CN112398970A - 光传感器、移动终端和可见光光强检测方法 - Google Patents

光传感器、移动终端和可见光光强检测方法 Download PDF

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Abstract

本公开是关于一种光传感器、移动终端和可见光光强检测方法，属于光传感技术领域。本公开实施例提供的光传感器具有结构简单、体积小的特点，应用在移动终端中不会占用移动终端过多空间。该光传感器包括用于感测可见光照度的可见光光通道，可见光光通道包括：滤光组件、光电探测器、以及前端模拟电路。其中，滤光组件用于滤除入射光中的非可见光。光电探测器位于滤光组件的光射出侧，将穿透滤光组件的光转换为感应电流信号。前端模拟电路与光电探测器电连接，将感应电流信号转换为数字信号，数字信号表征入射光中的可见光照度。

Description

光传感器、移动终端和可见光光强检测方法
技术领域
本公开涉及光传感技术领域，尤其涉及一种光传感器、移动终端和可见光光强检测方法。
背景技术
随着光电技术的发展，光传感器得到了广泛的应用。例如在移动终端中，利用光传感器感测可见光照度，以作为显示屏背光亮度调节的参考。但是，相关技术中提供的光传感器结构较为复杂，且体积大，对于安装空间的尺寸要求高。
发明内容
本公开提供一种光传感器、移动终端和可见光光强检测方法，以解决相关技术中的缺陷。
根据本公开第一方面提供的光传感器，所述光传感器包括可见光光通道，用于感测可见光照度，所述可见光光通道包括：
滤光组件，用于滤除入射光中的非可见光；
光电探测器，位于所述滤光组件的光射出侧，接收穿透所述滤光组件的光并转换为感应电流信号；以及
前端模拟电路，与所述光电探测器电连接，将所述感应电流信号转换为数字信号，所述数字信号表征所述入射光中可见光的照度。
可选择地，所述光传感器的光通道为单个可见光光通道组成。
可选择地，所述滤光组件设置在所述光传感器接收入射光的面上。
可选择地，所述滤光组件允许波长为380nm～780nm的光通过；所述光电探测器的上限吸收光波长为780nm。
可选择地，所述可见光通道包括多个并联的光电探测器，且多个所述光电探测器分别与所述前端模拟电路通过开关组件连接。
可选择地，所述光电探测器选自光电二极管，或者光电二极管阵列。
可选择地，所述前端模拟电路包括：信号放大组件，与所述光电探测器电连接，将所述感应电流信号转换为放大模拟信号；以及
模数转换组件，与所述信号放大组件电连接，将所述放大模拟信号转换为所述数字信号。
可选择地，所述信号放大组件包括至少一个运算放大器，将所述感应电流信号放大预设倍数。
根据本公开第二方面提供的移动终端，所述移动终端包括控制器，以及上述第一方面提供的光传感器；
所述控制器与所述光传感器的前端模拟电路电连接，接收所述前端模拟电路输出的数字信号；
所述控制器根据接收到的所述数字信号输出预设指令。
可选择地，所述移动终端还包括具有透光结构的显示面；所述光传感器设置在所述显示面处且所述光传感器中的透光组件对应所述透光结构设置
可选择地，所述前端模拟电路包括信号放大组件；所述移动终端还包括：与所述光传感器的信号放大组件电连接的增益调节组件；
所述控制器还与所述增益调节组件连接，用于在所述数字信号表征的可见光照度的数值小于预设阈值的情况下，控制增益调节组件调整信号放大组件的放大倍数。
可选择地，所述光传感器包括连接光电探测器与所述前端模拟电路的开关组件；
所述控制器与所述开关组件电连接，控制所述开关组件连通所述光电探测器和所述前端模拟电路。
根据本公开第三方面提供的可见光光强检测方法，应用于上述第二方面提供的移动终端，所述方法包括：
所述移动终端中光传感器获取可见光信号；
所述光传感器将所述可见光信号转换为数字信号，所述数字信号与所述可见光信号的光强正相关。
可选择地，所述移动终端中光传感器获取可见光信号包括：所述光传感器通过滤光组件过滤入射光中非可见光。
本公开所提供的光传感器、移动终端和可见光光强检测方法至少具有以下有益效果：
通过滤光组件滤除入射光中的非可见光，通过光电探测器接收可见光并转换为电信号，进而通过前端模拟电路将电信号转换为数字信号。本公开实施例提供的光传感器在满足感测可见光照度使用需求的前提下，只采用了一个可见光光通道。采用这样的方式降低了光传感器的复杂程度，并缩小了光传感器的体积。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。
图1是根据一示例性实施例示出的光传感器中可见光通道的电路示意图；
图2是根据另一示例性实施例示出的光传感器中可见光通道的电路示意图；
图3是根据一示例性实施例示出的移动终端的部分电路示意图；
图4是根据一示例性实施例示出的移动终端结构示意图；
图5是根据另一示例性实施例示出的移动终端结构示意图；
图6是根据一示例性实施例示出的可见光光强检测方法流程示意图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。
在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。除非另作定义，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请说明书以及权利要求书中使用的“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。除非另行指出，“包括”或者“包含”等类似词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而且可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。
在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
在一些实施例中，移动终端中感测可见光照度的光传感器包括用于感测环境光的环境光通道，和用于感测红外光的红外光通道。环境光包括了可见光和红外光部分，因此这种光传感器利用两类光通道测定数值之差来确定可见光照度值。
由于光传感器必须设置两类光通道，因此光传感器中电子器件数量较多。进而，导致光传感器结构复杂程度高，光传感器的体积大，占用移动终端内部较多空间。
基于上述，本公开实施例提供了一种光传感器、移动终端和可见光光强检测方法。图1、图2是根据不同示例性实施例示出的光传感器的电路示意图。图3是根据一示例性实施例示出的移动终端中局部电路示意图。图4、图5是根据不同示例性实施例示出的移动终端结构示意图。图6是根据一示例性实施例示出的可见光光强检测方法流程图。
如图1、图2所示，本公开第一方面提供了一种光传感器100。该光传感器100只包括一条光通道(即光传感器100为单通道传感器)，具体为用于感测可见光照度的可见光光通道。按照信号传输路径，该可见光光通道顺次设置有：滤光组件110、光电探测器120、以及前端模拟电路130。
在一个实施例中，滤光组件110设置在光传感器100接收入射光的一面上，以接收光信号。可选地，光传感器100具有封装光电探测器120和前端模拟电路130的封装壳体，滤光组件110贴设在光传感器100的封装壳体上，并覆盖光电探测器120。
并且，滤光组件110为可见光滤光片，用于滤除非可见光。具体来说，允许通过该滤光组件110的光的波长范围为380nm～780nm。在这样的情况下，入射光11中仅有可见光能够被光通路接收。进而，保障可见光光通路只能感测可见光照度。
在一个实施例中，光电探测器120位于滤光组件110的光射出侧，将穿过滤光组件110的可见光转换为感应电流信号12。
可选地，光电探测器120包括单独的光电二极管，或者光电二极管阵列。可选地，光电探测器120包括多个并联的光电二极管，或者多个并联的光电二极管阵列。光电二极管是一种将光能转换为电能的元器件，且光电二极管输出的感应电流信号12强度与吸收的光强度呈正比。
可选地，光电探测器120的上限吸收光波长为780nm，以此方式，进一步避免红外光入射造成的可见光光路检测误差。当光电探测器包括光电二极管时，不同材质的光电二极管吸收不同波长的光。因此，通过调控光电二极管材质的比例，实现光电二极管的上限吸收光波长为780nm。
在一个实施例中，前端模拟电路130与光电探测器120电连接，接收光电探测器120输出的感应电流信号12，并将感应电流信号12转换为数字信号13。该数字信号13用于表征入射光11中的可见光照度。
可选地，如图2所示，可见光通道包括多个并联的光电探测器120，且多个光电探测器120分别与前端模拟电路130通过开关组件140(例如图2中所示的三极管)连接。通过开关组件140控制光电探测器120与前端模拟电路130导通或断开。采用这样的方式，得以调控处于使能状态的光电探测器120的数量，进而调控可见光光路的感测灵敏度。
在一个实施例中，前端模拟电路130包括信号放大组件131。信号放大组件131与光电探测器120电连接，将光电探测器120输出的感应电流信号12转换为放大模拟信号14。
可选地，信号放大组件131包括至少一个运算放大器，运算放大器将感应电流信号12放大预设倍数。运算放大器的放大倍数与运算放大器的积分时间和积分增益正相关，通过调控运算放大器的积分时间和积分增益能够实现运算放大器以预设倍数放大感应电流信号12。
可选地，信号放大组件131还包括与运算放大器连接的RL电路，将运算放大器输出的电流信号转换为电压信号，即放大模拟信号14。
并且，前端模拟电路130还包括模数转换组件32。数模转换组件32与信号放大组件131电连接，将放大模拟信号14转换为数字信号13。数字信号13可选为二进制信号，其所表示的数值大小表征了入射光11中可见光的照度值。
结合上述示例提供的可见光光通道的结构，在移动终端中应用光传感器100感测可见光照度的原理如下：
入射光11中可见光的照度与光传感器100输出的数字信号13所代表的数值成正比。具体如公式(1)所示：
Lux＝k0×ADC (1)
其中，Lux表征入射光11中可见光的照度；
ADC表征光传感器100输出的数字信号13的数值；
k0表征移动终端的影响因子。
其中，k0与信号放大组件30中的信号放大器31、移动终端对应光传感器100处的透光率(例如触摸显示屏的光透光率)、以及移动终端的其他设备因子相关。具体参见公式(2)、公式(3)。
Figure BDA0002151523810000071
其中，CPL表征光电传感器吸收的每一照度光量对应的数字信号数值。其中，CPL与信号放大器31、移动终端对应光传感器100处的透光率、以及移动终端的其他设备因子的关系如下。
CPL＝(Integral_time×Integral_gain)/(TA×DC) (3)
其中，Integral_time表征信号放大组件30中信号放大器31的积分时间；
Integral_gain表征信号放大组件30中信号放大器31的积分增益；
TA表征移动终端对应光传感器100处(触摸显示屏)的透光率；
DC表征移动终端的影响因子。
综上所述，采用本公开实施例提供的光传感器100能够利用可见光通路最终输出的数字信号13表征入射光11中可见光的照度，进而实现光传感器100感测可见光的功能。
并且，本公开实施例提供的光传感器100的光通道由单个可见光光通道组成，在这样的情况下，光传感器100为单通道传感器。以此方式，减少了光传感器100中光通道的数量，减少光传感器100中电子元件的数量，降低光传感器100的复杂程度，并减小了光传感器100的体积。特别是在移动终端中安装本公开实施例提供的光传感器100时，减少了光传感器100在移动终端内部的占用空间，降低移动终端内部空间规划难度。
本公开实施例第二方面提供了一种移动终端。如图3所示，该移动终端包括上述第一方面提供的光传感器100，以及控制器200。
其中，控制器200与光传感器100的前端模拟电路130电连接，接收前端模拟电路130输出的数字信号13。进而，控制器200根据接收到的数字信号13输出预设指令。
对于预设指令的具体种类不做限定。示例地，控制器200根据接收到的数字信号13输出亮度降低/升高指令至显示屏背光组件，以调控显示屏背光组件的发光亮度。示例地，控制器200根据接收到的数字信号13输出显示模式切换指令至显示屏，以切换显示屏的显示模式(例如，白天模式和夜晚模式)。
在一个实施例中，如图4、图5所示，移动终端包括机身300，机身300的一侧为显示面310。示例地，通过显示屏400(例如全面屏、曲面屏)形成显示面310。或者，通过显示屏400，以及支撑显示屏400的边框500形成显示面310。
在显示面310上形成有透光结构311。示例地，如图4所示，透光结构311设置在显示屏400上(例如，透光通孔、或透光区域)。或者，如图5所示，透光结构311设置在边框500上(例如，透光通孔，或透光区域)。或者，透光结构311位于显示屏400和边框500之间的区域(例如显示屏和中框之间的“黑边”区域)。
在这样的情况下，光传感器100设置机身300的显示面310处，且光传感器100的滤光组件110对应透光结构311设置，以接收穿过透光结构311的光线。并且，由于上述第一方面提供的光传感器100的体积小，因此能够减少透光结构311的体积，甚至将光传感器100设置在显示屏400和边框500之间的区域。采用这样的方式，减少移动终端上开孔数量，提高移动终端屏占比。
在一个实施例中，如图3所示，前端模拟电路130包括信号放大组件131。移动终端还包括与信号放大组件131电连接的增益调节组件300。并且，增益调节组件300与控制器200电连接。
在这种情况下，控制器200比较预设阈值与数字信号130所表示的数值。若数字信号130所表示的数值小于预设阈值，则控制器200输出的预设指令为增益升高指令，以调控信号放大组件131的放大倍数，优化光传感器100的感测灵敏度。
在一个实施例中，光传感器100包括与光电探测器110以及前端模拟电路120连接的开关组件140。控制器200与开关组件140电连接，控制开关组件140连通光电探测器110和前端模拟电路120。通过控制处于使能状态的光电探测器110的数量，调整光传感器100的感测灵敏度。
本公开实施例提供的移动终端，由于应用了上述第一方面提供的体积小、安装空间需要低的光传感器100，降低移动终端整体组装难度。
本公开实施例第三方面提供了一种可见光光强检测方法，该方法应用于上述第二方面提供的移动终端。如图6所示，该方法包括以下步骤：
步骤S101、移动终端中光传感器获取可见光信号。
具体来说，光传感器通过滤光组件滤除入射光中的非可见光，进而得到可见光光信号。
步骤S102、光传感器将可见光信号转换为数字信号，数字信号与可见光信号的光强正相关。
具体来说，光传感器通过光电探测器和前端模拟电路获取数字信号。并且结合第一方面所介绍的公式(1)～(3)可知，该数字信号与可见光光强正相关。因此，利用该数字信号能够表征入射光中可见光的光强，实现可见光光强检测。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

Claims (14)

1.一种光传感器，其特征在于，所述光传感器包括可见光光通道，用于感测可见光照度，所述可见光光通道包括：
滤光组件，用于滤除入射光中的非可见光；
光电探测器，位于所述滤光组件的光射出侧，接收穿透所述滤光组件的光并转换为感应电流信号；以及
前端模拟电路，与所述光电探测器电连接，将所述感应电流信号转换为数字信号，所述数字信号表征所述入射光中可见光的照度。
2.根据权利要求1所述的光传感器，其特征在于，所述光传感器的光通道为单个可见光光通道组成。
3.根据权利要求1所述的光传感器，其特征在于，所述滤光组件设置在所述光传感器接收入射光的面上。
4.根据权利要求3所述的光传感器，其特征在于，所述滤光组件允许波长为380nm～780nm的光通过，所述光电探测器的上限吸收光波长为780nm。
5.根据权利要求1所述的光传感器，其特征在于，所述可见光通道包括多个并联的光电探测器，且多个所述光电探测器分别与所述前端模拟电路通过开关组件连接。
6.根据权利要求5所述的光传感器，其特征在于，所述光电探测器选自光电二极管，或者光电二极管阵列。
7.根据权利要求1所述的光传感器，其特征在于，所述前端模拟电路包括：
信号放大组件，与所述光电探测器电连接，将所述感应电流信号转换为放大模拟信号；以及
模数转换组件，与所述信号放大组件电连接，将所述放大模拟信号转换为所述数字信号。
8.根据权利要求7所述的光传感器，其特征在于，所述信号放大组件包括至少一个运算放大器，将所述感应电流信号放大预设倍数。
9.一种移动终端，其特征在于，所述移动终端包括控制器，以及权利要求1～8中任一项所述的光传感器；
所述控制器与所述光传感器的前端模拟电路电连接，接收所述前端模拟电路输出的数字信号；
所述控制器根据接收到的所述数字信号输出预设指令。
10.根据权利要求9所述的移动终端，其特征在于，所述移动终端还包括具有透光结构的显示面；
所述光传感器设置在所述显示面处且所述光传感器中的透光组件对应所述透光结构设置。
11.根据权利要求10所述的移动终端，其特征在于，所述前端模拟电路包括信号放大组件；
所述移动终端还包括：与所述光传感器的信号放大组件电连接的增益调节组件；
所述控制器还与所述增益调节组件连接，用于在所述数字信号表征的可见光照度的数值小于预设阈值的情况下，控制增益调节组件调整信号放大组件的放大倍数。
12.根据权利要求9所述的移动终端，其特征在于，所述光传感器包括连接光电探测器与所述前端模拟电路的开关组件；
所述控制器与所述开关组件电连接，控制所述开关组件连通所述光电探测器和所述前端模拟电路。
13.一种可见光光强检测方法，其特征在于，应用于权利要求9～12中任一项所述的移动终端，所述方法包括：
所述移动终端中光传感器获取可见光信号；
所述光传感器将所述可见光信号转换为数字信号，所述数字信号与所述可见光信号的光强正相关。
14.根据权利要求13所述的可见光光强检测方法，其特征在于，所述移动终端中光传感器获取可见光信号包括：
所述光传感器通过滤光组件滤除入射光中非可见光。
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