實質上光學不透明之光阻擋元件
20‧‧‧光線
21‧‧‧周圍光束
30‧‧‧開關控制
31‧‧‧開關
32‧‧‧開關
35‧‧‧開關/電路
39‧‧‧開關
40‧‧‧光偵測器前端介面
50‧‧‧類比轉數位轉換器(ADC)
60‧‧‧控制邏輯電路
70‧‧‧至主機之介面/I2C介面
d‧‧‧孔隙直徑或寬度
g‧‧‧間隙
圖1展示周圍光感測器之一實施例之橫截面圖；圖2展示按空間陣列配置之複數個光偵測器的一實施例之俯視平面圖；圖3展示入射於光偵測器之空間陣列上的周圍光束之方向或方位之變化的一實施例；圖4展示使用根據圖1及圖2中所展示之周圍光感測器設計的周圍光感測器獲得之模擬結果；圖5展示使用根據圖1及圖2中所展示之周圍光感測器設計的周圍光感測器獲得之模擬結果；圖6展示包含實質上光學不透明罩的周圍光感測器之一實施例的右上透視圖，該罩具有穿過其而安置之孔隙；圖7展示周圍光感測器之另一實施例之右上透視圖；圖8展示圖6之周圍光感測器之右上透視圖，其中具有第一方向之周圍光束入射於該周圍光感測器上；圖9展示圖6之周圍光感測器之右上透視圖，其中具有第二方向之周圍光束入射於該周圍光感測器上；圖10展示圖6之周圍光感測器之右上透視圖，其中具有第三方向之周圍光束入射於該周圍光感測器上；圖11展示經組態以處理由光偵測器提供之類比信號的周圍光感測器電路之一實施例；圖12展示可與周圍光感測器相關聯之其他電路的方塊圖之一實施例；圖13展示具有對應位址及暫存器名稱之控制邏輯電路60及I2C介面70的一實施例； 圖14展示包含實質上光學透射罩之周圍光感測器之另一實施例的俯視平面圖，其中光阻擋元件安置於該罩上或該罩中；圖15展示圖14之周圍光感測器之右上透視圖，其中具有第一方向之周圍光束入射於該周圍光感測器上；圖16展示圖14之周圍光感測器之右上透視圖，其中具有第二方向之周圍光束入射於該周圍光感測器上；及圖17展示圖14之周圍光感測器之右上透視圖，其中具有第三方向之周圍光束入射於該周圍光感測器上。
該等圖式未必按比例繪製。除非另外註明，否則相同數字在該等圖式中始終指代相同部分或步驟。
9‧‧‧基板
10‧‧‧周圍光偵測器/周圍光感測器
11‧‧‧孔隙
12‧‧‧光偵測器之空間陣列
13‧‧‧實質上光學透射性包覆成型件
15‧‧‧實質上光學不透明罩
d‧‧‧孔隙直徑或寬度
g‧‧‧間隙

Claims (35)

  1. 一種周圍光感測器，其包含：一實質上光學不透明之光感測器罩，其具有一孔隙(aperture)，該孔隙經組態以准許一周圍光束之一部分穿過以作為一透射光束；複數個光偵測器，其配置於鄰接該孔隙之一陣列中，該等光偵測器中之每一者在該陣列中具有一位置且經組態以在該透射光束之至少一部分照射於其上時產生類比輸出信號；至少一類比轉數位轉換器(ADC)，其可操作地耦接至該複數個光偵測器且經組態以接收該等類比輸出信號作為至其之輸入，該ADC經進一步組態以提供表示該等類比輸出信號之數位值作為自其之輸出，及一控制邏輯電路，其可操作地耦接至該ADC且經組態以接收該等數位值作為至其之輸入；其中透射穿過該孔隙之該透射光束具有相對於該複數個光偵測器之一方向，該複數個光偵測器中之每一者經組態以根據該複數個光偵測器中之每一者相對於透射穿過該孔隙之該透射光束之該位置而接收一變化的光之量，且其中該控制邏輯電路經組態以處理該等數位值以判定該透射光束之該方向。
  2. 如請求項1之周圍光感測器，其中該等光偵測器中之至少一些為光電二極體。
  3. 如請求項1之周圍光感測器，其中該陣列中之該複數個光偵測器包含至少3個光偵測器。
  4. 如請求項1之周圍光感測器，其中該陣列中之該複數個光偵測器包含至少7個光偵測器。
  5. 如請求項1之周圍光感測器，其中該陣列中之該複數個光偵測器包含至少9個光偵測器。
  6. 如請求項1之周圍光感測器，其中該控制邏輯電路或可操作地耦接至其之一主機處理器經組態以將表示該方向之一輸出提供至一主機處理器。
  7. 如請求項1之周圍光感測器，其中該控制邏輯電路或可操作地耦接至其之一主機處理器經組態以產生表示該方向之一回饋控制信號。
  8. 如請求項7之周圍光感測器，其中該控制邏輯電路或可操作地耦接至其之一主機處理器可操作地耦接至該回饋控制信號所提供至的一裝置。
  9. 如請求項1之周圍光感測器，其中該控制邏輯電路或可操作地耦接至其之一主機處理器經進一步組態以基於該等數位值偵測接近該周圍光感測器之運動。
  10. 如請求項1之周圍光感測器，其中該控制邏輯電路或可操作地耦接至其之一主機處理器經進一步組態以基於該等數位值偵測接近該周圍光感測器之一物件。
  11. 如請求項1之周圍光感測器，其進一步包含安置於該複數個光偵測器與該ADC之間的開關控制電路，該開關控制電路經組態以一次讀取一個類比輸出信號。
  12. 如請求項1之周圍光感測器，其進一步包含安置於該複數個光偵測器與該ADC之間的一前端介面電路。
  13. 如請求項1之周圍光感測器，其中來自該控制邏輯電路或可操作地耦接至其之一主機處理器的輸出用以控制一裝置之操作。
  14. 如請求項13之周圍光感測器，其中根據該等輸出控制之該操作為開啟或關閉該裝置。
  15. 如請求項13之周圍光感測器，其中根據該等輸出控制之該操作為改變該裝置之一電力消耗位準。
  16. 如請求項13之周圍光感測器，其中根據該等輸出控制之該操作為節省該裝置之電池電力。
  17. 如請求項13之周圍光感測器，其中該裝置為一LCD，且根據該等輸出控制之該操作為調整該LCD之一背光強度。
  18. 如請求項13之周圍光感測器，其中該裝置為一顯示器，且根據該等輸出控制之該操作為調整該顯示器之亮度。
  19. 如請求項1之周圍光感測器，其中該控制邏輯電路經組態以用一計算技術判定該透射光束之該方向，該計算技術包含特普立茲(Toeplitz)矩陣、不變性技術及數位濾波技術。
  20. 如請求項1之周圍光感測器，其中該控制邏輯電路經組態以用一計算技術判定該透射光束之該方向，該計算技術包含矩陣分析、等高線繪圖(contour mapping)分析、最小平方擬合(fitting)技術及陣列映射技術。
  21. 如請求項1之周圍光感測器，其進一步包含一至主機之介面。
  22. 一種周圍光感測器，其包含：包含一外表面之一實質上光學透射性光感測器罩及一實質上光學不透明之光阻擋元件，該光阻擋元件安置成在該外表面附近、在該外表面中及在該外表面上三種情況中之至少一者，該罩經組態以准許入射於其上之一周圍光束之部分穿過，該光阻擋元件經組態以在該周圍光束入射於其上時在其之下投射一對應的陰影；複數個光偵測器，其配置於鄰接該光阻擋元件之一空間陣列中，該等光偵測器中之每一者在該陣列中具有一位置且經組態以在該周圍光束之至少一部分照射於其上時產生類比輸出信號；至少一類比轉數位轉換器(ADC)，其可操作地耦接至該複數個光偵測器且經組態以接收該等類比輸出信號作為至其之輸入，該ADC經進一步組態以提供表示該等類比輸出信號之數位值作為自其之輸出，及一控制邏輯電路，其可操作地耦接至該ADC且經組態以接收該等數位值作為至其之輸入；其中該周圍光束及由該光阻擋元件投射之該對應的陰影實質上共用相對於該複數個光偵測器及光感測表面之一方向，該複數個光偵測器中之每一者經組態以根據該光偵測器相對於由該光阻擋元件投射之該陰影之該位置而接收一變化的光之量，且 該控制邏輯電路或一主機處理器經組態以處理該等數位值以判定該方向。
  23. 如請求項22之周圍光感測器，其中該等光偵測器中之至少一些為光電二極體。
  24. 如請求項22之周圍光感測器，其進一步包含安置於該複數個光偵測器與該ADC之間的一前端介面電路。
  25. 如請求項22之周圍光感測器，其中來自該控制邏輯電路或可操作地耦接至其之一主機處理器的輸出用以控制一裝置之操作。
  26. 如請求項25之周圍光感測器，其中根據該等輸出控制之該操作為開啟或關閉該裝置。
  27. 如請求項25之周圍光感測器，其中根據該等輸出控制之該操作為改變該裝置之一電力消耗位準。
  28. 如請求項25之周圍光感測器，其中根據該等輸出控制之該操作為節省該裝置之電池電力。
  29. 如請求項25之周圍光感測器，其中該裝置為一LCD，且根據該等輸出控制之該操作為調整該LCD之一背光強度。
  30. 如請求項25之周圍光感測器，其中該裝置為一顯示器，且根據該等輸出控制之該操作為調整該顯示器之亮度。
  31. 如請求項24之周圍光感測器，其中該前端介面電路包含一類比濾波電路。
  32. 一種周圍光感測器，其包含：一不透明之罩； 在一二維陣列中之複數個光偵測器；及該不透明之罩之一孔隙，該孔隙經組態以准許一周圍光束之一部分穿過以作為照射在該二維陣列中之該複數個光偵測器一部分上之一透射光束；其中該罩及安置於其上之該孔隙經組態以產生入射於該複數個光偵測器中之每一者上之一光之量的差，及該複數個光偵測器中之每一者經組態以根據透射穿過該孔隙之該透射光束之一方向而產生彼此不同之類比輸出信號。
  33. 如請求項32之周圍光感測器，其進一步包含安置於該複數個光偵測器上之一實質上光學透射性包覆成型件。
  34. 如請求項32之周圍光感測器，其中該罩由一熱固性材料製成。
  35. 如請求項32之周圍光感測器，其中該複數個光偵測器中之至少一者係具有N井/P基板結構之一光電二極體。
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