TWI757213B - 具線性電偏移校正的近接感測裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種具線性電偏移校正的近接感測裝置，在不同的脈衝次數或脈衝時間的設定下，可記錄不同暗電流造成的電偏移量，利用該些電偏移量得到線性電偏移比例，再藉由線性電偏移比例運算推論實際使用產生的電偏移量並予以校正。

Description

具線性電偏移校正的近接感測裝置
發明涉及一種近接感測裝置，特別是具線性電偏移校正的近接感測裝置。
近接感測裝置通常利用紅外線發光元件發射紅外線至外部待測物，反射光被感光元件接收並轉換為電信號，再由控制單元判讀該信號以完成特定感測功能。例如距離感測器常用發光二極體(LED)或垂直共振腔面射雷射(Vertical Cavity Surface Emitting Laser, VCSEL)作為發光元件，以及光二極體(photodiode)作為感光元件。
感光元件受到環境光、光源反射光串擾、環境溫度、元件電路訊號等因素誘發的非感測性電流，又稱為漏電流或暗電流(Leakage current or dark current)，其干擾感測電流，影響光感測元件靈敏度及準確度。
通常近接感測裝置在不同應用會設定不同次數的發光脈衝(Pulse count, Pulc)與發光脈衝寬度(Pulse width, Pulw)，其中Pulw可視為發光脈衝時間，在不同Pulc或Pulw下會產生不同的暗電流，造成不同的電偏移(Offset)情況發生，進而影響距離感應器對於距離的判讀。
為了解決上述問題，本發明提供一種具線性電偏移校正的近接感測裝置，在不同的Pulc或Pulw的設定下，可記錄不同暗電流造成的電偏移量，利用該些電偏移量得到線性電偏移比例，藉由線性電偏移比例運算推論實際使用產生的電偏移量並予以校正，提高距離判讀的精確性。
一種具線性電偏移校正的近接感測裝置，包含： 一控制模組； 一發光模組，包含一發光元件以及一驅動器，該驅動器耦接該發光元件以及該控制模組之間，該驅動器接受從該控制模組輸出的一光控制訊號，驅動該發光元件發出一檢測光； 一光接收模組，接收該檢測光經一待測物反射之一反射光並產生一光感測訊號，或在不接受該反射光時，產生一第一暗電流訊號及一第二暗電流訊號； 一電流電壓轉換器(I/V converter)，連接至該光接收模組，用以接收該光感測訊號或該第一暗電流訊號及該第二暗電流訊號，並輸出一光類比訊號或一第一暗電流類比訊號及一第二暗電流類比訊號； 一類比數位轉換器(ADC)，耦接至該電流電壓轉換器與該控制模組之間，用以接收該光類比訊號或該第一暗電流類比訊號及該第二暗電流類比訊號，並輸出一光數位訊號或一第一暗電流數位訊號及一第二暗電流數位訊號至該控制模組；以及 其中該控制模組以該第一暗電流數位訊號及該第二暗電流數位訊號產生一線性電偏移比例，透過該線性電偏移比例計算出一光感測電偏移值，以及將該光數位訊號減去該光感測電偏移值以得到一校正後的光數位訊號。
以下各實施例配合圖式，用以說明本發明之精神，讓本技術領域之人士能清楚理解本發明之技術，但非用以限制本發明的範圍，本發明之專利權範圍應由請求項界定。特別強調，圖式僅為示意之用，並非代表元件實際之尺寸或數量，部份細節可能也不完全繪出，以求圖式之簡潔。
本發明對應驅動器驅動發光元件的脈衝次數(Pulc)及寬度(Pulw)，將感光元件(光二極體)產生的暗電流，轉換成電壓信號 (I/V conversion) 時會造成電信號偏移(Offset)。本發明針對此電偏移提出線性修正的解決方案。
固定發光元件的Pulc或Pulw，預先記錄不同Pulc或Pulw產生的暗電流造成的電偏移量。接著，利用該些電偏移量得到線性電偏移比例。實際使用時，即可藉由線性電偏移比例推論出實際產生的電偏移量，並據以校正光感測訊號。此種方法僅利用二次以上的測量即可得到線性電偏移比例，校正速度快且可提高距離判讀的精確性。
應用時，近接感測裝置啟動時或一定期間後，會進入校正模式，依上述方法取得線性電偏移比例後，近接感測裝置進入操作模式，可直接將實際感測的光感測訊號減去經線性電偏移比例換算得到的實際電偏移量，即可取得真實光感測訊號的強度。校正模式下，計算線性電偏移比例所需的時間為兩個脈衝時間加上類比數位器(ADC)轉換時間，校正時間短且完成後即不再校正，使用者在操作上，不會感受到校正模式。
請參閱圖1，為本發明近接感測裝置的元件配置圖，近接感測裝置10包含控制模組、發光模組、光接收模組106、電流電壓轉換器(I/V converter) 108以及類比數位轉換器109。其中，控制模組包含微控制器101、數位訊號處理器102以及時序控制器103。
發光模組包含驅動器104以及發光元件105，驅動器104耦接發光元件105以及時序控制器103之間，驅動器104接受從時序控制器103輸出的光控制訊號，驅動發光元件105發出檢測光，其中光控制訊號包含脈衝次數以及脈衝時間。
光接收模組106可接收檢測光30經待測物20反射之反射光31，並產生光感測訊號，或在不接受反射光31時，會產生至少二暗電流訊號，包含第一暗電流訊號及第二暗電流訊號。在其他實施例中，可選擇地設置濾光片107於光接收模組106周圍使光接收模組106可接收不同顏色的光，濾除不同顏色的光串擾或干擾。
電流電壓轉換器108連接至光接收模組106，用以接收光感測訊號或第一暗電流訊號及第二暗電流訊號，並輸出光類比訊號或第一暗電流類比訊號及第二暗電流類比訊號。類比數位轉換器109耦接至電流電壓轉換器108與微控制器101之間，用以接收光類比訊號或第一暗電流類比訊號及第二暗電流類比訊號，並輸出光數位訊號或第一暗電流數位訊號及第二暗電流數位訊號至微控制器101。
光數位訊號對應脈衝次數以及脈衝時間具光感測值，第一暗電流數位訊號對應第一感測次數以及第一感測時間具第一暗電流電偏移值，以及第二暗電流數位訊號對應第二感測次數以及第二感測時間具第二暗電流電偏移值。當第一感測時間及第二感測時間與脈衝時間相同時，第一感測次數與第二感測次數不相同，以及當第一感測次數及第二感測次數與脈衝次數相同時，第一感測時間與第二感測時間不相同，其中脈衝時間、第一感測時間及第二感測時間為5μs的倍數，以及脈衝次數、第一感測次數及第二感測次數為2的倍數。
在其他實施例中，近接感測裝置更設置耦接於光接收模組106與電流電壓轉換器108的第一切換單元SW1，以及耦接於驅動器104與發光元件105的第二切換單元SW2，其中微控制器101連接至第一切換單元SW1及第二切換單元SW2，用以控制第一切換單元SW1及第二切換單元SW2閉路或開路。當微控制器101切換第二切換單元SW2為開路以及第一切換單元SW1為閉路時，使近接感測裝置10進入校正模式，以及微控制器101切換第二切換單元SW2為閉路以及第一切換單元SW1為閉路時，使近接感測裝置10進入操作模式。
在校正模式中，當第一感測時間及第二感測時間與脈衝時間相同時，連接至微控制器101的數位訊號處理器102以第一暗電流電偏移值與第二暗電流電偏移值之差值除以第一感測次數與第二感測次數之差值得到線性電偏移比例；或者，當第一感測次數及第二感測次數與脈衝次數相同時，數位訊號處理器102以第一暗電流電偏移值與第二暗電流電偏移值之差值除以第一感測時間與第二感測時間之差值得到線性電偏移比例，透過此線性電偏移比例計算對應脈衝次數以及脈衝時間的光感測電偏移值，以及將光感測值減去光感測電偏移值以得到校正後的光數位訊號，完成校正後進入操作模式。其中，微控制器101更包含內建記憶體，用以儲存線性電偏移比例及光感測電偏移值。
接著請參閱圖2及圖3，為本發明近接感測裝置的線性電偏移校正時序圖及校正流程圖。在此實施例中，第一感測時間及第二感測時間與脈衝時間相同，皆為10μs，首先啟動近接感測裝置，如圖3S1，在未接收反射光的情況下經微控制器101判斷進行校正，如圖3S2，微控制器101透過電流電壓轉換器108及類比數位轉換器109取得第一暗電流電偏移值，其第一感測次數為兩次(Pulc*2)，接著取得第二暗電流電偏移值，其第二感測次數為四次(Pulc*4) ，如圖3S3，經以下式(1)得到線性電偏移比例後，取得光感測值，其脈衝次數為六次(Pulc*6)，由式(2)得到光感測電偏移值(Offset)，如圖3S4，最後以式(3)得到校正後的光數位訊號(PDATA)，如圖3S5，校正前後的線性圖如圖4所示。
線性電偏移比例=(第二暗電流電偏移值-第一暗電流電偏移值)/(4-2) ……………………………………………………………………………………(1)
光感測電偏移值=(光感測值)*(線性電偏移比例) ……………… (2)
校正後的光數位訊號=光感測值-光感測電偏移值………………(3)
上述實施例為固定Pulw，測量二個以上不同的Pulc所產生的暗電流，計算得到線性電偏移比例。特別說明，在不同實施例中，可採用固定Pulc，測量兩個以上不同的Pulw所產生的暗電流，亦可計算得到線性電偏移比例。
10:本發明近接測裝置 101:微控制器 102:數位訊號處理器 103:時序控制器 104:驅動器 105:發光元件 106:光接收模組 107:濾光片 108:電流電壓轉換器 109:類比數位轉換器 20:待測物 30:檢測光 31:反射光 SW1:第一切換單元 SW2:第二切換單元 S1~S5:步驟
圖1為本發明近接感測裝置的元件配置圖。
圖2為本發明近接感測裝置的線性電偏移校正時序圖。
圖3為本發明近接感測裝置的校正流程圖。
圖4為本發明近接感測裝置的電偏移校正前後線性圖。
10:本發明近接測裝置
101:微控制器
102:數位訊號處理器
103:時序控制器
104:驅動器
105:發光元件
106:光接收模組
107:濾光片
108:電流電壓轉換器
109:類比數位轉換器
20:待測物
30:檢測光
31:反射光
SW1:第一切換單元
SW2:第二切換單元

Claims (11)

  1. 一種具線性電偏移校正的近接感測裝置，包含： 一控制模組； 一發光模組，包含一發光元件以及一驅動器，該驅動器耦接該發光元件以及該控制模組之間，該驅動器接受從該控制模組輸出的一光控制訊號，驅動該發光元件發出一檢測光； 一光接收模組，接收該檢測光經一待測物反射之一反射光並產生一光感測訊號，或在不接受該反射光時，產生一第一暗電流訊號及一第二暗電流訊號； 一電流電壓轉換器，連接至該光接收模組，用以接收該光感測訊號或該第一暗電流訊號及該第二暗電流訊號，並輸出一光類比訊號或一第一暗電流類比訊號及一第二暗電流類比訊號；以及 一類比數位轉換器，耦接至該電流電壓轉換器與該控制模組之間，用以接收該光類比訊號或該第一暗電流類比訊號及該第二暗電流類比訊號，並輸出一光數位訊號或一第一暗電流數位訊號及一第二暗電流數位訊號至該控制模組； 其中 該控制模組以該第一暗電流數位訊號及該第二暗電流數位訊號產生一線性電偏移比例，透過該線性電偏移比例計算出一光感測電偏移值，以及將該光數位訊號減去該光感測電偏移值以得到一校正後的光數位訊號。
  2. 如請求項1所述之近接感測裝置，其中該控制模組包含： 一微控制器，用以接收該光數位訊號或該第一暗電流數位訊號及該第二暗電流數位訊號； 一數位訊號處理器，連接至該微控制器，以該第一暗電流數位訊號及該第二暗電流數位訊號產生該線性電偏移比例，透過該線性電偏移比例計算出該光感測電偏移值，以及將該光數位訊號減去該光感測電偏移值以得到該校正後的光數位訊號；以及 一時序控制器，耦接於該微控制器與該驅動器之間，用以輸出該光控制訊號至該驅動器。
  3. 如請求項2所述之近接感測裝置，其中該微控制器包含一內建記憶體，用以儲存該線性電偏移比例及該光感測電偏移值。
  4. 如請求項1所述之近接感測裝置，其中該光控制訊號包含一脈衝次數以及一脈衝時間。
  5. 如請求項4所述之近接感測裝置，其中該光數位訊號對應該脈衝次數以及該脈衝時間具一光感測值，該控制模組透過該線性電偏移比例計算對應該脈衝次數以及該脈衝時間的該光感測電偏移值，以及該控制模組將該光感測值減去該光感測電偏移值以得到該校正後的光數位訊號。
  6. 如請求項4所述之近接感測裝置，其中該第一暗電流數位訊號對應一第一感測次數以及一第一感測時間具一第一暗電流電偏移值，以及該第二暗電流數位訊號對應一第二感測次數以及一第二感測時間具一第二暗電流電偏移值。
  7. 如請求項6所述之近接感測裝置，當該第一感測時間及該第二感測時間與該脈衝時間相同時，該第一感測次數與該第二感測次數不相同，其中該線性電偏移比例為該第一暗電流電偏移值與該第二暗電流電偏移值之差值除以該第一感測次數與該第二感測次數之差值。
  8. 如請求項6所述之近接感測裝置，當該第一感測次數及該第二感測次數與該脈衝次數相同時，該第一感測時間與該第二感測時間不相同，其中該線性電偏移比例為該第一暗電流電偏移值與該第二暗電流電偏移值之差值除以該第一感測時間與該第二感測時間之差值。
  9. 如請求項7或8所述之近接感測裝置，其中該脈衝時間、該第一感測時間及該第二感測時間為5μs的倍數，以及該脈衝次數、該第一感測次數及該第二感測次數為2的倍數。
  10. 如請求項1所述之近接感測裝置，更包含： 一第一切換單元耦接於該光接收模組以及該電流電壓轉換器之間； 一第二切換單元耦接於該發光元件以及該驅動器之間；以及 其中該控制模組連接至該第一切換單元及該第二切換單元，用以控制該第一切換單元及該第二切換單元閉路或開路。
  11. 如請求項9所述之近接感測裝置，其中該控制模組切換該第二切換單元為開路以及該第一切換單元為閉路時，使該近接感測裝置進入一校正模式，以及該控制模組切換該第二切換單元為閉路以及該第一切換單元為閉路時，使該近接感測裝置進入一操作模式。
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