专利名称：光线感应传感器及触摸屏终端的制作方法
技术领域：
本发明属于光线传感技术领域，尤其涉及一种光线感应传感器及触摸屏终端。
背景技术：
目前的光线感应技术多采用3种方式，第一种如图1所示，光敏感应二极管或三极管，外围加放大电路和模数转换电路，实现光线感应数字量化；第二种如图2所示，光敏器件本身集成放大器，输出模拟信号，再配合外围的模数转换电路实现光线感应数字量化；第三种如图3所示，光敏器件本身集成放大器和模数转换电路，直接输出数字量化信号。这种光线感应技术的应用范围越来越广泛，不仅可应用于照明领域，而且随着电子产品功能的多样化，也越来越多地应用于终端产品上以实现不同的功能。例如在移动通信终端上，可用于检测环境光的变化实现自动调整移动通信终端的背光亮度，为用户提供更好的使用感受。

发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题在于提供一种光线感应传感器。本发明是这样实现的，一种光线感应传感器，包括光敏器件，还包括一电容触摸屏控制芯片；所述光敏器件与所述电容触摸屏控制芯片连接，所述电容触摸屏控制芯片用于对所述光敏器件进行频率调制，使所述光敏器件输出的表征环境光亮度的第一模拟信号叠加于一载波上传输，所述电容触摸屏控制芯片再将所述第一模拟信号从所述载波上分离出并转换为第一数字信号。本发明所要解决的第二个技术问题在于提供一种触摸屏终端，其包括如上所述的光线感应传感器。本发明中，使用电容触摸屏控制芯片对光敏器件进行调制，以使光敏器件输出的模拟感光信号的频率与电容触摸屏控制芯片的解调频率相适应，通过电容触摸屏控制芯片本身具有的放大、模数转换功能来实现光线感应，光敏器件与先进的电容触控技术相结合可大大提升光敏检测的精度和响应速度。


图1、图2、图3是现有技术提供的三种光线感应技术的原理图；图4是本发明提供的一种的结构原理图；图5是本发明提供的另一种光线感应传感器的结构原理图；图6A、图6B、图6C、图6D是本发明提供的光敏器件采用光电三极管、电容触摸屏控制芯片采用互电容触摸屏控制芯片时的光线感应传感器的四种电路图；图7A、图7B、图7C、图7D是本发明提供的光敏器件采用光电二极管、电容触摸屏控制芯片采用互电容触摸屏控制芯片时的光线感应传感器的四种电路图；图8A、图SB、图SC是本发明提供的光敏器件采用光电三极管、电容触摸屏控制芯片采用自电容触摸屏控制芯片时的光线感应传感器的三种电路图；图9A、图9B、图9C是本发明提供的光敏器件采用光电二极管、电容触摸屏控制芯片采用自电容触摸屏控制芯片时的光线感应传感器的三种电路图；图10、图11分别是本发明提供的采用互电容触摸屏控制芯片和自电容触摸屏控制芯片时的一种优化结构图；图12、图13分别是本发明提供的采用互电容触摸屏控制芯片和自电容触摸屏控制芯片实现接近感应的原理框图。
具体实施例方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。本发明通过复用电容触摸屏控制芯片的元器件，把光敏器件与电容触控芯片相结合实现光线感应并量化输出。参照图4，本发明提供的光线感应传感器包括光敏器件I和电容触摸屏控制芯片2，此电容触摸屏控制芯片2可用于电容触摸屏终端上，主要用于对触摸屏上的触摸操作进行感应并作出相应的控制指令。本发明中，光敏器件I连接电容触摸屏控制芯片2，光敏器件I用于感测环境光亮度，根据环境光亮度产生第一模拟信号并输出，而电容触摸屏控制芯片2用于将该第一模拟信号放大并转换为第一数字信号。考虑到环境光敏信号的频率比较低，而电容触摸屏控制芯片2的解调频率较高，电容触摸屏控制芯片2无法直接检测到第一模拟信号，本发明中电容触摸屏控制芯片2还用于对光敏器件I进行频率调制，使光敏器件I输出表征环境光亮度的第一模拟信号，该第一模拟信号叠加于一载波上传输，使第一模拟信号的频率与电容触摸屏控制芯片2的解调频率相适应，同时也有利于提供抗干扰能力，电容触摸屏控制芯片2对第一模拟信号放大处理之前首先需要将第一模拟信号从载波上分离出来。作为本发明的又一个实施例，上述光线感应传感器若与红外发射二极管等发光器件结合还可实现接近感应等功能，形成一个环境光感应与接近感应传感器。如图5所示，该光线感应传感器还包括红外发光器件3，与电容触摸屏控制芯片2连接，可在电容触摸屏控制芯片2的调制下发光。此具备两种感应功能的传感器有两种工作模式，在第一种模式下，根据光敏器件产生的模拟信号进行环境光检测，在第二种模式下根据光敏器件由反射光产生的模拟信号进行距离检测。具体如下第一种模式，红外发光器件3关闭，电容触摸屏控制芯片2调制光敏器件I，使光敏器件I输出的表征环境光亮度的第一模拟信号叠加于一载波上传输，电容触摸屏控制芯片2再将第一模拟信号从载波上分离出并转换为第一数字信号。第二种模式，红外发光器件3开启时在电容触摸屏控制芯片2的调制下发出红外光，使红外发光器件3发出的红外光叠加于一载波上传输；此时光敏器件I不被调制而用于感应经障碍物反射回的红外光，并产生与之大小相匹配的第二模拟信号，电容触摸屏控制芯片2把第二模拟信号从载波上分离出并转换为第二数字信号。对于互电容(投射式)触摸屏控制芯片，如图6A-图6D、7A_图7D所示，采用I个接收通道RX和I个发射通道TX或通用IO端口 GPIO实现光线感应，利用TX或GPIO调制光敏二极管或三极管的信号，接收通道RX用于检测输入，发射通道TX和通用IO端口 GPIO用于调制信号的输出。另外再采用I个单独的发射通道TX或GPIO驱动红外发光二极管，配合光线感应可实现接近感应功能。图6A至图6C中光敏器件为光电三极管Q1，与互电容触摸屏控制芯片2的连接方式有四种，方式一(图6A):光电三极管Ql的集电极通过一电容C连接互电容触摸屏控制芯片的一接收通道RX，光电三极管Ql的集电极还通过一电阻Rl连接互电容触摸屏控制芯片的一发射通道，发射极接地。方式二(图6B)，光电三极管的集电极直接连接互电容触摸屏控制芯片的一发射通道，光电三极管的发射极通过一电阻接地，发射极还通过一电容连接互电容触摸屏控制芯片的一接收通道。方式三(图6C):光电三极管的集电极连接一电源端VDD，光电三极管的发射极通过一电阻连接互电容触摸屏控制芯片的一发射通道，发射极还通过一电容连接互电容触摸屏控制芯片的一接收通道；方式四(图6D)，光电三极管的集电极直接连接互电容触摸屏控制芯片的一发射通道，光电三极管的发射极依次通过一电阻、一电容后连接互电容触摸屏控制芯片的一接收通道。图7A至图7D中光敏器件为光电二极管Dl,与互电容触摸屏控制芯片2的连接关系同样有四种方式,方式I(图7A)，光电二极管Dl的阴极通过一电容C连接互电容触摸屏控制芯片的一接收通道RX，经接收通道与放大器连接，光电二极管Dl的阴极还通过一电阻R3连接互电容触摸屏控制芯片的一发射通道，光电二极管Dl的阳极接地。方式二(图7B)，光电二极管的阴极通过一电阻R3连接互电容触摸屏控制芯片的一发射通道，光电二极管的阳极通过一电阻接地，阳极还通过一电容连接互电容触摸屏控制芯片的一接收通道。方式三(图7C):光电二极管的阴极连接电源端VDD，阳极通过一电阻R3连接互电容触摸屏控制芯片的一发射通道，阳极还通过一电容连接互电容触摸屏控制芯片的一接收通道。方式四(图7D):光电二极管的阴极连接电源端VDD，阴极还通过一电容连接互电容触摸屏控制芯片的一接收通道，阳极通过一电阻R3连接互电容触摸屏控制芯片的一发射通道。图6、图7中红外发光器件选用红外发光二极管D2实现，红外发光二极管D2的阳极通过一电阻R2连接互电容触摸屏控制芯片的一发射通道TX或一通用IO端口，阴极接地。图6、图7中的接收通道RX、发射通道TX均是互电容触摸屏控制芯片的引脚，分别用于接收触摸操作信号和控制指令的发送，而GPIO则表示互电容触摸屏控制芯片的通用IO 端口。对于自电容触摸屏控制芯片，如图8A-图8C、图9A-图9C所示，采用自电容通道CHX接入光敏二极管或三极管，实现环境光亮度检测。另外采用I个自电容通道CHX或GPIO驱动红外发光二极管，配合光线感应可实现接近感应物理层功能。图8A至图SC中光敏器件I为光电三极管Ql，与互电容触摸屏控制芯片2的连接关系有三种方式，方式一(图8A)，光电三极管Q2的集电极通过一电阻R4连接自电容触摸屏控制芯片的一自电容通道，光电三极管Q2的发射极接地。方式二(图8B)，光电三极管Q2的集电极通过一电阻R4连接电源端VDD，光电三极管Q2的发射极连接自电容触摸屏控制芯片的一自电容通道。方式三(图8C)，光电三极管Q2的集电极连接电源端VDD，光电三极管Q2的发射极通过一电阻R4连接自电容触摸屏控制芯片的一自电容通道。图9A至图9C中光敏器件I为光电二极管D3，与自电容触摸屏控制芯片2的连接关系有三种方式，方式一(图9A)，其阴极通过一电阻R5连接自电容触摸屏控制芯片的一自电容通道，光电二极管D3的阳极接地。方式二(图9B):光电二极管的阴极通过一电阻R5连接电源端VDD，光电二极管D3的阳极连接自电容触摸屏控制芯片的一自电容通道。方式三(图9C):光电二极管D3的阴极连接电源端VDD，光电二极管的阳极通过一电阻R5连接自电容触摸屏控制芯片的一自电容通道。图8、图9中红外发光器件选用红外发光二极管D4实现，红外发光二极管D4的阳极通过一电阻R6连接自电容触摸屏控制芯片的一自电容通道或一通用IO端口，阴极接地。图6至图9的基础原理为在直流供电电压下，光电二极管Dl或光电三极管Ql输出电流随着感应光强的变化而变化，由于光线的变化相对较为缓慢，转换为电信号通常是较低频率的信号(小于数百Hz，甚至近似于直流信号)。电容触摸屏控制芯片2无论是互电容技术还是自电容技术，驱动或激励信号频率均较高(通常在几十KHz至IMHz区间)，与光敏二极管或三极管输出的电信号不在同一信号频带内。为了把光敏二极管或三极管输出的信号调制到电容触摸屏芯片可检测的芯片频带范围内，就需要采用上述技术方案中通过互电容或自电容触摸屏控制芯片对光电二极管或光电三极管进行调制。互电容和自电容的光线感应原理分别如图10、图11所示，其中互电容触摸屏控制芯片与自电容触摸屏控制芯片至少包括相连接的放大器和解调单元，还可包括微处理器单元，不同的是自电容的调制信号由放大器输出至光敏器件1，而互电容的调制信号由发射通道输出。其中放大器用于放大第一模拟信号，解调单元用于将第一模拟信号从载波上分离出并转换为第一数字信号，而微处理器单元用于对第一数字信号进行线性化处理或进行格式转换。图12、图13进一步展示出了互电容和自电容的近场感应原理，红外接近感应的实现原理如下红外发光器件3发射红外光线，当物体靠近时，红外光线被反射回来，光敏器件I接收到物体反射的光线，根据信号的大小实现对距离的检测。同样地，红外发光二极管发射信号通常是较低频率信号或直流信号，电容触摸屏控制芯片的驱动或激励信号频率均较高(通常在几十KHz至IMHz区间)，所以采用TX(互电容)、CHX (自电容)或GPIO调制红外发光二极管。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种光线感应传感器，其特征在于，包括光敏器件和电容触摸屏控制芯片，所述光敏器件与所述电容触摸屏控制芯片连接，所述电容触摸屏控制芯片用于对所述光敏器件输出的表征环境光亮度的第一模拟信号进行频率调制，使所述光敏器件输出的表征环境光亮度的第一模拟信号叠加于一载波上传输，所述电容触摸屏控制芯片再将所述第一模拟信号从所述载波上分离出并转换为第一数字信号。
2.如权利要求1所述的光线感应传感器，其特征在于，还包括: 红外发光器件，与所述电容触摸屏控制芯片连接，可在所述电容触摸屏控制芯片的调制下发光； 当所述红外发光器件关闭时，所述电容触摸屏控制芯片调制所述光敏器件，使所述光敏器件输出的表征环境光亮度的第一模拟信号叠加于一载波上传输，所述电容触摸屏控制芯片再将所述第一模拟信号从所述载波上分离出并转换为第一数字信号； 当所述红外发光器件开启时在所述电容触摸屏控制芯片的调制下发出红外光，使所述红外发光器件发出的红外光叠加于一载波上传输；此时所述光敏器件不被调制而用于感应经障碍物反射回的所述红外光，并产生与之大小相匹配的第二模拟信号，所述电容触摸屏控制芯片用于将所述第二模拟信号从所述载波上分离出并转换为第二数字信号。
3.如权利要求1所述的光线感应传感器，其特征在于，所述电容触摸屏控制芯片为互电容触摸屏控制芯片，其包括相连接的放大器、解调单元； 所述放大器用于放大和处理所述第一模拟信号，所述解调单元用于将所述第一模拟信号从所述载波上分离出并转换为第一数字信号。
4.如权利要求3所述的光线感应传感器，其特征在于，所述互电容触摸屏控制芯片还包括与所述解调单元连接的微处理器单元，用于对所述第一数字信号进行线性化处理或进行格式转换。
5.如权利要求3或4所述的光线感应传感器，其特征在于，所述光敏器件为光电二极管或光电三极管； 所述光电二极管与所述互电容触摸屏控制芯片的连接关系为下述几种连接方式的任一种: 所述光电二极管的阴极通过一电容连接所述互电容触摸屏控制芯片的一接收通道，经所述接收通道与所述放大器连接，所述光电二极管的阴极还通过一电阻连接所述互电容触摸屏控制芯片的一发射通道，所述光电二极管的阳极接地；或 所述光电二极管的阴极通过一电阻连接所述互电容触摸屏控制芯片的一发射通道，所述光电二极管的阳极通过一电阻接地，阳极还通过一电容连接所述互电容触摸屏控制芯片的一接收通道；或 所述光电二极管的阴极连接电源端，阳极通过一电阻连接所述互电容触摸屏控制芯片的一发射通道，阳极还通过一电容连接所述互电容触摸屏控制芯片的一接收通道；或 所述光电二极管的阴极连接电源端，阴极还通过一电容连接所述互电容触摸屏控制芯片的一接收通道，阳极通过一电阻连接所述互电容触摸屏控制芯片的一发射通道； 所述光电三极管与所述互电容触摸屏控制芯片的连接关系为下述几种连接方式的任一种: 所述光电三极管的集电极通过一电容连接所述互电容触摸屏控制芯片的一接收通道，所述光电三极管的集电极还通过一电阻连接所述互电容触摸屏控制芯片的一发射通道，所述光电三极管的发射极接地；或 所述光电三极管的集电极直接连接所述互电容触摸屏控制芯片的一发射通道，所述光电三极管的发射极通过一电阻接地，发射极还通过一电容连接所述互电容触摸屏控制芯片的一接收通道；或 所述光电三极管的集电极连接一电源端，所述光电三极管的发射极通过一电阻连接所述互电容触摸屏控制芯片的一发射通道，发射极还通过一电容连接所述互电容触摸屏控制芯片的一接收通道；或 所述光电三极管的集电极直接连接所述互电容触摸屏控制芯片的一发射通道，所述光电三极管的发射极依次通过一电阻、一电容后连接所述互电容触摸屏控制芯片的一接收通道。
6.如权利要求1所述的光线感应传感器，其特征在于，所述电容触摸屏控制芯片为自电容触摸屏控制芯片，其包括相连接的放大器、解调单元； 所述放大器用于放大所述第一模拟信号，所述解调单元用于将所述第一模拟信号从所述载波上分离出并转换为第一数字信号。
7.如权利要求6所述的光线感应传感器，其特征在于，所述自电容触摸屏控制芯片还包括一与所述解调单元连接的微处理器单元，用于对所述第一数字信号进行线性化处理或进行格式转换。
8.如权利要求6或7所述的光线感应传感器，其特征在于，所述光敏器件为光电二极管或光电三极管； 所述光电二极管与所述互电容触摸屏控制芯片的连接关系为下述几种连接方式的任一种: 所述光电二极管的阴极通过一电阻连接所述自电容触摸屏控制芯片的一自电容通道，所述光电二极管的阳极接地；或 所述光电二极管的阴极通过一电阻连接电源端，所述光电二极管的阳极连接所述自电容触摸屏控制芯片的一自电容通道；或 所述光电二极管的阴极连接电源端，所述光电二极管的阳极通过一电阻连接所述自电容触摸屏控制芯片的一自电容通道； 所述光电三极管与所述互电容触摸屏控制芯片的连接关系为下述几种连接方式的任一种: 所述光电三极管的集电极通过一电阻连接所述自电容触摸屏控制芯片的一自电容通道，所述光电三极管的发射极接地；或 所述光电三极管的集电极通过一电阻连接电源端，所述光电三极管的发射极连接所述自电容触摸屏控制芯片的一自电容通道；或 所述光电三极管的集电极连接电源端，所述光电三极管的发射极通过一电阻连接所述自电容触摸屏控制芯片的一自电容通道。
9.如权利要求2所述的光线感应传感器，其特征在于，所述电容触摸屏控制芯片为互电容触摸屏控制芯片；其 包括相连接的放大器、解调单元； 所述放大器用于放大所述第一模拟信号，所述解调单元用于将所述第一模拟信号从所述载波上分离出并转换为第一数字信号。
10.如权利要求9所述的光线感应传感器，其特征在于，所述互电容触摸屏控制芯片还包括一与所述解调单元连接的微处理器单元，用于对所述第一数字信号进行线性化处理或进行格式转换。
11.如权利要求9或10所述的光线感应传感器，其特征在于，所述光敏器件为光电二极管或光电三极管； 所述光电二极管与所述互电容触摸屏控制芯片的连接关系为下述几种连接方式的任一种: 所述光电二极管的阴极通过一电容连接所述互电容触摸屏控制芯片的一接收通道，经所述接收通道与所述放大器连接，所述光电二极管的阴极还通过一电阻连接所述互电容触摸屏控制芯片的一发射通道，所述光电二极管的阳极接地；或 所述光电二极管的阴极通过一电阻连接所述互电容触摸屏控制芯片的一发射通道，所述光电二极管的阳极通过一电阻接地，阳极还通过一电容连接所述互电容触摸屏控制芯片的一接收通道；或 所述光电二极管的阴极连接电源端，阳极通过一电阻连接所述互电容触摸屏控制芯片的一发射通道，阳极还通过一电容连接所述互电容触摸屏控制芯片的一接收通道；或 所述光电二极管的阴极连接电源端，阴极还通过一电容连接所述互电容触摸屏控制芯片的一接收通道，阳极通过一电阻连接所述互电容触摸屏控制芯片的一发射通道； 所述光电三极管与所述互电容触摸屏控制芯片的连接关系为下述几种连接方式的任一种: 所述光电三极管的集电极 通过一电容连接所述互电容触摸屏控制芯片的一接收通道，所述光电三极管的集电极还通过一电阻连接所述互电容触摸屏控制芯片的一发射通道，所述光电三极管的发射极接地；或 所述光电三极管的集电极直接连接所述互电容触摸屏控制芯片的一发射通道，所述光电三极管的发射极通过一电阻接地，发射极还通过一电容连接所述互电容触摸屏控制芯片的一接收通道；或 所述光电三极管的集电极连接一电源端，所述光电三极管的发射极通过一电阻连接所述互电容触摸屏控制芯片的一发射通道，发射极还通过一电容连接所述互电容触摸屏控制芯片的一接收通道；或 所述光电三极管的集电极直接连接所述互电容触摸屏控制芯片的一发射通道，所述光电三极管的发射极依次通过一电阻、一电容后连接所述互电容触摸屏控制芯片的一接收通道； 所述红外发光二极管的阳极通过一电阻连接所述互电容触摸屏控制芯片的一发射通道或一通用IO端口，阴极接地。
12.如权利要求2所述的光线感应传感器，其特征在于，所述电容触摸屏控制芯片为自电容触摸屏控制芯片，其包括相连接的放大器、解调单元； 所述放大器用于放大所述第一模拟信号，所述解调单元用于将所述第一模拟信号从所述载波上分离出并转换为第一数字信号。
13.如权利要求12所述的光线感应传感器，其特征在于，所述自电容触摸屏控制芯片还包括一与所述解调单元连接的微处理器单元，用于对所述第一数字信号进行线性化处理或进行格式转换。
14.如权利要求12或13所述的光线感应传感器，其特征在于，所述光敏器件为光电二极管或光电三极管； 所述光电二极管与所述互电容触摸屏控制芯片的连接关系为下述几种连接方式的任一种: 所述光电二极管的阴极通过一电阻连接所述自电容触摸屏控制芯片的一自电容通道，所述光电二极管的阳极接地；或 所述光电二极管的阴极通过一电阻连接电源端，所述光电二极管的阳极连接所述自电容触摸屏控制芯片的一自电容通道；或 所述光电二极管的阴极连接电源端，所述光电二极管的阳极通过一电阻连接所述自电容触摸屏控制芯片的一自电容通道； 所述光电三极管与所述互电容触摸屏控制芯片的连接关系为下述几种连接方式的任一种: 所述光电三极管的集电极通过一电阻连接所述自电容触摸屏控制芯片的一自电容通道，所述光电三极管的发射极接地；或 所述光电三极管的集电极通过一电阻连接电源端，所述光电三极管的发射极连接所述自电容触摸屏控制芯片的一自电容通道；或 所述光电三极管的集电极连接电源端，所述光电三极管的发射极通过一电阻连接所述自电容触摸屏控制芯片的一自电容通道； 所述红外发光二极管的阳极通过一电阻连接所述自电容触摸屏控制芯片的一自电容通道或一通用I O端口，阴极接地。
15.一种触摸屏终端，其特征在于，其包括如权利要求1至14任一项所述的光线感应传感器。
全文摘要
本发明适用于光线传感技术领域，提供了一种光线感应传感器,包括光敏器件和一电容触摸屏控制芯片;所述光敏器件与所述电容触摸屏控制芯片连接，所述电容触摸屏控制芯片用于对所述光敏器件进行频率调制,使所述光敏器件输出的表征环境光亮度的第一模拟信号叠加于一载波上传输，所述电容触摸屏控制芯片再将所述第一模拟信号从所述载波上分离出并转换为第一数字信号。本发明中，使用电容触摸屏控制芯片对光敏器件进行调制，以使光敏器件输出的模拟感光信号的频率与电容触摸屏控制芯片的解调频率相适应，通过电容触摸屏控制芯片本身具有的放大、模数转换功能来实现光线感应，光敏器件与先进的电容触控技术相结合可大大提升光敏检测的精度和响应速度。
文档编号G01J1/44GK103076089SQ20121057911
公开日2013年5月1日 申请日期2012年12月27日 优先权日2012年12月27日
发明者冉锐, 李晨辉, 卓光明 申请人:深圳市汇顶科技股份有限公司