接近传感器的制作方法

1.本公开内容涉及可操作成检测接近感测设备的环境中的目标的接近传感器或接近感测设备，并且特别地涉及针对串扰对接近感测设备进行补偿的方法。


背景技术：

2.接近感测设备用于检测在该接近感测设备的环境内目标是否存在以及/或者用于测量目标与该接近感测设备之间的距离。接近感测设备包括红外(ir)led发射器和光电二极管，该光电二极管被配置成检测从目标反射的光。由光电二极管产生的电流的量同目标与接近感测设备之间的距离成比例。ir led发射器可操作成产生特定数目的光脉冲，而积分器对由光电二极管产生的每个所得脉冲电流进行积分以产生数字输出电流。
3.理想地，当在接近感测设备的环境内不存在目标以从目标反射光时，数字电流输出应当为零。然而，如果接近感测设备在表面下方例如在移动电话显示器玻璃下方，则由ir led发射器发射的光的一部分可能由该表面反射，这可能导致不想要的非零数字电流输出。不想要的非零数字电流输出被称为串扰。
4.借助于校准处理在积分器中对串扰进行补偿。校准处理涉及对串扰进行测量以获得校准电流。在校准处理之后的测量中，从数字电流输出中减去该校准电流，这产生了期望的数字电流输出，例如在没有不想要的串扰影响的情况下的数字电流输出。
5.使用数模转换器从数字电流输出中减去校准电流，该数模转换器使用数字信号来控制。该数字信号的单个值被存储在存储装置中，例如存储在可编程偏移寄存器中。
6.本公开内容的至少一个方面的目的是提供减少串扰的替选且更准确的方法。


技术实现要素：

7.申请人发现，使用单个数字信号值可能不适合于遍及环境ir光强度的范围内提供补偿。特别地，单个数字信号值可能导致遍及环境ir光强度的范围中的至少一些范围的不想要的非零数字电流输出，例如，不准确的接近测量。
8.因此，本公开内容旨在提供用于遍及环境ir光强度的范围对串扰进行补偿的接近感测设备和方法。
9.根据本公开内容的第一方面，提供了一种接近感测设备，该接近感测设备包括：辐射发射器；辐射传感器，其被配置成感测来自该辐射发射器的反射辐射；以及存储器，其用于存储多个环境辐射水平范围和映射到所述多个环境辐射水平范围的多个系数。接近感测设备还包括处理电路系统，该电路处理电路系统被配置成通过从来自该辐射传感器的输出中减去以下述任一者按比例改变的所测量的环境辐射水平来针对串扰对所述输出进行补偿：从所述多个系数中选择的系数；或者从所述多个系数中导出的值。
10.有利地，这样的设备可以适用于遍及环境辐射水平的范围针对串扰更准确地对来自辐射传感器的输出进行补偿。每个环境辐射水平可以具有不同的环境辐射幅度或强度。串扰可以指从接近感测设备或者接近感测设备是其构成部分的设备的表面反射的不想要
的环境辐射。例如，串扰可能由移动电话显示器玻璃产生。
11.特别地，接近感测设备可以适用于防止由串扰引起的误差相对于环境辐射的强度而增加或以其他方式改变。
12.有利地，这样的设备可以适用于在高串扰应用中进行的操作。
13.值得注意的是，接近感测设备被配置成基于当前的环境辐射水平使用许多可能系数中的合适系数来对所述输出进行按比例改变，以产生与仅仅假设单个常数值的现有技术中的相比较更准确的输出。
14.有利地，这样的设备可以适用于在存在强环境辐射的情况下进行的操作。
15.接近感测设备包括环境辐射传感器，该环境辐射传感器被配置成获得所测量的环境辐射水平。
16.接近感测设备的处理电路系统可以被配置成使用步骤(a)至步骤(c)中的至少一个从多个系数中选择所述系数：
17.(a)将所测量的环境辐射水平与环境辐射水平范围进行比较；
18.(b)选择将所测量的环境辐射水平包含在内或与所测量的环境辐射水平最接近的环境辐射水平范围；
19.(c)从所述多个系数中选择映射到将所测量的环境辐射水平包含在内或与所测量的环境辐射水平最接近的环境辐射水平范围的系数。
20.有利地，如果环境辐射水平是连续的，则可以执行选择将所测量的环境辐射水平包含在内的环境辐射水平范围。
21.有利地，如果环境辐射水平是不连续的，则可以执行选择与所测量的环境辐射水平最接近的环境辐射水平范围。例如，在一些环境辐射水平数据丢失的情况下。
22.有利地，可以使用连续的环境辐射水平与非连续的环境辐射水平的组合。
23.接近感测设备的处理电路系统可以被配置成通过对多个系数执行下述中的至少一者来导出所述值：线性内插、二阶或更高阶内插、曲线拟合或机器学习算法。
24.有利地，相对于现有技术，线性内插可以提高导出所述值的准确性。相对于其他导出方法，线性内插可以使得能够使用较简单和/或较便宜的处理电路系统。线性内插可以指对一阶多项式函数进行内插。
25.有利地，相对于线性内插，二阶或更高阶内插可以提高导出所述值的准确性。二阶或更高阶可以指对至少二阶的多项式函数进行内插。例如，可以使用二阶多项式函数、三阶多项式函数、四阶多项式函数或五阶多项式函数。
26.有利地，在除了多项式函数以外的函数最佳拟合环境辐射水平数据时可以使用曲线拟合，以提高相对于其他值导出方法导出所述值的准确性。曲线拟合可以指对任何非多项式函数包括但不限于：指数函数、对数函数和三角函数进行的内插。
27.有利地，可以使用机器学习算法来导出所述值，例如，在环境辐射水平数据持续更新以及/或者随时间变化使得预定义函数并不总是最佳拟合环境辐射水平数据的情况下，可以使用机器学习算法。
28.代替内插，可以使用外推来导出所述值。
29.有利地，导出所述值可以通过值导出方法中的任一种单独地或者组合地执行。例如，对于不同的环境辐射水平，可以使用不同的方法来导出所述值。
30.辐射可以是下述中的一种：微波辐射、毫米波长辐射、红外光、可见光或紫外光。
31.有利地，所述辐射可以是红外光(例如，日光或白炽灯光)。
32.接近感测设备的辐射传感器可以包括光学滤波器，该光学滤波器被配置成仅将反射辐射(例如，由辐射发射器发射的辐射)的波长透射至辐射传感器中。
33.有利地，光学滤波器可以是陷波滤波器。
34.接近感测设备可以被配置成针对环境辐射传感器的积分时间对所测量的环境辐射水平进行归一化。环境辐射传感器的积分时间可以是大约10ms、100ms、1000ms、10000ms。
35.有利地，对所测量的环境辐射水平进行归一化可以使得该环境辐射水平能够更容易地用于针对串扰对来自辐射传感器的输出进行补偿。
36.有利地，积分时间可以基于环境辐射水平而变化。例如，对于高的环境辐射水平可以使用低的积分时间，并且对于低的环境辐射水平可以使用高的积分时间。
37.接近感测设备可以被配置成针对环境辐射传感器的模拟增益对所测量的环境辐射水平进行归一化。
38.有利地，对模拟增益进行归一化可以使得该环境辐射水平能够更容易用于针对串扰对来自辐射传感器的输出进行补偿。
39.有利地，模拟增益可以是可编程的。例如，模拟增益可以可编程为2倍、4倍或8倍的增益值。模拟增益还可以更高，例如，在1至8192倍或1至50,000倍的范围内。
40.根据本公开内容的第二方面，提供了一种接近感测方法，该方法包括：接收辐射传感器的输出，其中，该辐射传感器被配置成感测来自辐射发射器的反射辐射；以及接收所测量的环境辐射水平。接近感测方法还包括基于所测量的环境辐射水平从包含多个环境辐射水平范围和映射到所述多个环境辐射水平范围的多个系数的存储器检索从所述多个系数中选择的系数或者从所述多个系数导出的值。接近感测方法还包括通过从所述输出中减去以下述任一者按比例改变的所测量的环境辐射水平来针对串扰对所述输出进行补偿：从所述多个系数中选择的系数或者从所述多个系数导出的值。
41.有利地，这样的方法可以适用于在环境辐射水平的范围内针对串扰更准确地对来自辐射传感器的输出进行补偿。
42.特别地，这样的方法可以适用于防止由串扰引起的误差相对于环境辐射的强度而增加。
43.有利地，这样的方法可以适用于在高串扰的应用中进行的操作。
44.有利地，这样的方法可以适用于在存在高环境辐射的情况下进行的操作
45.接近感测方法可以包括使用环境辐射传感器获得所测量的环境辐射水平。
46.接近感测方法可以包括使用步骤(a)至步骤(c)中的至少一个从多个系数中选择所述系数：
47.(a)将所测量的环境辐射水平与环境辐射水平范围进行比较；
48.(b)选择将所测量的环境辐射水平包含在内或与所测量的环境辐射水平最接近的环境辐射水平范围；
49.(c)从所述多个系数中选择映射到将所测量的环境辐射水平包含在内或与所测量的环境辐射水平最接近的环境辐射水平范围的系数。
50.有利地，如果环境辐射水平是连续的，则可以执行选择将所测量的环境辐射水平
包含在内的环境辐射水平范围。
51.有利地，如果环境辐射水平是不连续的，则可以执行选择与所测量的环境辐射水平最接近的环境辐射水平范围。例如，在一些环境辐射水平数据丢失的情况下。
52.有利地，可以使用连续的环境辐射水平和非连续的环境辐射水平的组合。
53.接近感测方法可以包括通过对多个系数执行下述中的至少一者来导出所述值：线性内插、二阶或更高阶内插、曲线拟合或机器学习算法。
54.有利地，相对于现有技术，线性内插可以提高导出所述值的准确性。相对于其他导出方法，线性内插可以使得能够使用较简单和/或较便宜的处理电路系统。线性内插可以指对一阶多项式函数进行内插。
55.有利地，相对于线性内插，二阶或更高阶内插可以提高导出所述值的准确性。二阶或更高阶可以指对至少二阶的多项式函数进行内插。例如，可以使用二阶多项式函数、三阶多项式函数、四阶多项式函数或五阶多项式函数。
56.有利地，在除了多项式函数以外的函数最佳拟合环境辐射水平数据时可以使用曲线拟合，以提高相对于其他值导出方法导出所述值的准确性。曲线拟合可以指对任何非多项式函数包括但不限于：指数函数、对数函数和三角函数进行的内插。
57.有利地，可以使用机器学习算法来导出所述值，例如，在环境辐射水平数据不断更新以及/或者随时间变化使得预定义函数并不总是最佳拟合环境辐射水平数据的情况下，可以使用机器学习算法。
58.代替内插，可以使用外推来导出所述值。
59.有利地，导出所述值可以通过值导出方法中的任一种单独地或组合地执行。例如，对于不同的环境辐射水平，可以使用不同的方法来导出所述值。
60.辐射可以是下述中的一种：微波辐射、毫米波长辐射、红外光、可见光或紫外光。
61.有利地，所述辐射可以是红外光(例如，日光或白炽灯光)。
62.接近感测方法可以包括针对环境辐射传感器的积分时间对所测量的环境辐射水平进行归一化。环境辐射传感器的积分时间可以是大约10ms、100ms、1000ms、10000ms。
63.有利地，对所测量的环境辐射水平进行归一化可以使得该环境辐射水平能够更容易地用于针对串扰对来自辐射传感器的输出进行补偿。
64.有利地，积分时间可以基于环境辐射水平而变化。例如，对于高的环境辐射水平可以使用低的积分时间，并且对于低的环境辐射水平可以使用高的积分时间。
65.接近感测方法可以包括针对环境辐射传感器的模拟增益对所测量的环境辐射水平进行归一化。
66.有利地，对模拟增益进行归一化可以使得该环境辐射水平能够更容易用于针对串扰对来自辐射传感器的输出进行补偿。
67.有利地，模拟增益可以是可编程的。例如，模拟增益可以可编程为2倍、4倍或8倍的增益值。模拟增益还可以更高，例如，在1至8192倍或1至50000倍的范围内。
68.根据本公开内容的第三方面，提供了一种接近感测校准方法，该接近感测校准方法用于确定在针对串扰对来自辐射传感器的输出进行补偿时使用的多个系数，该方法包括：接收来自该辐射传感器的多个输出，其中，该辐射传感器被配置成感测来自辐射发射器的反射辐射；接收多个环境辐射水平，所述多个环境辐射水平中的每个环境辐射水平在基
本上与测量所述多个输出中的每个输出的时间对应的时间处进行测量；以及确定所述多个输出与对应的所述多个环境辐射水平之间的关系并且基于该关系导出多个系数。
69.在与测量多个输出中的每个输出的时间基本上相同的时间处测量多个环境辐射水平中的每个环境辐射水平可以不要求该环境辐射水平和输出的测量率或测量时间是相同的。例如，环境辐射水平可以每100ms测量一次，而输出可以每50ms测量一次。在一些实施方式中，环境辐射水平的测量时间可以偏离输出的测量时间。
70.有利地，可以在输出的时间间隔阈值内测量环境辐射水平。例如，该阈值可以是10ms、100ms、1s、10s。
71.有利地，接近感测校准方法可以补偿接近感测设备的老化。
72.有利地，接近感测校准方法可以由接近感测设备的用户或制造商来执行。例如，接近感测校准方法可以在设备首次制造时执行以及/或者可以由用户在使用之前或使用期间执行。
73.接近感测校准方法可以在接收到(例如，来自用户的)校准指令后被调用，或者可以自动地调用例如周期性地调用。
74.在一些实施方式中，接近感测校准方法可以在参数被确定为落在可接受范围之外时调用。例如，这可能在多个系数中的一些或全部系数不再引起致使对感测设备的串扰的准确补偿的情况下进行。
75.确定接近感测校准方法中的关系可以包括使用下述中的任何一种：在对应的所述环境辐射水平下对所述多个输出进行线性拟合；在对应的所述环境辐射水平下对所述多个输出进行二阶或更高阶拟合；在对应的所述环境辐射水平下对所述多个输出进行曲线拟合；或者进行机器学习算法。
76.有利地，相对于现有技术的单个值，线性内插可以提高确定所述关系的准确性。相对于其他导出方法，线性内插可以使得能够使用较简单和/或较便宜的处理电路系统。线性内插可以指对一阶多项式函数进行内插。
77.有利地，相对于线性内插，二阶或更高阶内插可以提高确定所述关系的准确性。二阶或更高阶可以指对至少二阶的多项式函数进行内插。例如，可以使用二阶多项式函数、三阶多项式函数、四阶多项式函数或五阶多项式函数。
78.有利地，在除了多项式函数以外的函数最佳拟合接近感测校准数据时可以使用曲线拟合，以提高相对于其他关系确定方法确定所述关系的准确性。曲线拟合可以指对任何非多项式函数包括但不限于：指数函数、对数函数和三角函数进行的内插。
79.有利地，可以使用机器学习算法来确定所述关系，例如，在接近感测校准数据持续更新以及/或者随时间变化使得预定义函数并不总是最佳拟合接近感测校准数据的情况下，可以使用机器学习算法。
80.代替内插，可以使用外推来确定多个输出与对应的多个环境辐射水平之间的关系。
81.有利地，确定所述关系可以通过关系确定方法中的任一种单独地或组合地执行。例如，针对不同的环境辐射水平，可以使用不同的方法来确定所述关系。
82.接近感测校准方法中的多个系数可以基于多个输出与对应的多个环境辐射水平的关系。
83.通过执行接近感测校准方法，可以更新在接近感测方法中使用的多个系数。
84.根据本公开内容的第四方面，提供了一种非暂态计算机可读存储介质，其包括指令，所述指令在由处理电路系统执行时使该处理电路系统执行接近感测方法。
85.根据本公开内容的第五方面，提供了一种非暂态计算机可读存储介质，其包括指令，所述指令在由处理电路系统执行时使该处理电路系统执行接近感测校准方法。
86.有利地，本公开内容的第四方面和第五方面的计算机可读存储介质可以是相同的计算机可读存储介质。
87.有利地，本公开内容的第四方面和第五方面的处理电路系统可以是相同的处理电路系统。
88.有利地，非暂态计算机可读存储介质可以自动地执行接近感测校准方法。例如，可以每年、每月、每周、每天、每小时、每分钟、每秒钟或每毫秒执行接近感测校准方法。
89.有利地，一旦超过校准准确性阈值，接近感测校准方法就可以通知用户。例如，一旦多个系数不再致使针对串扰对接近感测设备进行的准确补偿。在这种情况下，可以提示用户调用接近感测校准方法。
90.有利地，接近感测设备可以包含在例如智能电话、平板电脑、膝上型计算机或其他计算机的显示屏的下方。
91.有利地，接近感测设备可以包含在蜂窝设备中。
92.有利地，被配置成执行接近感测方法和/或接近感测校准方法的处理电路系统可以包含在蜂窝设备中。
93.上面的概要旨在仅是示例性的和非限制性的。本公开内容包括单独的或以各种组合的一个或更多个相应方面、实施方式或特征，无论是否在该组合中或单独地特别说明(包括要求保护的)。应当理解的是，根据本公开内容的任何方面上面限定的特征或下面与本公开内容的任何具体实施方式有关的特征可以单独地或与任何其他方面或实施方式中的任何其他限定的特征组合地使用，或者形成本公开内容的另外的方面或实施方式。
附图说明
94.现在将参照附图仅通过示例的方式来描述本公开内容的这些和其他方面，在附图中：
95.图1描绘了根据本公开内容的实施方式的接近感测设备的框图；
96.图2描绘了根据本公开内容的实施方式的接近感测方法的流程图；
97.图3描绘了在蜂窝设备的显示器下方的接近感测设备；
98.图4描绘了图1的接近感测设备的感测部件和处理部件的电路图；
99.图5描绘了图1的接近感测设备的示意图；
100.图6描绘了根据本公开内容的实施方式的接近感测校准方法的流程图；以及
101.图7描绘了多个输出相对于多个环境辐射水平的示例图。
具体实施方式
102.图1描绘了根据本公开内容的实施方式的接近感测设备100的框图。设备100包括：辐射发射器104、辐射传感器106、环境光传感器(als)108、存储器110和处理电路系统112。
103.辐射发射器104可操作成发射ir辐射。辐射发射器104可以是ir发光二极管(led)、垂直腔表面发射激光器(vcsel)等。
104.辐射传感器106被配置成感测来自辐射发射器104的反射辐射。例如，所发射的辐射可以从诸如人的目标反射。辐射传感器106可以包括至少一个光电二极管等。
105.als 108可操作成测量环境辐射水平。als 108可以包括至少一个光电二极管等。在一些实施方式中，als 108可以不存在于接近感测设备100中。例如，可以使用辐射传感器106来测量环境辐射水平。更具体地，辐射传感器106可以在辐射发射器104不发射时(或者至少在预期没有来自辐射发射器104的反射辐射时)测量环境辐射水平。在一些实施方式中，als 108可以被提供为在接近感测设备100外部的单独部件。在这种情况下，als 108可以通信地耦接至接近感测设备100(通过有线或无线连接)，以将所测量的环境辐射水平数据传输至接近感测设备100。因此，接近感测设备100可以被配置成从外部als 108获得或接收所测量的环境辐射水平。存储器110可操作成存储多个环境辐射水平范围和映射到所述多个环境辐射水平范围的多个系数。存储器110可以是prom、eprom、eeprom、erom、nvram、fram等。
106.处理电路系统112被配置成通过从来自辐射传感器106的输出中减去以下述任一者按比例改变的所测量的环境辐射水平来针对串扰对所述输出进行补偿：从所述多个系数中选择的系数；或者从所述多个系数导出的值。
107.图2描绘了根据本公开内容的实施方式的由图1的接近感测设备100执行的接近感测方法的流程图200的示例。
108.在第一步骤202中，处理电路系统112被配置成接收呈辐射传感器106的输出的形式的数据。辐射传感器106的输出对应于辐射传感器106接收来自辐射发射器104的反射辐射(例如，在其从诸如人的目标反射之后)。
109.在第二步骤204中，处理电路系统112被配置成接收呈所测量的环境辐射水平的形式的数据(例如，从als 108接收)。
110.在接收到测量的环境辐射水平之后，在第三步骤206中，处理电路系统112被配置成从存储器110检索数据。存储器110包含多个环境辐射水平范围和映射到所述多个环境辐射水平范围的多个系数。从存储器110检索的数据基于所测量的环境辐射水平来确定并且是下述中任一者：从所述多个系数中选择的系数；或者从所述多个系数导出的值。特别地，所述系数或值通常随所测量的环境辐射水平增加而具有反比关系——例如，随着所测量的环境辐射水平增加，所述系数或值将减小。
111.在第四步骤208中，处理电路系统112被配置成通过从所述输出中减去以下述任一者按比例改变的所测量的环境辐射水平来针对串扰对所述输出进行补偿：从所述多个系数中选择的系数；或者从所述多个系数导出的值。
112.在一些实施方式中，处理电路系统112被配置成直接使用步骤206和步骤208中的系数。在这种情况下，处理电路系统112被配置成通过将所测量的环境辐射水平与存储器110中的环境辐射水平范围进行比较来从多个系数中选择所述系数。更具体地，处理电路系统112从多个系数中选择映射到将所测量的环境辐射水平包含在内或与所测量的环境辐射水平最接近的环境辐射水平范围的系数。
113.在一些实施方式中，处理电路系统112被配置成使用在步骤206和步骤208中从多
个系数导出的值。在这种情况下，例如，如果所测量的环境辐射水平落在存储在存储器110中的环境辐射水平范围之外，则处理电路系统112可以被配置成通过使用多个系数中的两个或更多个系数进行线性内插来导出所述值。
114.代替线性内插，可以使用二阶内插或更高阶内插、曲线拟合或机器学习算法来确定所述输出与所测量的环境辐射水平之间的关系。
115.代替内插，可以使用外推来确定所述输出与所测量的环境辐射水平之间的关系。
116.本领域技术人员将理解的是，步骤202、步骤204、步骤206、步骤208可以按照上述顺序或其他顺序来进行。本领域技术人员还将理解的是，一些步骤可以与其他步骤同时或并行地进行。
117.图3描绘了在诸如移动电话、平板电脑、膝上型计算机等蜂窝设备300的显示器304下面的如前所述的接近感测设备100的框图。
118.蜂窝设备300包括：接近感测设备102；本体302；以及显示器304。显示器304可以是led、有机led(oled)等。在操作中，所述设备发射辐射，所述辐射的从显示器304反射的一部分作为反射辐射。例如，所述反射辐射可以从构成显示器304的一个部件的窗口反射。
119.图4描绘了根据本公开内容的实施方式的图1的接近感测设备的感测部件和处理部件的电路图400。电路400包括：第一级运算放大器(opamp)402；第二级opamp 403；光电二极管406；第一接地404；第二接地405；第一电容器408；第二电容器409；第三电容器410；可变偏移电压414；可变电阻器412；als 108；模数转换器(adc)416；存储器110；以及补偿器424。
120.光电二极管406的输出连接至第一级opamp 402的负输入，并且第一接地404连接至第一级opamp 402的正输入。第一级opamp 402的输出经由第一电容器408返回至第一级opamp 402的负输入。
121.第二接地405连接至第二级opamp 403的正输入。第一级opamp 402(在第一电容器408返回连接之后)的输出穿过第二电容器409并且连接至第二级opamp 403的负输入。第二级opamp 403的正输入和负输入通过可变电阻器412连接。可变电阻器412的输入连接至可变偏移电压414。第二级opamp 403的输出经由第三电容器410返回至第二级opamp 403的负输入。
122.第二级opamp 403(在第三电容器410返回连接之后)的输出连接至adc 416的输入。adc 416的以pdata
所测量的
418的形式的输出连接至补偿器424的输入。adc 416的输出在本公开内容中的其他地方被称为“来自辐射传感器106的输出”。可变偏移电压414可操作成针对设备的光学堆叠中的内部反射来补偿pdata
所测量的
418。
123.als 108的以环境光数据(als
ir_data 419)的形式的输出连接至存储器110的输入和补偿器424的输入两者。
124.存储器110的以系数/值(c
x 422)的形式的输出连接至补偿器424的输入。
125.补偿器424接收pdata
所测量的
418、c
x 422和als
ir_data 419的输入并且输出根据未补偿的输出418导出的补偿信号(pdata
所补偿的
)426。具体地，为了计算pdata
所补偿的
426，补偿器424从pdata
所测量的
418中减去c
x 422与als
ir_data
419的乘积。换句话说，
126.pdata
所补偿的
＝pdata
所测量的-(c
x
*als
ir_data
)
127.虽然未示出，但是光电二极管406在顶部具有光学滤波器，该光学滤波器仅允许与
辐射发射器(未示出)的波长相等波长的光。数字控制器向辐射发射器发送使能信号(脉冲)，同时模拟前端对来自光电二极管406的电流进行积分。由辐射发射器发射的脉冲的编程数目可以在1至64个脉冲的范围内。每个脉冲包含导通阶段(例如，发射器导通)和关断阶段(例如，发射器关断)。在导通阶段期间，光电二极管406可操作成检测由辐射发射器和环境辐射产生的辐射。在关断阶段期间，光电二极管406仅可操作成检测环境辐射。在每个脉冲结束时，可以通过从导通阶段信号中减去关断阶段信号(例如，这去除了由于环境辐射引起的影响)来获得表示仅由辐射发射器产生的辐射的信号。可以使用第二级(opamp 403)来累积表示仅由辐射发射器的单个脉冲产生的辐射的每个信号以获得积分电压。一旦完成了编程数目的脉冲，使用adc 416将积分电压转换为数字信号。
128.然而，在该实施方式中，模拟前端具有两个级(例如，opamp 402和opamp 403)。第一级(opamp 402)用于对光电二极管406的每脉冲电流进行积分。第二级(opamp 403)用于对第一级(opamp 402)的输出进行积分。一旦完成了所有的编程脉冲，就可以将第二级(opamp 403)的输出转换为数字信号，并且该输出是辐射传感器106的输出(pdata
所测量的
418)。
129.接近感测方法可以包括针对环境辐射传感器的积分时间对所测量的环境辐射水平进行归一化。环境辐射传感器的积分时间可以是大约10ms、100ms、1000ms、10000ms。有利地，对所测量的环境辐射水平进行归一化可以使得环境辐射水平能够更容易地用于针对串扰对来自辐射传感器的输出进行补偿。积分时间可以基于环境辐射水平而变化。例如，对于高的环境辐射水平可以使用低的积分时间，并且对于低的环境辐射水平，可以使用高的积分时间。
130.接近感测方法可以包括针对环境辐射传感器的模拟增益对所测量的环境辐射水平进行归一化。有利地，对模拟增益进行归一化可以使得环境辐射水平能够更容易地用于针对串扰对来自辐射传感器的输出进行补偿。模拟增益可以是可编程的。例如，模拟增益可以可编程为2倍、4倍或8倍的增益值。模拟增益还可以更高，例如，在1至8192倍或1至50,000倍的范围内。
131.图5描绘了根据本公开内容的实施方式的图1的接近感测设备100的示意图500。示意图500包括：接近ir led/vcsel 502；接近ir光电二极管504；透明滤波器光电二极管505；als ir光电二极管506；电源电压vdd3 508；led/vcsel驱动器510；接近模拟前端514；透明滤波器模拟前端515；als模拟前端516；第一adc 524；第二adc 525；第三adc 526；数字控制器534；配置寄存器535；中断控制器536；i2c接口542；接地(gnd)538；电源电压vdd 540；串行数据线sda焊盘544；串行时钟线scl焊盘545；以及中断(intr)焊盘546。数字控制器534、配置寄存器535、中断控制器536和i2c接口542被分组在一起为数字部件556，数字部件556与除了接近ir led/vcsel 502之外的其他部件一起设置在传感器管芯554上，接近ir led/vcsel 502与传感器封装552中的传感器管芯邻近设置。
132.接近ir led/vcsel 502由led/vcsel驱动器510驱动。
133.接近ir光电二极管504的输出连接至接近模拟前端514的输入。
134.透明滤波器光电二极管505的输出连接至透明滤波器模拟前端515的输入。
135.als ir光电二极管506的输出连接至als模拟前端516的输入。
136.接近模拟前端514的输出连接至第一adc 524的输入。
137.透明滤波器模拟前端515的输出连接至第二adc 525的输入。
138.als模拟前端516的输出连接至第三adc 526的输入。
139.第一adc 524、第二adc 525和第三adc 526的输出连接至数字控制器534的输入。另外，led/vcsel驱动器510连接至数字控制器534。
140.数字控制器534连接至配置寄存器535。
141.中断控制器536连接至配置寄存器535和intr焊盘546。例如，当参数超过指示需要校准的阈值时，可以使用中断控制器536来例如提示使用如下所述的接近感测校准方法。
142.数字控制器534、配置寄存器535和中断控制器536全部连接至i2c接口542。
143.i2c接口542连接至sda焊盘544和scl焊盘545。
144.传感器管芯554包括数字部件556、vdd3 508、接近ir光电二极管504、透明滤波器光电二极管505、als ir光电二极管506、led/vcsel驱动器510、接近模拟前端514、透明滤波器模拟前端515、als模拟前端516、第一adc 524、第二adc 525、第三adc 526、gnd 538、vdd 540，sda焊盘544、scl焊盘545以及intr焊盘546。
145.传感器封装552对应于接近感测设备100并且包括传感器管芯554和接近ir led/vcsel 502。
146.参照图2和图4，传感器封装552的部件如上所述进行操作，以根据所测量的环境辐射水平对来自接近ir光电二极管504的输出进行补偿。在操作中，接近ir led/vcsel 502由led/vcsel驱动器510驱动以发射ir辐射(例如，朝向用于接近感测的目标)。接近ir光电二极管504对来自接近ir led/vcsel 502的反射辐射进行感测，例如，在该反射辐射从目标反射之后。接近模拟前端514响应于感测到的辐射而生成信号，并且第一adc 524将该信号转换为到数字控制器534的数字输入。在相同或类似的时间，als ir光电二极管506对环境ir辐射进行感测，并且als模拟前端516响应于所测量的环境辐射而生成信号，并且第三adc 526将该信号转换为到数字控制器534的数字输入。因此，数字控制器534接收表示感测到的反射辐射(即，来自第一adc 524的输出)和所测量的环境辐射(即，来自第三adc 526)的数字输入。
147.配置寄存器535(即，存储器110)包含多个环境辐射水平范围和映射到所述多个环境辐射水平范围的多个系数。
148.数字控制器534查询配置寄存器535以取得基于所测量的环境辐射水平从多个系数中选择的系数(或者从多个系数导出的值)。
149.然后，数字控制器534通过从所示输出中减去以从多个系数中选择的系数(或者从多个系数导出的值)按比例改变的所测量的环境辐射水平来针对串扰对所述输出(即，来自第一adc 524)进行补偿。然后，数字控制器534可以将经补偿的输出传输至另一设备(例如，经由i2c接口542)，或者可以基于经补偿的输出进行进一步的处理(例如，分析经补偿的输出以得到接近信息以及停用显示器)。
150.将理解的是，在一些实施方式中将使用传感器封装552中的其他部件例如透明滤波器光电二极管505，但是将不会影响如上面关于本公开内容所描述的功能。例如，传感器封装552中的其他部件可以可操作成感测环境可见辐射以及控制显示器的亮度(例如，停用显示器)。
151.图6描绘了根据本公开内容的实施方式的接近感测校准方法的流程图600的示例。
152.在第一步骤602中，处理电路系统112被配置成接收呈来自辐射传感器106的多个输出的形式的数据。来自辐射传感器106的多个输出对应于使用辐射传感器106感测从辐射发射器104发射的反射辐射。
153.在第二步骤604中，处理电路系统112被配置成接收呈多个环境辐射水平的形式的数据。所述多个环境辐射水平中的每个环境辐射水平在基本上与测量所述多个输出中的每个输出的时间对应的时间处进行测量。
154.在第四步骤606中，处理电路系统112被配置成确定所述多个输出与对应的多个环境辐射水平之间的关系并且基于该关系导出多个系数。在图7中示出了示例关系并且下面对该示例关系进行更详细的描述。
155.该关系可以基于例如线性内插、二阶内插或更高阶内插、曲线拟合，或者可以使用机器学习算法。
156.代替内插，可以使用外推来确定所述输出与所测量的环境辐射水平之间的关系。
157.本领域技术人员将理解的是，步骤602、步骤604和步骤606可以按照上述顺序或其他顺序来进行。本领域技术人员还将理解的是，一些步骤可以与其他步骤同时或并行地进行。
158.图7描绘了多个环境辐射水平对应于多个输出的示例图700。竖直轴对应于来自辐射传感器106的输出并且水平轴对应于环境辐射水平。
159.在当前实施方式中，该关系基于从一个输出点到下一输出点(例如，p1到p2)的线性拟合，从而创建一系列对应的环境辐射水平范围(例如，a1到a2)，所述环境辐射水平范围中的每个环境辐射水平范围与输出的内插范围具有不同的线性关系。确定该关系时使用的特定输出可以被选择为包含对于其恒定系数足够补偿串扰的合适的环境辐射水平范围。
160.多个系数中的每个系数通过获取每个线性关系的梯度(例如，c1＝(p2-p1)/(a2-a1))来导出。因此，根据所测量的环境辐射水平，可以使用合适的系数(例如，c1至c5)来准确地反映可能影响接近感测设备100中的串扰的环境辐射的量。因此，当与采用相同系数而不考虑环境辐射水平的现有技术系统相比较时，本公开内容的实施方式更准确地补偿不同的环境辐射水平下的串扰。
161.图700中的竖直虚线表示对于其可以使用恒定系数(例如，c1、c2等)的限定环境辐射范围(例如，在a1与a2之间等)。然而，每个范围仅表示可能的环境辐射水平的子集，并且因此提供多个不同的系数以映射到不同的环境辐射水平范围。
162.在与测量多个输出中的每个输出的时间基本上相同的时间处测量多个环境辐射水平中的每个环境辐射水平可以不要求该环境辐射水平和输出的测量率或测量时间是相同的。例如，环境辐射水平可以每100ms测量一次，而输出可以每50ms测量一次。在一些实施方式中，测量环境辐射水平的时间可以偏离测量输出的时间。
163.有利地，可以在输出的时间间隔阈值内测量环境辐射水平。例如，该阈值可以是10ms、100ms、1s、10s。
164.接近感测校准方法可以补偿接近感测设备的老化。
165.接近感测校准方法可以由接近感测设备的用户或制造商来执行。例如，接近感测校准方法可以在设备首次制造时执行以及/或者可以由用户在使用之前或使用期间执行。
166.接近感测校准方法可以在接收到(例如，来自用户的)校准指令时被调用，或者可
以自动地调用例如周期性地调用。
167.在一些实施方式中，接近感测校准方法可以在参数被确定为落在可接受范围之外时调用。例如，这可能在多个系数中的一些系数或全部系数不再致使对接近感测设备的串扰的准确补偿的情况下进行。
168.虽然已经在如上面阐述的特定实施方式方面描述了本公开内容，但是应当理解，这些实施方式仅是说明性的，并且权利要求不限于那些实施方式。本领域技术人员将能够鉴于本公开内容进行修改和替选，这些修改和替选被认为落入所附权利要求的范围内。本说明书中公开或示出的每个特征可以并入任何实施方式中，无论单独的还是与本文公开或示出的任何其他特征的任何适当组合。
169.附图标记列表：
170.100接近感测设备
171.104辐射发射器
172.106辐射传感器
173.108环境光传感器(als)
174.110存储器
175.112处理电路系统
176.200流程图
177.202第一步骤
178.204第二步骤
179.206第三步骤
180.208第四步骤
181.300蜂窝设备
182.302蜂窝设备本体
183.304蜂窝设备显示器
184.400电路
185.402第一级运算放大器(opamp)
186.403第二级运算放大器(opamp)
187.404第一接地
188.405第二接地
189.406光电二极管
190.408第一电容器
191.409第二电容器
192.410第三电容器
193.412可变电阻器
194.414可变偏移电压
195.416模数转换器(adc)
196.418来自辐射传感器的未补偿的输出(pdata
所测量的
)
197.419环境光数据(als
ir data
)
198.422系数/值(c
x
)
199.424补偿器
200.426补偿的信号(pdata
所补偿的
)
201.500示意图
202.502接近ir led/vcsel
203.504接近ir光电二极管
204.505透明滤波器光电二极管
205.506als ir光电二极管
206.508电源电压vdd3
207.510led/vcsel驱动器
208.514接近模拟前端
209.515透明滤波器模拟前端
210.516als模拟前端
211.524第一模数转换器(adc)
212.525第二模数转换器(adc)
213.526第三模数转换器(adc)
214.534数字控制器
215.535配置寄存器
216.536中断控制器
217.538接地(gnd)
218.540电源电压vdd
219.542i2c接口
220.544串行数据线sda焊盘
221.545串行时钟线scl焊盘
222.546中断(intr)焊盘
223.552传感器封装
224.554传感器管芯
225.556数字部件
226.600流程图
227.602第一步骤
228.604第二步骤
229.606第三步骤
230.700示例图

技术特征：
1.一种接近感测设备，包括：辐射发射器；辐射传感器，其被配置成感测来自所述辐射发射器的反射辐射；存储器，其用于存储多个环境辐射水平范围和映射到所述多个环境辐射水平范围的多个系数；以及处理电路系统，其被配置成通过从来自所述辐射传感器的输出中减去以下述任一者按比例改变的所测量的环境辐射水平来针对串扰对所述输出进行补偿：从所述多个系数中选择的系数；或者从所述多个系数导出的值。2.根据权利要求1所述的接近感测设备，包括环境辐射传感器，用于获得所测量的环境辐射水平。3.根据权利要求1或权利要求2所述的接近感测设备，其中，所述处理电路系统被配置成使用步骤(a)至步骤(c)中的至少一个从所述多个系数中选择所述系数：(a)将所测量的环境辐射水平与所述环境辐射水平范围进行比较；(b)选择将所测量的环境辐射水平包含在内或与所测量的环境辐射水平最接近的所述环境辐射水平范围；(c)从所述多个系数中选择映射到将所测量的环境辐射水平包含在内或与所测量的环境辐射水平最接近的所述环境辐射水平范围的系数。4.根据权利要求1或权利要求2所述的接近感测设备，其中，所述处理电路系统被配置成通过对所述多个系数执行下述中的至少一者来导出所述值：线性内插；二阶或更高阶内插；曲线拟合；或者机器学习算法。5.根据前述权利要求中任一项所述的接近感测设备，其中，所述辐射是红外光。6.根据前述权利要求中任一项所述的接近感测设备，其中，所述辐射传感器包括光学滤波器，所述光学滤波器被配置成仅将所述反射辐射的波长透射至所述辐射传感器中。7.根据权利要求2至6中在从属于权利要求2时任一项所述的接近感测设备，其中，针对所述环境辐射传感器的积分时间对所测量的环境辐射水平进行归一化。8.根据权利要求2至7中在从属于权利要求2时任一项所述的接近感测设备，其中，针对所述环境辐射传感器的模拟增益对所测量的环境辐射水平进行归一化。9.一种接近感测方法，包括：接收辐射传感器的输出，其中，所述辐射传感器被配置成感测来自辐射发射器的反射辐射；接收所测量的环境辐射水平；基于所测量的环境辐射水平从包含多个环境辐射水平范围和映射到所述多个环境辐射水平范围的多个系数的存储器检索从所述多个系数中选择的系数或者从所述多个系数中导出的值；以及通过从所述输出中减去以下述任一者按比例改变的所测量的环境辐射水平来针对串
扰对所述输出进行补偿：从所述多个系数中选择的系数；或者从所述多个系数导出的值。10.根据权利要求9所述的接近感测方法，包括使用环境辐射传感器获得所测量的环境辐射水平。11.根据权利要求9或权利要求10所述的接近感测方法，包括使用步骤(a)至步骤(c)中的至少一个从所述多个系数中选择所述系数：(a)将所测量的环境辐射水平与所述环境辐射水平范围进行比较；(b)选择将所测量的环境辐射水平包含在内或与所测量的环境辐射水平最接近的所述环境辐射水平范围；(c)从所述多个系数中选择映射到将所测量的环境辐射水平包含在内或与所测量的环境辐射水平最接近的所述环境辐射水平范围的系数。12.根据权利要求9或权利要求10所述的接近感测方法，包括通过对所述多个系数执行下述中的至少一者来导出所述值：线性内插；二阶或更高阶内插；曲线拟合；或者机器学习算法。13.根据权利要求9至12中任一项所述的接近感测方法，其中，所述辐射是红外光。14.根据权利要求10至13中在从属于权利要求10时任一项所述的接近感测方法，包括针对所述环境辐射传感器的积分时间对所测量的环境辐射水平进行归一化。15.根据权利要求10至14中在从属于权利要求10时任一项所述的接近感测方法，包括针对所述环境辐射传感器的模拟增益对所测量的环境辐射水平进行归一化。16.一种接近感测校准方法，其用于确定在针对串扰对来自辐射传感器的输出进行补偿时使用的多个系数，所述方法包括：接收来自所述辐射传感器的多个输出，其中，所述辐射传感器被配置成感测来自辐射发射器的反射辐射；接收多个环境辐射水平，所述多个环境辐射水平中的每个环境辐射水平在基本上与测量所述多个输出中的每个输出的时间对应的时间处进行测量；以及确定所述多个输出与对应的所述多个环境辐射水平之间的关系，并且基于所述关系导出所述多个系数。17.根据权利要求17所述的接近感测校准方法，其中，所述关系使用下述中的任何一者来确定：在对应的所述环境辐射水平下对所述多个输出进行线性拟合；在对应的所述环境辐射水平下对所述多个输出进行二阶或更高阶拟合；在对应的所述环境辐射水平下对所述多个输出进行曲线拟合；或者进行机器学习算法。18.根据权利要求16或权利要求17所述的接近感测校准方法，其中，所述多个系数是基于所述多个输出与对应的所述多个环境辐射水平的所述关系的梯度。
19.根据权利要求9至15中任一项所述的接近感测方法，还包括通过执行根据权利要求16至18中任一项所述的接近感测校准方法来更新所述多个系数。20.一种非暂态计算机可读存储介质，其包括指令，所述指令在由处理电路系统执行时使所述处理电路系统执行根据权利要求9至19中任一项所述的方法。21.一种设备，其包括根据权利要求1至8中任一项所述的装置，所述装置包含在显示屏的下方。22.一种蜂窝设备，其包括根据权利要求1至8中任一项所述的装置；或者被配置成执行根据权利要求9至19所述的方法的处理电路系统。

技术总结
公开了一种接近感测设备(100)，其包括：辐射发射器(104)，其发射红外、IR、光；辐射传感器(106)，其被配置成感测来自辐射发射器(104)的反射辐射；存储器(110)，其用于存储多个环境辐射水平范围和映射到所述多个环境辐射水平范围的多个系数；以及处理电路系统，其被配置成通过从来自辐射传感器例如来自环境水平传感器ALS(108)的输出中减去以下述任一者按比例改变的所测量的环境辐射水平来针对串扰对所述输出进行补偿：从所述多个系数中选择的系数；或者从所述多个系数导出的值。一种接近感测校准方法，其用于确定在针对串扰对来自辐射传感器(106)的输出进行补偿时使用的多个系数，该方法包括：接收来自辐射传感器(106)的多个输出，其中，该辐射传感器被配置成感测来自辐射发射器(104)的反射辐射；从环境水平传感器(108)接收多个环境辐射水平，所述多个环境辐射水平中的每个环境辐射水平在基本上与测量所述多个输出中的每个输出的时间对应的时间处进行测量；以及确定所述多个输出与对应的所述多个环境辐射水平之间的关系并且基于该关系导出多个系数。关系导出多个系数。关系导出多个系数。


技术研发人员：维贾伊
受保护的技术使用者：ams国际有限公司
技术研发日：2021.12.14
技术公布日：2023/8/14