[发明专利]光学传感器装置和用于光感测的方法

说明书

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。

本发明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。