光学传感器装置和用于光感测的方法制造方法及图纸

一种光学传感器装置具有：积分器；用于提供与第一极性对应的电流的光电二极管；耦合到积分器，用于将电压与阈值电压比较以提供比较输出的比较器；基准充电电路以及控制单元。基准充电电路(14)耦合到积分器(15)，用于选择性地提供第一尺寸的第一电荷包或第二尺寸的第二电荷包。控制单元(21)配置成在校准阶段、积分阶段以及残差测量阶段中控制操作。在校准阶段期间，基准充电电路将第一电荷包中的一个和第二电荷包中的一个或更多个提供给积分器，直到比较输出变化为止。确定与提供的第二电荷包的数量对应的基准数量。在积分阶段期间，光电二极管连接到积分器，并且响应于比较输出的相应变化，基准充电电路将第一电荷包中的一个提供给积分器。确定与比较输出的变化数量对应的积分数量。在紧随积分阶段之后的残差测量阶段期间，基准充电电路将第二电荷包中的一个或更多个提供给积分器，直到比较输出变化为止。确定与提供的第二电荷包的数量对应的残差数量。

Optical sensor devices and methods for light sensing

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光学传感器装置和用于光感测的方法本专利技术专利申请涉及一种光学传感器装置和用于光感测的方法。光学传感器装置通常包括作为光检测器的光电二极管，并测量流过光电二极管的光电流。光学传感器装置可以将光电流转换成数字信号。例如，光学传感器装置可以实现为光-频电路，也称为光-频机，缩写为LTF机。LTF电路可以通过对光电流进行积分并将积分信号与阈值比较来产生数字信号。检测到的数字信号的准确度取决于在进行积分和比较期间使用的基准值。待实现的目的是提供用于具有提高的准确度的光感测的改进的构思。该目的通过独立权利要求的主题实现。在从属权利要求中描述了进一步的改进和实施例。在光-频转换中，当对光电流进行积分时，通常每当积分信号跨越阈值时，将具有与光电流相反的极性的明确限定的电荷包提供给积分器的输入，用于将积分过程设置到限定状态。在预定积分时间期间重复该过程，并在积分阶段对每次跨越阈值进行计数。计数的准确度受限于明确限定的电荷包的尺寸。改进的构思所基于的理念为，使用不一定明确限定的第二电荷包来确定在积分阶段结束时的充电状态和对应的阈值之间的这种较小的电荷包的残差计数。可以在紧随积分阶段之后的残差测量阶段中执行这种测量。然而，为了避免需要另一个明确限定的电荷包，能够通过计数未明确限定的第二电荷包的等效数量以实现明确限定的第一电荷包中的一个来确定第一电荷包和第二电荷包之间的关系。这可以在校准阶段完成。可以在实际测量之前(即，在积分阶段之前)、或者在积分阶段之后、或者甚至独立于实际测量来执行校准阶段。对给定的一系列积分阶段，仅执行一次校准就足够了。例如，根据改进的构思的光学传感器装置的实施例包括具有积分器输入和积分器输出的积分器、用于提供与第一极性对应的电流的光电二极管、以及具有耦合到积分器输出的比较器输入的比较器。比较器配置成比较比较器输入处的电压与阈值，用于提供比较输出。基准充电电路耦合到积分器输入，用于选择性地提供第一尺寸的第一电荷包或第二尺寸的第二电荷包，其中第一电荷包对应于与第一极性相反的第二极性，并且第二电荷包对应于第一极性。优选地，第二电荷包小于第一电荷包。在本文中，极性限定了由相应的元件提供的电荷的符号。例如，第二电荷包对应于具有与光电二极管提供的电流相同的极性的电流。光学传感器装置的控制单元配置成在校准阶段期间，控制基准充电电路将第一电荷包中的一个提供给积分器输入，并将第二电荷包中的一个或更多个提供给积分器输入，直到比较输出变化为止。控制单元还确定与在所述校准阶段期间提供的第二电荷包的数量对应的基准数量。在校准阶段期间，控制单元优选地将光电二极管与积分器输入断开。断开可以实现在计数期间基准数量不受光电流的影响。然而，在一些实施方式或配置中，控制单元还可以配置成在校准阶段期间保持光电二极管连接到积分器输入，例如如果光电流可忽略不计和/或如果切换光电二极管将引起不可忽略的电流。例如，校准阶段相对于常规积分阶段的时间较短。控制单元还被配置成在积分阶段期间将光电二极管连接到积分器输入，以响应于比较输出的相应变化，控制基准充电电路将第一电荷包中的一个提供给积分器输入，并确定与比较输出的所述变化的数量对应的积分数量。因此，在积分阶段期间，对积分器输出处每次对阈值的超过提供第一电荷包中的一个并且增加检测到的脉冲数量。控制单元还配置成在紧随积分阶段之后的残差测量阶段期间，控制基准充电电路将第二电荷包中的一个或更多个提供给积分器输入，直到比较输出变化为止，并确定与在残差测量阶段期间提供的第二电荷包的数量对应的残差数量。也就是说，对应于在光电二极管与积分器输入断开之后光电二极管不提供电流时，为达到阈值而丢失的部分。控制单元还可以配置成在残差测量阶段期间将光电二极管与积分器输入断开。断开可以实现在计数期间残差数量不受光电流的影响。然而，在一些实施方式或配置中，控制单元还可以配置成在残差测量阶段期间保持光电二极管连接到积分器输入，例如如果光电流可忽略不计和/或如果切换光电二极管将引起不可忽略的电流。例如，残差测量阶段相对于积分阶段的时间较短。不使用更细小的第二尺寸的电荷包进行正常积分的原因是，该电荷未修整并且在温度和过程中未明确限定。在校准阶段期间，未明确限定的第二尺寸的电荷被校准成第一尺寸的电荷包。例如，控制单元配置成提供基于积分数量和残差数量与基准数量之间的比率的总积分值。例如，总积分值可以由与积分数量对应的整数值和与基准数量和残差数量之间的差的比率对应的分数值组成，与基准数量相关。例如，以下等式给出了分数残差，即丢失的第二电荷包，所述分数残差被校准成参考电荷，即第一电荷包：因此，由在积分阶段和残差测量阶段期间进行的测量形成的总积分值的精度被改进到较小的第二电荷包的尺寸。利用该构思，可以例如进一步改进在给定积分时间内的ALS测量，当处理非常低的光照条件、例如将传感器安装在手机显示屏中墨水后面的应用时，这是有利的。在各种实施例中，积分阶段起始于将电荷包中的一个提供给积分器输入。在一些实施方式中，控制单元配置成在紧接积分阶段之前的初始化阶段期间，将积分器输入预置成与具有小于第二尺寸的容差的阈值对应的电压。因此，在限定的起始点的情况下，能够进一步提高整个测量过程的准确度。例如，控制单元配置成在初始化阶段期间通过将积分器的积分电容器充电到阈值来预置积分器输入。因此，在积分阶段的开始，来自光电二极管的电流不会损失。在替代实施方式中，控制电路配置成在初始化阶段期间通过控制基准充电电路将第一电荷包中的一个或更多个提供给积分器输入，直到比较输出第一次变化为止，并且通过控制基准充电电路将第二电荷包中的一个或更多个提供给积分器输入，直到比较输出第二次变化为止来预置积分器输入。因此，从未限定的起始点，将第一电荷包提供给积分器输入，直到第一次超过阈值为止。然后，提供具有相反极性的第二电荷包，直到明显地沿相反方向再次超过阈值为止。因此，随着第二次超过阈值电压，积分器输入呈现与阈值的差距小于与第二电荷包的第二尺寸对应的电压的值。第一电荷包和第二电荷包的产生或提供可以以多种方式实现。例如，可以使用单个电容器，所述电容器利用两个不同的基准电压充电，以便根据相应的要求将两个不同量的电荷存储在电容器上。在替代方案中，使用利用相同或不同的基准电压充电的两个不同电容器。在每种情况下，可以控制两个不同量的电荷以切换方式提供给积分器输入。例如，基准充电电路包括基准电容器，特别是单个基准电容器。为了提供第一电荷包，基准电容器利用第一基准电压充电，同时将基准电容器与积分器输入断开。在充电之后，基准电容器连接到积分器输入，从而能够将电荷量转移到积分器输入。为了以类似的方式提供第二电荷包，基准电容器利用第二基准电压充电，同时将基准电容器与积分器输入断开。在充电之后，基准电容器连接到积分器输入，用于提供存储的电荷。在替代实施方式中，基准充电电路包括第一基准电容器和第二基准电容器。为了提供第一电荷包，第一基准电容器利用第一基准电压充电，同时将第一基准电容器与积分器输入断开。在充电之后，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光学传感器装置，包括：/n-积分器(12)，其具有积分器输入(15)和积分器输出(16)；/n-光电二极管(11)，其用于提供与第一极性对应的电流；/n-比较器(13)，其具有耦合到积分器输出(16)的比较器输入(18)，所述比较器(13)配置成将比较器输入(18)处的电压与阈值(VCT)比较以提供比较输出(SC)；/n-基准充电电路(14)，其耦合到积分器输入(15)，用于选择性地提供第一尺寸的第一电荷包或第二尺寸的第二电荷包，其中，第一电荷包对应于与第一极性相反的第二极性，并且第二电荷包对应于第一极性；以及/n-控制单元(21)，其配置成：/n-在校准阶段期间，控制基准充电电路(14)将第一电荷包中的一个提供给积分器输入(15)，并将第二电荷包中的一个或更多个提供给积分器输入(15)，直到比较输出(SC)变化为止，并确定与提供的第二电荷包的数量对应的基准数量；/n-在积分阶段期间，光电二极管(11)连接到积分器输入(15)，控制基准充电电路(14)响应于比较输出(SC)的相应变化将第一电荷包中的一个提供给积分器输入(15)，并确定与比较输出(SC)的所述变化的数量对应的积分数量；以及/n-在紧随积分阶段之后的残差测量阶段期间，控制基准充电电路(14)将第二电荷包中的一个或更多个提供给积分器输入(15)，直到比较输出(SC)变化为止，并确定与提供的第二电荷包的数量对应的残差数量。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170710 EP 17180507.01.一种光学传感器装置，包括：
-积分器(12)，其具有积分器输入(15)和积分器输出(16)；
-光电二极管(11)，其用于提供与第一极性对应的电流；
-比较器(13)，其具有耦合到积分器输出(16)的比较器输入(18)，所述比较器(13)配置成将比较器输入(18)处的电压与阈值(VCT)比较以提供比较输出(SC)；
-基准充电电路(14)，其耦合到积分器输入(15)，用于选择性地提供第一尺寸的第一电荷包或第二尺寸的第二电荷包，其中，第一电荷包对应于与第一极性相反的第二极性，并且第二电荷包对应于第一极性；以及
-控制单元(21)，其配置成：
-在校准阶段期间，控制基准充电电路(14)将第一电荷包中的一个提供给积分器输入(15)，并将第二电荷包中的一个或更多个提供给积分器输入(15)，直到比较输出(SC)变化为止，并确定与提供的第二电荷包的数量对应的基准数量；
-在积分阶段期间，光电二极管(11)连接到积分器输入(15)，控制基准充电电路(14)响应于比较输出(SC)的相应变化将第一电荷包中的一个提供给积分器输入(15)，并确定与比较输出(SC)的所述变化的数量对应的积分数量；以及
-在紧随积分阶段之后的残差测量阶段期间，控制基准充电电路(14)将第二电荷包中的一个或更多个提供给积分器输入(15)，直到比较输出(SC)变化为止，并确定与提供的第二电荷包的数量对应的残差数量。


2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述控制单元(21)配置成提供基于积分数量以及残差数量与基准数量之间的比率的总积分值。


3.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述积分阶段起始于将第一电荷包中的一个提供给积分器输入(15)。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其中，所述控制单元(21)配置成在紧接积分阶段之前的初始化阶段期间，将积分器输入(15)预置到与具有小于第二尺寸的容差的阈值(VCT)对应的电压。


5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述控制单元(21)配置成在初始化阶段期间通过将积分器(12)的积分电容器(27)充电到阈值(VCT)来预置积分器输入(15)。


6.根据权利要求4所述的装置，其中，所述控制单元(21)配置成在初始化阶段期间通过控制基准充电电路(14)将第一电荷包中的一个或更多个提供给积分器输入(15)，直到比较输出(SC)第一次变化为止，并且控制基准充电电路(14)将第二电荷包中的一个或更多个提供给积分器输入(15)，直到比较输出(SC)第二次变化为止来预置积分器输入(15)。


7.根据权利要求1至6中任一项所述的装置，其中，
-基准充电电路(14)包括基准电容器(40)；
-为了提供第一电荷包，利用第一基准电压(VR1)充电基准电容器(40)，同时将基准电容器(40)与积分器输入(15)断开，并且在充电之后，所述基准电容器(40)连接到积分器输入(15)；以及
-为了提供第二电荷包，利用第二基准电压(VR2)充电基准电容器(40...

【专利技术属性】
技术研发人员：伯恩哈德·格雷梅尔雷赫林，彼得·比林姆，
申请(专利权)人：AMS有限公司，
类型：发明
国别省市：奥地利;AT