TWI802577B - 光學近接感測電路及用於光學近接感測的方法 - Google Patents

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Abstract

在一具體實施例中，一種光學近接感測電路(1)，其包含：一光學發射裝置(10)，其經製備成可送出具有在不可見光譜中之一波長的一訊號(S1)；一光轉換材料(11)，其經製備成可將一反射訊號(S2)轉換為一可偵測訊號(S3)，該反射訊號(S2)為反射離開人類使用者(20)之該訊號(S1)的一函數且該可偵測訊號(S3)具有在可見光譜中的一波長；以及一光學接收裝置(12)，其經配置成與該光學發射裝置(10)隔開但是在該光學發射裝置(10)之一視覺範圍中並經製備成可偵測該可偵測訊號(S3)且由它提供為該光學近接感測電路與該人類使用者(20)之一距離函數的一測量訊號，其中該轉換材料(11)安裝至該光學接收裝置(12)，以及其中該訊號(S1)、該反射訊號(S2)及該可偵測訊號(S3)中之各者為一光學訊號。

Description

光學近接感測電路及用於光學近接感測的方法
本揭示內容係有關於光學近接感測電路(optical proximity sensing circuit)及用於光學近接感測的方法。
本揭示內容的領域係關於近接感測，特別是光學近接感測，亦即，運用光學構件來偵測人類使用者趨近感測電路，或判定使用者與感測電路的距離。
近接感測器使用於諸如行動電話、智慧型手機之類的各種手持裝置以偵測使用者趨近該裝置以便增進該裝置的使用者介面機能。智慧型手機已變成時髦的配件、地位象徵以及使用者之生活風格的表現。製造商費盡心思於行動電話的設計。目標乃傳遞裝置為輕、薄、時髦以及讓光學外觀儘可能無縫。行動電話製造者努力實現使其邊框設計具有較少光學干擾的裝置。這些干擾因子例如為周遭光線感測器及/或光學近接感測器的開口。
先前技術光學近接感測器使用紅外線輻射，例如有850奈米(nm)或950奈米之波長的光線，因為人眼 看不到此輻射，但是用於已知感測器的光二極體在300奈米至1100奈米的範圍中很敏感且因此可偵測該輻射。
克服光學近接感測器所需開口問題的已知企圖之一包括施加更多油墨於感測器之傳送器及接收器的孔口(aperture)上面。不過，結果，感測器的效能會降低，增加無用的串音(crosstalk)，以及偵測距離減少。
其他實作是只依靠一個開口，這再度導致更高的串音。
因此，本揭示內容的目標是要提供一種光學近接感測電路與用於光學近接感測的方法，其致能無開口或孔口之手持裝置的光學近接感測。
用獨立項的專利標的達成該目標。具體實施例及發展界定於附屬項。
如以上所述的定義也適用於以下說明，除非另有明示。
在一具體實施例中，一種光學近接感測電路，其包含：一光學發射裝置，其經製備成送出具有在不可見光譜中之一波長的一訊號；一光轉換材料，其經製備成將一反射訊號轉換為一可偵測訊號；以及一光學接收裝置，其經配置成與該光學發射裝置隔開但是在彼(光學發射裝置)之一視覺範圍中、以及經製備成可偵測該可偵測訊號且由它提供一測量訊號。該反射訊號為反射離開一人類使用者之該訊號的一函數。該可偵測訊號具有在可見光範圍中 的一波長。該測量訊號為該光學近接感測電路與該人類使用者的一距離函數。該轉換材料安裝至該光學接收裝置。該訊號、該反射訊號及該可偵測訊號中之各者為一光學訊號。
該發射裝置以有比可見光較長之波長的電磁輻射形式送出該訊號。因此，該訊號對於該人類使用者是不可見的。該訊號反射離開該人類使用者以該反射訊號的形式朝向該光學近接感測電路。該光轉換材料將該反射訊號轉換為該可偵測訊號。該可偵測訊號用該光學接收裝置偵測而由它提供該測量訊號。
由於使用該發射裝置送出具有波長高於先前技術實作的訊號以及隨後將該反射訊號轉換為具有較短波長的可偵測訊號，所提出之光學近接感測電路致能偵測使用者對著或朝向裝置近接或逼近而沒有先前技術應用所需的開口。換言之，利用所提出之光學近接感測電路，可提供具有近接感測機能的裝置(例如智慧型手機)，而此裝置的表面不需要有開口以特別用於近接感測機能。
用語“光學”係有關於可用幾何或射線光學及物理或波光學描述的電磁輻射。這涉及例如紫外線輻射(UV)、可見光或紅外線輻射(IR輻射)。用語“光線”通常指電磁輻射以及尤其是指可見光、UV及/或IR。可見光譜係指波長約在400奈米至700奈米之間的光線。不可見光譜係指波長約在700奈米至10000奈米之間的光線。本揭示內容特別與在不可見光譜之1000奈米至2000奈米之間的 波長有關。
逼近或近接的偵測係藉由用該測量訊號來測量該光學近接感測電路與使用者的距離。
該光學接收裝置以儘可能遠離該光學發射裝置的方式配置，以便減少該光學接收裝置直接接收該訊號引起的串音。同時，該光學接收裝置經配置成它能偵測該反射訊號，因而配置在該發射裝置的視覺範圍中。
在一開發中，該光轉換材料包含一受激反史托克拉曼散射(stimulated anti-Stokes Raman scattering，SRS)材料。
數種升頻轉換材料(up-conversion material)可取得，例如以提供從1200奈米到630奈米或從1500奈米到980奈米的轉換。使用波長相似且較長之兩個光子來產生波長較短之一個光子的SRS材料為較佳。再者，可運用具有較高量子產率(quantum yield)的材料。
在又一開發中，該光學發射裝置包含至少一發光二極體(LED)，其經製備成可射出波長約1200奈米的光線作為該訊號。替換地，該光學發射裝置包含一垂直腔表面發光雷射，其經製備成可射出波長約1500奈米的光線作為該訊號。
結果，射出訊號具有在較高紅外線範圍中的波長，它對於人類使用者是不可見的但是能夠穿經該光學近接感測電路的表面，以及實作於其中而表面不需要孔口的裝置，例如智慧型手機。
在一具體實施例中，該光學接收裝置包含至少一光二極體，其對於在300奈米至1100奈米之範圍中的光線很敏感。
由於將該反射訊號升頻轉換為該可偵測訊號，熟諳此藝者所習知的光二極體可使用於該光學近接感測電路。
在一開發中，該光二極體實作成為前側或背側上摻雜升頻轉換材料的矽光二極體。在此開發中，該升頻轉換材料為該轉換材料。
在另一具體實施例中，該光學近接感測電路復包含安裝在該光學發射裝置與該光學接收裝置之間的一光學屏障。
為了進一步減少發射裝置與接收裝置之間的串音，在發射裝置與接收裝置之間配置一光學屏障。該光學屏障防止由該發射裝置送出的訊號直接到達該光轉換材料及/或該接收裝置。
在又一開發中，該光學近接感測電路復包含安裝在該轉換材料與該光學接收裝置之間的第一濾波器。該第一濾波器經製備成可傳送波長約950奈米的光線。另外或替換地，該光學近接感測電路包含安裝至該轉換材料的第二濾波器，致使該反射訊號在到達該轉換材料之前通過該第二濾波器。該第二濾波器經製備成可傳送波長在1400奈米至1500奈米之範圍中的光線。
該第一濾波器例如為藉由移除不包含任何訊 號資訊之無用波長來改善訊號鏈(signal chain)之訊噪比(signal-to-noise ration)的帶通濾波器。該第二濾波器作用於該反射訊號。它應用帶通濾波以在轉換之前優化該反射訊號。該第二濾波器可實作成為干涉濾波器。
第一及第二濾波器各自提供反射或可偵測訊號之訊噪比的增進。第一及第二濾波器各自實作成為光學濾波器。
在另一開發中，該光學近接感測電路復包含安裝至該光學發射裝置的第一光學透鏡。該第一光學透鏡為該訊號的光束成形構件。另外或替換地，該光學近接感測電路復包含安裝至該轉換材料的第二光學透鏡。該第二光學透鏡為該反射訊號的光束成形構件。
第一及第二光學透鏡各自實現該光學發射裝置朝向該光學接收裝置之聚焦的改善，反之亦然。可改善在該可偵測訊號中以及隨後在該測量訊號中可實現的訊噪比。
第一及第二濾波器與第一及第二透鏡可用不同方式組合以便進一步增進該測量訊號的訊噪比。
在一具體實施例中，該光學轉換材料呈半透明。該光學接收裝置對於該光學轉換材料配置成，致使該反射訊號穿經該光學轉換材料以打到該光學接收裝置。在此具體實施例中，該光學近接感測電路復包含覆蓋該光學接收裝置之一表面及該光學發射裝置之一表面的一阻擋層。該阻擋層經製備成可防止該可偵測訊號離開該光學近接感 測電路。
在此具體實施例中，光路從該光學發射裝置開始，例如發射具有波長約1200奈米之訊號的LED，穿經該阻擋層，而被反射離開，例如，人類使用者的皮膚，穿經該阻擋層及該轉換材料，然後到達該光學接收裝置。該阻擋層防止該可偵測訊號離開該光學近接感測電路，致使該人類使用者不會看到光脈衝。可用對於該訊號及該反射訊號是可透射的材料來實現該阻擋層，亦即，在約1200奈米可透射。此一材料的一實施例為黑色油墨。該材料阻擋該可偵測訊號的任何一種反向反射(back reflection)。該光學轉換材料處於直通模式(pass-through mode)，亦即，它是半透明的。
在一替代例中，該光學轉換材料有反射性。該光學接收裝置對於該轉換材料配置成該反射訊號穿經該光學接收裝置以打到該轉換材料。
在此具體實施例中，該光路再度開始從該光學發射裝置出來，例如射出波長約1500奈米的LED，被反射離開使用者且返回通過該光學接收裝置，被反射且用該光學轉換材料升頻轉換，然後在該光學接收裝置中被偵測，例如矽光二極體。關於前述具體實施例，該光學接收裝置被翻過來或轉過來。由於該光學接收裝置的材料(例如矽)對於該反射訊號之長波長是透明的，反射訊號照射該光學接收裝置的該光二極體。
有利的是，此實作允許使用具有較高密度之 升頻轉換奈米晶體結構(up-converting nanocrystal structure)的轉換材料，其改善該轉換材料的光學效率。也可用背側被光二極體照射的矽晶粒(die)來實現該光學接收裝置。由於該光學接收裝置的取向，該光學接收裝置本身阻擋可見光射向裝置的使用者。因此，此具體實施例不需要阻擋層。
在一具體實施例中，一種手持裝置，其具有經製備成可形成該裝置之外表面的一邊框，該邊框面向人類使用者。該裝置進一步具有如上述具體實施例或開發中之一者所述的光學近接感測電路。該邊框具有對於該訊號是透明的塗層(coating)。該光學近接感測電路配置在該邊框的塗層下面。
該手持裝置的形式可實作成例如智慧型手機或行動電話或個人數位助理或其類似者。該裝置的外表面由該邊框表現，亦即由熟諳此藝者所習知的藍寶石玻璃或大猩猩玻璃(gorilla glass)製成的玻璃面板。用塗覆層(coating layer)覆蓋該邊框中不面向使用者的側面，該塗覆層例如用在800至1500奈米之範圍中是透明的油墨或油漆實現，亦即，近紅外線(near infrared；NIR)範圍。
由於實現如上述之光學近接感測電路，該邊框不需要用於光學近接感測功能的開口。
在一開發中，該手持裝置復包含安裝在該邊框與該光學近接感測電路之間的一顯示器。該顯示器包含液晶顯示器(LCD)或主動矩陣有機發光二極體(active matrix organic light-emitting diode；AMOLED)顯示器。該顯示器具有對於該訊號是透明的背側。該光學近接感測電路配置在顯示器的背側下面。在此開發中，該邊框的塗覆層包含用於容置該顯示器的一開口。
在此具體實施例中，該光學近接感測電路實作於該裝置之顯示器後面。該裝置的邊框不需要開口，因為由該光學發射裝置射出的訊號使用較高的波長且隨後將反射訊號轉換為可偵測訊號。該顯示器對於較高的波長是透明的。
在一開發中，該手持裝置復包含具有一積分器電路與一反相器電路的一後處理組件，它可選擇性地耦合至該反相器電路的一輸入，該後處理組件經製備成可接收該測量訊號且提供為該測量訊號之一積分函數的一測量結果。
在一具體實施例中，一種用於光學近接感測的方法具有下列步驟：- 產生及送出具有在不可見光譜中之一波長的一訊號，- 接收一反射訊號，其為反射離開人類使用者之該訊號的一函數，- 轉換該反射訊號且由它提供在可見光譜中的一可偵測訊號，- 接收該可偵測訊號且由它提供為一光學近接感測電路與該人類使用者之一距離函數的一測量訊號。
其中，該訊號、該反射訊號及該可偵測訊號中之各者為一光學訊號。
藉由運用具有較高波長的該訊號，亦即，在不可見光譜中的波長，以及將該反射訊號轉換為該可偵測訊號，該方法致能光學近接感測而不需要開口。
該方法的實作可用如以上所述的光學近接感測電路。
在一開發中，轉換該反射訊號的實現係藉由將該反射訊號的波長從對於該人類使用者是不可見的波長升頻轉換為對於人類使用者是可見的波長作為可偵測訊號的波長。
該轉換例如用上述轉換材料實現。
在又一開發中，該方法包含：形塑該訊號及/或該反射訊號及/或濾波該反射訊號。
如前述，可用例如光學透鏡形塑或形成該訊號及/或該反射訊號。另外或替換地，該反射訊號可用不同的光學濾波器濾波。
1‧‧‧光學近接感測電路
10‧‧‧發射裝置或光學發射裝置
11‧‧‧轉換材料或光轉換材料
12‧‧‧接收裝置、接收器或光學接收裝置
13‧‧‧光學屏障
14‧‧‧阻擋層
17‧‧‧邊框
18‧‧‧顯示器
19‧‧‧顯示器背側
20‧‧‧人類使用者
21、22、23‧‧‧曲線
131‧‧‧第一濾波器
132‧‧‧第二濾波器
151‧‧‧第一光學透鏡
152‧‧‧第二光學透鏡
171‧‧‧塗覆層
S1‧‧‧訊號
S2‧‧‧反射訊號
S3‧‧‧可偵測訊號
下文參考附圖用數個示範具體實施例詳細解釋所提出之光學近接感測電路及對應方法。功能相同或效果相同的組件及電路元件用相同的元件符號表示。只要電路部件或組件在功能上互相對應，彼等的描述在以下各圖中不會重覆。
第1圖圖示有所提出之光學近接感測電路的 所提出之手持裝置之第一具體範例；第2圖圖示有所提出之光學近接感測電路的所提出之手持裝置之第二具體範例；第3圖圖示有所提出之光學近接感測電路的所提出之手持裝置之第三具體範例；第4圖圖示所提出之手持裝置的一具體範例；第5圖圖示頻譜概圖；第6圖圖示顯示器的頻譜透射；第7圖及第8圖各自圖示轉換材料的特性圖；第9圖圖示矽的頻譜透射；第10圖圖示阻擋層的頻譜透射；第11圖圖示所提出之光學近接感測電路的測量結果。
第1圖圖示有所提出之光學近接感測電路的所提出之手持裝置之第一具體範例。
該裝置具有光學近接感測電路1、邊框17及有顯示器背側19的顯示器18。該裝置的使用者被描述為人類使用者20。
光學近接感測電路1包含經製備成可送出訊號S1的光學發射裝置10，經製備成可將反射訊號S2轉換為可偵測訊號S3的光轉換材料11，以及配置成與光學發射裝置10隔開但是在彼(光學發射裝置10)之視覺範圍中的光學接收裝置12。光轉換材料11安裝至光學接收裝置12。訊號S1、反射訊號S2及可偵測訊號S3為光學訊號。訊號S1具有對人類使用者20是不可見的波長。反射訊號S2為反射離開人類使用者20之訊號S1的函數。可偵測訊號S3具有人類使用者20可看見的波長。
邊框17形成該裝置的外表面且面向人類使用者20。從人類使用者20的觀點來看，顯示器18安裝在邊框17下面但是在光學近接感測電路1上面。顯示器18包含LDC或AMOLED顯示器。顯示器18的背側19對於訊號S1及反射訊號S2是透明的。
在此具體實施例中，光學近接感測電路1進一步具有覆蓋光學接收裝置12之表面及光學發射裝置10之表面的阻擋層14，因而大體覆蓋光學近接感測電路1的表面。根據圖示具體實施例的光學近接感測電路1復包含安裝在轉換材料11與光學接收裝置12之間的第一濾波器131。第一濾波器131經製備成可傳送有約950奈米之波長的光線。
為了偵測人類使用者20的趨近或測量人類使用者20至裝置的距離，光學發射裝置10射出具有對人類使用者20是不可見之波長的訊號S1。為此目的，光學發射裝置10包含射出波長約1200奈米之訊號S1的LED。由於阻擋層14對於1200奈米波長的光線可透射而且只阻擋可見光，訊號S1通過阻擋層14。接下來，訊號S1通過 顯示器背側19、顯示器18及邊框17且隨後被反射離開人類使用者20的皮膚。具有與訊號S1波長重合之波長的反射訊號S2穿經邊框17、顯示器18、顯示器背側19且經由阻擋層14進入光學近接感測電路1。反射訊號S2隨後用光轉換材料11轉換為可偵測訊號S3。光轉換材料11因此做升頻轉換，使得可偵測訊號S3的波長在人類使用者20的可見光範圍中。可偵測訊號S3的波長例如在630奈米的範圍中。為了優化測量訊號，可偵測訊號S3隨後在被實現成為例如紅光濾波器的第一濾波器131被濾波以移除陽光的成分。最後，可偵測訊號S3到達光學接收裝置12由它提供表示光學近接感測電路1與人類使用者20之距離函數的測量訊號。阻擋層14防止可偵測訊號S3離開光學近接感測電路1且被人類使用者20注意到。
在圖示具體實施例中，光轉換材料11以直通模式運用因而呈半透明。替換地，光學發射裝置10可實現成為雷射二極體或垂直腔表面發光雷射。
實現成為薄膜電晶體(thin-film transistor；TFT)或AMOLED顯示器兩者的LCD顯示在1200奈米有高透射程度。在此波長的角度漫射程度也低。結果，利用具有例如約1200奈米之波長的訊號S1，光學近接感測電路1可放在邊框17及顯示器18後面使用。結果，不必裝設個別孔口用於裝置表面的近接偵測。由於波長較長，因此可防止激活AMOLED像素。
在一開發中，光學近接感測電路1的激活與 顯示器18的控制器同步以便減少光學顯示器訊號的干涉。詳言之，光學近接感測電路1的運作使得在近接測量期間，顯示器18本身很穩定，例如開或關，以免顯示器18的像素的輻射變化影響測量訊號。在一示範具體實作中，光學近接感測電路1在刷新AMOLED顯示器18之前被激活3毫秒。
在又一開發中，該裝置具有也被稱為用於近接應用之同步解多工器(demultiplexer)的後處理組件，其乃與光學近接感測電路1一起使用。該後處理組件至少有積分器電路與反相器電路，其可選擇性地耦合至反相器電路的輸入。結果，為了判定人類使用者20的近接，首先，如上述，光學近接感測電路1與光學發射裝置10一起運作送出訊號S1且用積分器電路正積分(positively integrate)該測量訊號。該測量訊號大體反映反射訊號與周遭光線的總合。接下來，將光學發射裝置10關閉，激活在積分器之輸入處的反相器電路且繼續測量訊號的積分，該測量訊號此時主要反映周遭光線。藉由周遭光線的此一負積分影響(negative integration influence)，從測量訊號移除例如約在970奈米的陽光，且相應地提供測量結果。
第2圖圖示有所提出之光學近接感測電路的所提出之手持裝置之第二具體範例。第2圖的具體實施例與第1圖的具體實施例重疊，除了描述於下文的差異以外。在此具體實施例中，該裝置具有邊框17及光學近接感測電路1，而邊框17具有塗覆層171。如上述，邊框17面向人類使用者20。光學近接感測電路1配置在塗覆層171下面。 因此，與第1圖的具體實施例成對比，該裝置在此具體實施例中沒有顯示器。
除了第1圖的具體實施例外，光學近接感測電路1具有第一光學透鏡151、第二光學透鏡152及第二濾波器132。第一光學透鏡151安裝至光學發射裝置10且為訊號S1的光束成形構件。第二光學透鏡152安裝至轉換材料11且為反射訊號S2的光束成形構件。第二濾波器132也安裝至轉換材料11，在此特殊具體實施例中，第二濾波器132插在第二光學透鏡152與光轉換材料11之間。
在此具體實施例中，由光學發射裝置10射出的訊號S1通過使它成形或聚焦的第一光學透鏡151穿經塗覆層171及邊框17且被反射離開人類使用者20。所產生之反射訊號S2穿經邊框17、塗覆層171以及反射訊號S2之波長可透射的阻擋層14。反射訊號S2穿經使它成形或聚焦的第二光學透鏡152，隨後穿經第二濾波器132，其運行如同帶通濾波器且只傳送波長在1400至1500奈米之範圍中的光線且隨後到達轉換材料11。反射訊號S2在此被升頻轉換為可偵測訊號S3，亦即，波長約630奈米的可見光。可偵測訊號S3打到光學接收裝置12，例如光二極體，隨後它提供測量訊號給下游處理器。可實作成為顏色或干涉濾波器的第二濾波器132改善光學訊噪比。在此具體實施例中，轉換材料11再度處於直通模式。
第3圖圖示有所提出之光學近接感測電路的所提出之手持裝置之第三具體範例。第3圖的具體實施例 與第1圖的具體實施例重疊，除了下文所述的差異以外。在第3圖中，光學近接感測電路1用不同的方式實作。光學近接感測電路1具有光學發射裝置10、轉換材料11及光學接收裝置12。在此具體實施例中，光學接收裝置12對於轉換材料11經配置成反射訊號S2穿經光學接收裝置12，然後打到轉換材料11。轉換材料11在此具體實施例中有反射性，使得由轉換材料11產生的可偵測訊號S3朝向如第3圖所示的向上方向行進。相較於第1圖及第2圖的具體實施例，光學接收裝置12被翻過來，使得它在第3圖中面朝下。已發現，矽對於波長1500奈米的光線是透明的。結果，反射訊號S2在它被升頻轉換之前只通過光學接收裝置12的光二極體。此具體實施例不需要阻擋層14是有利的。
在此具體實施例中，光學發射裝置10包含射出波長約1500奈米之光線的LED。替換上述光二極體，有光二極體照射之背側的矽晶粒可使用於此具體實施例。轉換材料11將反射訊號S2升頻轉換為有約980奈米之較短波長的可偵測訊號S3。可偵測訊號S3用光學接收裝置12的光二極體感測。
在此具體實施例中，類似在說明第2圖提及的第二濾波器132，光學濾波器也可放在轉換材料11與光學接收裝置12之間。
人類使用者20可看見的可偵測訊號S3之光線由於向上方向而在光學近接感測電路1內被阻擋是有利的。
上述每個具體實施例具有安裝在光學發射裝置10與光學接收裝置12之間的光學屏障13，其防止發射裝置10與接收裝置12之間的串音。在一示範具體實作中，發射裝置10、轉換材料11及接收裝置12安裝在封裝件中，其材料防止訊號S1直接到達轉換材料11及/或接收器12，從而實現光學屏障13。
第4圖圖示所提出之手持裝置的一具體範例。在此情形下，該裝置為一智慧型手機。箭頭指示在裝置之顯示器下面運作之上述光學近接感測電路的示範位置。
第5圖圖示頻譜概圖。參考光二極體以奈米為波長單位的正規化靈敏度(normalized sensitivity)，比較人眼與LED輻射。曲線21圖示習知人眼靈敏度，其範圍大約在400奈米至680奈米之間，最大值在555奈米。曲線22圖示圖示最新技術之近紅外線LED的輻射，其範圍約在825至1100奈米之間，且最大值在975奈米。曲線23描繪光二極體的靈敏度，其範圍大約在300奈米至1100奈米之間。
可輕易確定使用於最新技術之光學近接感測器之LED的最大輻射出現在光二極體中較不敏感的區域。因此，所提出之光學近接感測電路使用具有較高波長的光學發射裝置以及反射訊號的後續轉換。
第6圖圖示顯示器的頻譜透射。以單位為奈米的波長描繪AMOLED顯示器的透射率百分比。可見，在使用於所提出之光學近接感測電路的波長處，透射率相對 高，亦即，高於1100奈米的波長。
第7圖可使用於所提出之光學近接感測電路之典型轉換材料的特性圖。以單位為奈米的波長描繪升頻轉換材料從1200奈米到650奈米的相對強度。圖中，NIR指近紅外線光譜，同時vis指可見光譜。
第8圖圖示可使用於所提出之光學近接感測電路之另一轉換材料的特性圖。在此，以單位為奈米的激勵波長描繪從1500奈米升頻轉換到980奈米的兩種不同轉換材料之正規化激勵曲線(normalized excitation profile)。
在說明第7圖及第8圖時提及的轉換材料可用來實現所提出之光學近接感測裝置。在選擇轉換材料時，必須保證，使用使波長相似且較長之兩個光子產生波長較短之一個光子的受激反史托克拉曼散射材料。具有較高量子產率的材料為較佳。
第9圖圖示矽的頻譜透射。以單位為微米的波長描繪常用於厚度10毫米(mm)之探測樣本的透射百分比。結果是，使用於所提出之光學近接感測電路的波長有高透射率。
第10圖圖示阻擋層的頻譜透射。以單位為奈米的波長描繪黑色油墨的透射百分比。可見，對於使用於訊號S1及反射訊號S2的波長，實現阻擋層之黑色油墨所使用的不同材料相對高，不過，它仍可阻擋可偵測訊號S3在視覺範圍中的波長。
第11圖圖示所提出之光學近接感測電路的 測量結果。以時間t描繪光學近接感測電路與人類使用者之距離的倒數。不同曲線描繪運用於光學接收裝置之各種光二極體的不同測量結果。從上到下，圖示寬頻帶光二極體，例如NWell二極體、紅光光二極體、藍光光二極體、綠光及專用通道(clear channel)光二極體。在此測量的偵測距離約為2厘米(cm)。可以看出，人類使用者在第一時段趨近，其中以有較低或較高之強度的訊號反映人類使用者與感測電路的距離。然後，使用者本身移動離開感測電路且隨後重新趨近感測電路。
可見，寬頻帶光二極體捕獲大部份的可偵測訊號。
應瞭解，在說明任一具體實施例時論及的任何特徵可單獨使用或與其他論及特徵結合，且也可與該等具體實施例中之任一的一或多個特徵結合使用，或與該等具體實施例中之任一它者的任何組合，除非另有指明作為替代例。此外，也可運用以上未論及的特效物及變體而不脫離界定於隨附申請專利範圍中所提出之光學近接感測電路及對應方法的範疇。
1‧‧‧光學近接感測電路
10‧‧‧發射裝置或光學發射裝置
11‧‧‧轉換材料或光轉換材料
12‧‧‧接收裝置、接收器或光學接收裝置
13‧‧‧光學屏障
14‧‧‧阻擋層
17‧‧‧邊框
18‧‧‧顯示器
19‧‧‧顯示器背側
20‧‧‧人類使用者
131‧‧‧第一濾波器
S1‧‧‧訊號
S2‧‧‧反射訊號
S3‧‧‧可偵測訊號

Claims (14)

  1. 一種光學近接感測電路(1)，其包含：一光學發射裝置(10)，其經製備成送出具有在不可見光譜中之一波長的一訊號(S1)，一光轉換材料(11)，其經製備成將一反射訊號(S2)轉換為一可偵測訊號(S3)，該反射訊號(S2)為反射離開人類使用者(20)之該訊號(S1)的一函數且該可偵測訊號(S3)具有在可見光譜中的一波長，以及一光學接收裝置(12)，其經配置成與該光學發射裝置(10)隔開但是在該光學發射裝置(10)之一視覺範圍中並經製備成偵測該可偵測訊號(S3)且由它提供為該光學近接感測電路與該人類使用者(20)之一距離函數的一測量訊號，其中，該光轉換材料(11)安裝至該光學接收裝置(12)，以及其中，該訊號(S1)、該反射訊號(S2)及該可偵測訊號(S3)中之各者為一光學訊號，其中，該光轉換材料(11)是半透明的，其中，該光學接收裝置(12)對於該光轉換材料(11)經配置成該反射訊號(S2)穿經該光轉換材料(11)以打到該光學接收裝置(12)，及其中，該光學近接感測電路(1)復包含覆蓋該光學接收裝置(12)之一表面及該光學發射裝置(10)之一表面的一阻擋層(14)，該阻擋層(14)經製備成防止該可偵測訊號(S3)離開該光學近接感測電路。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之光學近接感測電路(1)， 其中，該光轉換材料(11)包含一受激反史托克拉曼(anti-stokes raman)散射材料。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之光學近接感測電路(1)，其中，該光學發射裝置(10)包含至少一發光二極體，其經製備成射出有約1200奈米之一波長的光線作為該訊號(S1)，或其中，該光學發射裝置(10)包含一垂直腔表面發光雷射，其經製備成射出有約1500奈米之一波長的光線作為該訊號(S1)。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的光學近接感測電路(1)，其中，該光學接收裝置(12)包含至少一光二極體，其對於在300奈米至1100奈米之範圍的光線敏感。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之光學近接感測電路(1)，其中，該光二極體被實現成為摻雜一升頻轉換材料的一矽光二極體，該升頻轉換材料為該光轉換材料(11)，且該升頻轉換材料配置為提供從1200奈米到630奈米或從1500奈米到980奈米的轉換。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的光學近接感測電路(1)，其復包含：安裝在該光學發射裝置(10)與該光學接收裝置(12)之間的一光學屏障(13)。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的光學近接感測電路(1)，其復包含：安裝在該光轉換材料(11)與該光學接收裝置(12)之間的一第一濾波器(131)，該第一濾波器(131)經製備成 傳送有約950奈米之一波長的光線，及/或一第二濾波器(132)，其安裝至該光轉換材料(11)，致使該反射訊號(S2)在到達該光轉換材料(11)之前通過該第二濾波器(132)，該第二濾波器(132)經製備成傳送具有在1400奈米至1500奈米之範圍中之一波長的光線。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的光學近接感測電路(1)，其復包含：安裝至該光學發射裝置(10)的一第一光學透鏡(151)，該第一光學透鏡(151)為該訊號(S1)的一光束成形構件，及/或安裝至該光轉換材料(11)的一第二光學透鏡(152)，該第二光學透鏡(152)為該反射訊號(S2)的一光束成形構件。
  9. 一種手持裝置，其具有：一邊框(17)，經製備成形成該裝置之一外表面，其中，該邊框(17)面向一人類使用者(20)，以及如申請專利範圍第1項所述的光學近接感測電路(1)，其中，該邊框(17)具有對於該訊號(S1)是透明的一塗覆層(171)，以及其中，該光學近接感測電路(1)配置在該邊框(17)的該塗覆層(171)下面。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之手持裝置，其復包含：安裝在該邊框(17)與該光學近接感測電路(1)之間的一顯示器(18)，其中，該顯示器(18)包含一液晶顯示器或一主動矩陣有機發光二極體顯示器，以及其中，該顯示器(18)具有對於該訊號(S1)是透明的一背側(19)，以及該光學近接感測電路(1)配置在該顯示器(18)的該背側(19)下面，其中，該邊框(17)的該塗覆層(171)包含用於容置該顯示器(18)的一開口。
  11. 如申請專利範圍第9項或第10項所述之手持裝置，其復包含：具有一積分器電路與一反相器電路的一後處理組件，它可選擇性地耦合至該反相器電路的一輸入，該後處理組件經製備成接收該測量訊號且提供為該測量訊號之一積分函數的一測量結果。
  12. 一種用於光學近接感測之方法，其具有下列步驟：產生及送出具有在不可見光譜中之一波長的一訊號(S1)，接收一反射訊號(S2)，其為反射離開人類使用者(20)之該訊號(S1)的一函數，轉換該反射訊號(S2)且由它提供具有在可見光譜中之一波長的一可偵測訊號(S3)，接收該可偵測訊號(S3)且由它提供為一光學近接感測電路(1)與一人類使用者(20)之一距離函數的一測 量訊號，其中，該訊號(S1)、該反射訊號(S2)及該可偵測訊號(S3)中之各者為一光學訊號，其中，用如申請專利範圍第1項所述的光學近接感測電路實作該方法。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之用於光學近接感測之方法，其中，轉換該反射訊號(S2)的實現係藉由將該反射訊號(S2)的一波長從在該不可見光譜中的一波長升頻轉換為該可見光譜的一波長作為該可偵測訊號(S3)的波長。
  14. 如申請專利範圍第12項所述之用於光學近接感測之方法，其復包含：形塑該訊號(S1)及/或該反射訊號(S2)，及/或濾波該反射訊號(S2)。
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