光学传感器模组和电子设备

技术领域

本公开涉及光学技术领域，尤其涉及一种光学传感器模组和电子设备。

背景技术

目前，电子设备内的光学传感器模组设置有光电二极管，该光电二极管可以将透过电子设备显示屏的光信号转换为电信号，是光学传感器模组内的重要的光学感知器件。

随着电子设备向全面屏发展，显示屏上可以开孔的区域越来越小，因此现有电子设备采用窄缝方案来为光学传感器模组设置接收孔，但该接收孔的长度非常小，例如，在电子设备的x方向上最窄处约0.3mm。

实际应用中，光电二极管感知光信号时，其信噪比取决于感光面积和感光角度。在电子设备组装时，受到光学传感器模组安装工艺的限制，安装位置在x方向上和z方向上会存在工差，引起感光面积和感光角度发生变化，导致不同电子设备中的光电二极管所感知的光信号的信噪比不同，从而降低目标参数的准确度。

发明内容

本公开提供一种光学传感器模组和电子设备，以解决相关技术的不足。

根据本公开实施例的第一方面，提供一种电子设备，包括：光学传感器模组和显示屏；所述显示屏上设置有光学开窗；所述光学传感器模组包括光电感应器件；所述光电感应器件在设定方向上长度超过预先设置的长度阈值；其中，所述设定方向是指垂直于所述光学开窗中心线的方向。

可选地，所述长度阈值为第一长度和第二长度之和；其中，所述第一长度是指所述光学开窗在所述设定方向上的长度，所述第二长度是指安装所述光学传感器模组的工差的2倍。

可选地，所述光学传感器模组还包括第一放大电路、增益可调的第二放大电路、积分电路和模数转换器；

所述光电感应器件用于感应光信号生成光电流；

所述第一放大电路用于放大基于所述光电流生成的光电压，得到第一光电压；

所述第二放大电路用于根据调整后的增益放大所述第一光电压，得到第二光电压；

所述积分电路用于采集所述第二光电压，得到积分电压；

所述模数转换器用于对所述积分电压进行转换，得到灰阶数据；其中所述灰阶结果用于计算目标参数。

可选地，所述第一放大电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一电容和第一运算放大器；

所述第一运算放大器的反相输入端经所述第一电阻与所述光电二极管的阴极连接，所述光电二极管的阳极接地；

所述第一电容串接在所述第一运算放大器的反相输入端和输出端之间；

所述第四电阻串接在所述第一运算放大器的反相输入端和输出端之间；

所述第二电阻的第二端与预先设置的电源连接，第一端分别与所述第三电阻的第二端和所述第一运算放大器的同相输入端连接；所述第三电阻的第一端接地；

所述第一运算放大电路的输出端与所述第一放大电路的输出端连接。

可选地，所述第二放大电路包括第二运算放大器、第五电阻、下拉电阻、第二电容、第三电容、至少一个反馈电阻和与各反馈电阻一一对应的开关器件；

所述第二电容的第二端与所述第一运算放大器的输出端连接，所述第二电容的第一端分别与所述下拉电阻和所述第二运算放大器的同相输入端连接；

所述第三电容串接在所述第二运算放大器的反相输入端和输出端之间；

所述反馈电阻和与其对应的开关器件串联后串接在所述第二运算放大器的反相输入端和输出端之间；所述开关器件的控制端用于接收外部的控制信号，以使其所在串联支路的反馈电阻与所述第二运算放大电路的输出端连接；

所述第五电阻的第一端接地，第二端与所述第二运算放大器的反相输入端连接。

可选地，所述积分电路包括第六电阻、积分开关、第四电容、第三运算放大器和定时器；

所述第六电阻的第二端与所述第二放大电路的输出端连接，第一端与所述积分开关的第一端连接；

所述积分开关的第二端与所述第三运算放大器的反相输入端连接，控制端与所述定时器的输出端连接；

所述第四电容串接在所述第三运算放大器的反相输入端和输出端之间；

所述第三运算放大器的同相输入端接地。

可选地，所述模数转换器包括级联的7个触发器支路和接地电阻；各级触发器支路包括上拉电阻、运算放大器和D触发器；

所述运算放大器的输出端与所述D触发器的输入端连接，所述运算放大器的同相输入端与所述积分电路的输出端连接，所述运算放大器的反相输入端与所述上拉电阻的第一端连接；所述D触发器的时钟信号端用于接收外部的时钟信号；

第一级触发器支路中所述上拉电阻的第二端与参考电源连接，其他各级触发器支路中所述上拉电阻的第二端与上一级触发器支路中运算放大器的反相输入端连接；

所述接地电阻的第一端接地，第二端与最后一级触发器支路运算放大器的反相输入端连接。

可选地，所述光学传感器为包括以下至少一种：光线传感器和距离传感器。

可选地，所述光电感应器件包括以下至少一种：光电二极管、光电二极管阵列。

本公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

由上述实施例可知，本公开实施例中通过设置光电感应器件在设定方向上长度超过预先设置的长度阈值；其中，设定方向是指垂直于所述光学开窗中心线的方向，这样无论怎样组装光学传感器模组，光电感应器件与光学开窗的重叠区域始终不变，其面积不会随着安装工差而发生变化，从而保证光电感应器件感知到光信号的信噪比基本不变，可以保证后续获取目标参数的准确度。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

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一种光学传感器模组的框图。

图2是根据一示例性实施例示出的光学光电感应器件的示例图。

图3是根据一示例性实施例示出的一种光学传感器模组的电路图。

图4是根据一示例性实施例示出的一种模数转换器的电路图。

图5是根据一示例性实施例示出的灰阶数据和距离的关系曲线。

图6是根据一示例性实施例示出的一种电子设备的框图。

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公开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、本公开的一些方面相一致的装置例子。

目前，电子设备内的光学传感器模组设置有光电二极管，该光电二极管可以将透过电子设备显示屏的光信号转换为电信号，是光学传感器模组内的重要的光学感知器件。

随着电子设备向全面屏发展，显示屏上可以开孔的区域越来越小，因此现有电子设备采用窄缝方案来为光学传感器模组设置接收孔，但该接收孔的长度非常小，例如，在电子设备的x方向上最窄处约0.3mm。

实际应用中，光电二极管感知光信号时，取决于其感光面积和感光角度。在电子设备组装时，受到光学传感器模组安装工艺的限制，安装位置在x方向上和z方向上会存在工差，引起感光面积和感光角度发生变化，导致不同电子设备中的光电二极管所感知的光信号不同，从而降低目标参数的准确度。

为解决上述技术问题，本公开实施例提供了一种电子设备，该电子设备内设置有光学传感器模组，光学传感器模组包括光电感应器件，其发明构成在于，调整光电感应器件在设定方向上的长度，使长度超过设置的长度阈值，使组装后的感光面积为期望面积，以避免组装过程中误差对面积的影响。

需要说明的是，光学传感器模组，可以包括以下至少一种：光线传感器和距离传感器，可以根据具体场景进行设置，在此不作限定。

为了对本公开实施例提供的技术方案进行详细描述，提供下列实施例，需要说明的是，由于后续实施例仅涉及到光学传感器模组，因此着重描述光学传感器模组。

图1是根据一示例性实施例示出的一种光学传感器模组的框图，参见图1，一种光学传感器模组，包括光电感应器件、第一放大电路10、增益可调的第二放大电路20、积分电路30和模数转换器40。其中，

光电感应器件用于感应光信号生成光电流。

第一放大电路10用于放大基于光电流生成的光电压，得到第一光电压。

第二放大电路20用于根据调整后的增益放大第一光电压，得到第二光电压。

积分电路30用于采集第二光电压，得到积分电压。

模数转换器40用于对积分电压进行转换，得到灰阶数据；其中灰阶结果用于计算目标参数。

本实施例中，光电感应器件可以包括以下至少一种：光电二极管、光电二极管阵列，可以根据具体场景调整光电感应器件的结构形式，在此不作限定。

在一示例中，光电感应器件在设定方向上的长度超过预先设置的长度阈值。其中设定方向是指光电感应器件所在电子设备的x方向。参见图2，当光学传感器模组安装到电子设备后，电子设备上的光学开窗在光学传感器模组投影为(四条虚线中间)两条虚线之间的区域，其长度为L。两条外侧虚线表示光学传感器模组安装到电子设备偏上或者偏下时的安装工差，长度为d。因此，本示例中，长度阈值可以设置为L+2d，即长度阈值为第一长度和第二长度之和；其中，第一长度是指所述光学开窗在设定方向上的长度，第二长度是指安装光学传感器模组的工差的2倍。可理解的是，长度阈值还可以超过上述L+2d，在不影响光学传感器模组正常使用的情况下，相应方案落入本公开的保护范围。

需要说明的是，本实施例中，设置光电感应器件的长度超过长度阈值，这样无论怎样组装，光电感应器件与光学开窗的重叠区域始终为图2中的阴影区域S，其面积不会随着安装工差而发生变化，从而保证光电感应器件感知到光信号的信噪比基本不变。

图3是根据一示例性实施例示出的一种光学传感器模组的电路图，需要说明的是，图3中两条实线相交时表示两条线连接，两条实线相关且有白圈时表示不连接。参见图3，本实施例中，第一放大电路10包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一电容C1和第一运算放大器U1A。其中，

第一运算放大器U1A的反相输入端(采用“-”表示)经由第一电阻R1与光电二极管VD的阴极连接，光电二极管VD的阳极接地GND。

第一电容C1串接在第一运算放大器U1A的反相输入端和输出端之间。

第四电阻R4串接在第一运算放大器U1A的反相输入端和输出端之间。

第二电阻R2的第二端(图3中R2的下端)与预先设置的电源VDD连接，第一端(图3中R2的上端)分别与第三电阻R3的第二端(图3中R3的左端)和第一运算放大器U1A的同相输入端(采用“+”表示)连接；第三电阻R3的第一端(图3中R3的右端)接地GND。

第一运算放大电路U1A的输出端与第一放大电路的输出端连接。

第一放大电路10的工作过程包括：当光电二极管VD感应到光信号时产生光电流，该光电流经过第一电阻R1产生光电压，经过第一放大电路10的放大R4/R1倍后，得到第一光电压。

本实施例中，继续参见图3，第二放大电路20包括第二运算放大器U2A、第五电阻R5、下拉电阻Rg、第二电容C2、第三电容C3、至少一个反馈电阻Rf和与各反馈电阻一一对应的开关器件Mf。其中，

第二电容C2的第二端(图3中C2的下端)与第一运算放大器U1A的输出端连接，第二电容C2的第一端(图3中C2的上端)分别与下拉电阻Rg和第二运算放大器U2A的同相输入端(采用“+”表示)连接。

第三电容C3串接在第二运算放大器U2A的反相输入端和输出端之间。

反馈电阻Rf和与其对应的开关器件Mf串联后串接在第二运算放大器U2A的反相输入端和输出端之间；开关器件的控制端用于接收外部的控制信号，以使其所在串联支路的反馈电阻与所述第二运算放大电路的输出端连接。

第五电阻R5的第一端(图3中R5的右端)接地GND，第二端(图3中R5的左端)与第二运算放大器U2A的反相输入端连接。

第二放大电路20的工作过程包括：

第二电容C2和下拉电阻Rg构成RC滤波器，耦合第一放大电路10输出的第一光电压，并滤除噪声信号。

至少一个反馈电阻Rf和第三电容C3构成RC滤波器，滤除噪声信号。并且至少一个反馈电阻Rf和第五电阻R5形成反馈比例电路。这样，第一光电压可以被放Rf/R5倍，得到第二光电压。其中Rf表示至少一个反馈电阻Rfn的等效值。

需要说明的是，第二放大电路20中设置至少一个反馈电阻Rf为多个时，随着接入的反馈电阻Rf的增多，反馈电阻的等效值越小，该放大电路的增益也随之变小，同时可以滤除更高频率的电压信号，有利于提高光电压的信噪比。换言之，本实施例通过设置多个反馈电阻，可以使放大电路20具有不同的增益，适应于不同的电子设备或者使用场景。

这样，本公开实施例中通过在光学传感器模组内设置增益可调的第二放大电路，可以解决或者缓解安装工艺出现工差而引起的信噪比降低的问题，有利于提升后续获取目标参数的准确度。

本实施例中，继续参见图3，积分电路30包括第六电阻R6、积分开关M2、第四电容C4、第三运算放大器U3A和定时器。其中，

第六电阻R6的第二端(图3中R6的下端)与第二放大电路20的输出端连接，第一端(图3中R6的上端)与积分开关M2的第一端(端子1)连接。

积分开关M2的第二端(端子2)与第三运算放大器U3A的反相输入端(采用“-”表示)连接，控制端(端子3)与定时器的输出端连接。

第四电容C4串接在第三运算放大器U3A的反相输入端和输出端之间。

第三运算放大器U3A的同相输入端(采用“-”表示)接地GND。

积分电路30的工作过程包括：定时器可以向积分开关M2发送脉冲信号，对第二光电压进行积分，得到积分电压Vin。

本实施例中，参见图4，模数转换器40包括级联的7个触发器支路和接地电阻；各级触发器支路包括上拉电阻R4n、运算放大器U4nA和D触发器Dn，n取值为1～7的正数。其中，

运算放大器U4nA的输出端与D触发器Dn的输入端连接，运算放大器U4nA的同相输入端与积分电路30的输出端连接，运算放大器U4nA的反相输入端与上拉电阻R4n的第一端(图4中R4n的上端)连接；D触发器的时钟信号端CLK用于接收外部的时钟信号；

第一级触发器支路(图4中虚线框所示)中上拉电阻R41的第二端与参考电源V

接地电阻R48的第一端(图4中R48的下端)接地GND，第二端(图4中R48的上端)与最后一级触发器支路运算放大器的反相输入端连接。

需要说明的是，本实施例中，电阻R41～电阻R47的电阻值相等，而电阻R48的电阻值为电阻R41～电阻R47的电阻值的一半，这样，电阻R42～电阻R48的分压分别为13V

模数转换器40的工作过程包括：由于参考电源V

本实施例中，运算放大器U4nA作为比较器使用，当同相输入端的电压高于反相输入端的电压时，输出逻辑高电平；否则输出逻辑低电平。D触发器结合时钟信号CLK，输出端Q输出逻辑高电平或逻辑低电平，即输出端为0或者1。这样，D触发器D1～D触发器D7可以形成7位二进制数，即得到灰阶数据。

在一实施例中，光学传感器模组所在电子设备的处理器可以根据上述灰阶数据进行数据计算，得到目标参数，如亮度或/或距离。以距离为例，处理器可以基于图5所示的灰阶数据和距离的关系曲线进行计算，图5中横坐标表示实际距离，纵坐标表示灰阶数据，最终得到显示屏与被测对象之间的实际距离。当然，光学传感器模组可以包括控制器，该控制器可以根据上述灰阶数据进行数据计算，得到目标参数距离，具体步骤可以参考上述实施例中电子设备的处理器计算距离的内容，在此不再赘述。

图6是根据一示例性实施例示出的一种电子设备的框图。例如，电子设备600可以是包括图1～图5所示出的光学传感器模组的智能手机，计算机，数字广播终端，平板设备，医疗设备，健身设备，个人数字助理等。

参照图6，电子设备600可以包括以下一个或多个组件：处理组件602，存储器604，电源组件606，多媒体组件608，音频组件610，输入/输出(I/O)的接口612，传感器组件614，通信组件616，以及图像采集组件618。

处理组件602通常电子设备600的整体操作，诸如与显示，电话呼叫，数据通信，相机操作和记录操作相关联的操作。处理组件602可以包括一个或多个处理器620来执行指令。此外，处理组件602可以包括一个或多个模块，便于处理组件602和其他组件之间的交互。例如，处理组件602可以包括多媒体模块，以方便多媒体组件608和处理组件602之间的交互。

存储器604被配置为存储各种类型的数据以支持在电子设备600的操作。这些数据的示例包括用于在电子设备600上操作的任何应用程序或方法的指令，联系人数据，电话簿数据，消息，图片，视频等。存储器604可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，如静态随机存取存储器(SRAM)，电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)，可擦除可编程只读存储器(EPROM)，可编程只读存储器(PROM)，只读存储器(ROM)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。

电源组件606为电子设备600的各种组件提供电力。电源组件606可以包括电源管理系统，一个或多个电源，及其他与为电子设备600生成、管理和分配电力相关联的组件。

多媒体组件608包括在所述电子设备600和目标对象之间的提供一个输出接口的屏幕。在一些实施例中，屏幕可以包括液晶显示屏(LCD)和触摸面板(TP)。如果屏幕包括触摸面板，屏幕可以被实现为触摸屏，以接收来自目标对象的输入信号。触摸面板包括一个或多个触摸传感器以感测触摸、滑动和触摸面板上的手势。所述触摸传感器可以不仅感测触摸或滑动动作的边界，而且还检测与所述触摸或滑动操作相关的持续时间和压力。

音频组件610被配置为输出和/或输入音频信号。例如，音频组件610包括一个麦克风(MIC)，当电子设备600处于操作模式，如呼叫模式、记录模式和语音识别模式时，麦克风被配置为接收外部音频信号。所接收的音频信号可以被进一步存储在存储器604或经由通信组件616发送。在一些实施例中，音频组件610还包括一个扬声器，用于输出音频信号。

I/O接口612为处理组件602和外围接口模块之间提供接口，上述外围接口模块可以是键盘，点击轮，按钮等。

传感器组件614包括一个或多个传感器，用于为电子设备600提供各个方面的状态评估。例如，传感器组件614可以检测到电子设备600的打开/关闭状态，组件的相对定位，例如所述组件为电子设备600的显示屏和小键盘，传感器组件614还可以检测电子设备600或一个组件的位置改变，目标对象与电子设备600接触的存在或不存在，电子设备600方位或加速/减速和电子设备600的温度变化。在一示例中，传感器组件614包括图1～图5所示的光学传感器模组，相关内容可参见上述各实施例的内容。

通信组件616被配置为便于电子设备600和其他设备之间有线或无线方式的通信。电子设备600可以接入基于通信标准的无线网络，如WiFi，2G或3G，或它们的组合。在一个示例性实施例中，通信组件616经由广播信道接收来自外部广播管理系统的广播信号或广播相关信息。在一个示例性实施例中，所述通信组件616还包括近场通信(NFC)模块，以促进短程通信。例如，在NFC模块可基于射频识别(RFID)技术，红外数据协会(IrDA)技术，超宽带(UWB)技术，蓝牙(BT)技术和其他技术来实现。

在示例性实施例中，电子设备600可以被一个或多个应用专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理设备(DSPD)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、控制器、微控制器、微处理器或其他电子元件实现。

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。本公开旨在涵盖任何变型、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。

应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。