[0001] 本实用新型涉及传感器技术领域，尤其涉及一种光学检测控制电路及光学传感器。

[0002] 在当今世界应用的产品中，传感器(Sensor)是一个不可缺少的重要模块，它的作用类似于人体的感应器官，用来感应外面环境及周边变化。传感器不仅能够感应外面环境温度、湿度、电压、电流及特殊物体等，还能够感应手势操作及周边物体的位移。传感器(Sensor)种类繁多，近几十年来半导体突飞猛进发展，半导体传感器也不断取代传统的传感器，尤其是光学领域。例如，通过光电鼠标取代传统的机械滚轮鼠标，光学手指导航(OFN)取代传统的机械遥感，方向识别取代传统的多个按键，近距离感应取代传统的机械按键及环境光检测取代人为判定操作等。然而，现有技术中的光学移动传感器模组需要外加LDO或外置电容，且外挂MCU进行二次处理符合人体的手感或操作方式；而近距离感应器模组及环境光检测模组是简单的光感芯片外加带高精度ADC的MCU进行控制；这些传感器都需要MCU进行复杂的方案处理，外围需要相关器件进行补充，使传感器模组变得复杂，增加传感器模组本身的器件成本和加工成本，且产品应用环境和装配带来操作控制的不确定性，浪费人力物力。在上述的多种传感器应用中，采样不同的传感器器芯片及不同的MCU处理方案，为了配合应用环境和结构需要多种处理方案和封装，极大的增加了产品应用的开发周期及推广周期。如果应用产品需要同时使用上述两种或多种传感器时，需外加不同的传感器，增加了硬件成本和开发难度。因此，发明一种集成度高且能实现多种应用功能的光学检测控制电路及光学传感器是该领域技术人员亟待解决的问题。实用新型内容

[0003] 本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种光学检测控制电路及光学传感器。

[0004] 第一方面，本实用新型公开了一种光学检测控制电路，包括电源管理模块、控制寄存器模块、时钟发生器、感光图像阵列、模数转换模块、图像处理模块及方向识别模块；所述控制寄存器模块、所述时钟发生器、所述感光图像阵列、所述模数转换模块、所述图像处理模块及所述方向识别模块分别与所述电源管理模块电连接；所述感光图像阵列分别与所述模数转换模块及所述时钟发生器电连接；所述时钟发生器、所述模数转换模块、所述图像处理模块及所述方向识别模块分别与所述控制寄存器模块电连接；所述电源管理模块与电源输入端及地端电连接，所述控制寄存器模块分别与串行数据端、串行时钟端及信号输出端电连接。

[0005] 优选地，所述一种光学检测控制电路还包括LED恒流驱动模块；所述LED恒流驱动模块分别与所述电源管理模块、所述时钟发生器、所述控制寄存器模块及LED灯连接端电连接。

[0006] 优选地，所述一种光学检测控制电路还包括接口处理模块；所述接口处理模块分别与所述电源管理模块及所述控制寄存器模块电连接；所述串行数据端及所述串行时钟端均与所述接口处理模块电连接。

[0007] 优选地，所述电源管理模块包括电源管理单元、模拟LDO单元及数字LDO单元；所述模拟LDO单元及所述数字LDO单元分别与所述电源管理单元电连接；所述模拟LDO单元与所述感光图像阵列电连接，所述控制寄存器模块、所述时钟发生器、所述模数转换模块、所述图像处理模块及所述方向识别模块分别与所述数字LDO单元电连接。

[0008] 优选地，所述LED恒流驱动模块包括第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管、恒流源及电流配置开关；所述恒流源的第一端与所述电源管理模块电连接，所述恒流源的第二端分别与所述第一场效应管的漏极、所述第一场效应管的栅极、所述第二场效应管的栅极及所述电流配置开关的第一端电连接，所述第一场效应管的源极接地，所述第二场效应管的漏极分别与所述第三场效应管的漏极及所述LED灯连接端电连接，所述第二场效应管的源极接地，所述第三场效应管的栅极与所述电流配置开关的第二端电连接，所述第三场效应管的源极接地。

[0009] 优选地，所述模拟LDO单元包括第一放大器、第一电阻、第一滑动电阻及第一电容；所述第一放大器的同相输入端用于输入基准电压源，所述第一放大器的反相输入端分别与所述第一电阻的第一端及所述第一滑动电阻的第一端电连接，所述第一放大器的输出端分别与第一电阻的第二端、所述第一电容的第一端及模拟电源输出端电连接，所述第一滑动电阻的第二端接地，所述第一电容的第二端接地。

[0010] 另一方面，本实用新型还公开另一种光学传感器，包括第一方面所述的一种光学检测控制电路。

[0011] 本实用新型的一种光学检测控制电路具有如下有益效果，本实用新型公开的一种光学检测控制电路包括：电源管理模块、控制寄存器模块、时钟发生器、感光图像阵列、模数转换模块、图像处理模块及方向识别模块；控制寄存器模块、时钟发生器、感光图像阵列、模数转换模块、图像处理模块及方向识别模块分别与电源管理模块电连接；感光图像阵列分别与模数转换模块及时钟发生器电连接；时钟发生器、模数转换模块、图像处理模块及方向识别模块分别与控制寄存器模块电连接；电源管理模块与电源输入端及地端电连接，控制寄存器模块分别与串行数据端、串行时钟端及信号输出端电连接。所述电源管理模块用于用于给电路可靠供电；所述感光图像阵列用于采集图像信息；所述模数转换模块用于将所述图像信息的模拟信号转换成数字信号；所述图像处理模块用于对所述数字信号进行图像处理；所述控制寄存器模块用于接收图像处理结果实现光学移动检测；所述方向识别模块用于依据所述图像处理结果实现方向识别感应。

[0012] 本实用新型还可以通过采集相邻时间段LED开启时的曝光图像与LED关闭时的非曝光图像差值，实现近距离感应；通过采集不同的感光单元在相邻时间段的感光图像差值，实现环境光检测；此外，所述电源管理模块内置模拟LDO及数字LDO，无需外置电容，减小PAD，节省芯片面积与绑线封装成本；无需外置电容及LDO，减少外围元器件和加工成本；所述LED恒流驱动模块内置恒流，可以配置电流大小，省去外部限流电阻。

[0013] 同时，本实用新型的所述图像处理模块、所述模数转换模块及所述LED恒流驱动模块统一时序管理，显著提高抗干扰能力；光学传感器高度集成，完成图像采集与分析处理、光学移动、近距离感应等功能；简洁两线数据时钟接口，可以通过片外控制芯片读取相应结果。因此，本实用新型集成度高，能集中实现光学移动、方向识别、近距离感应及环境光检测功能，降低外围电路成本。

[0022] 为了使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的部分实施例，而不是全部实施例。基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型的保护范围。

[0023] 实施例一

[0024] 本实用新型较佳实施例的如图1所示，包括电源管理模块1、控制寄存器模块2、时钟发生器3、感光图像阵列4、模数转换模块5、图像处理模块6及方向识别模块7；控制寄存器模块2、时钟发生器3、感光图像阵列4、模数转换模块5、图像处理模块6及方向识别模块7分别与电源管理模块1电连接；感光图像阵列4分别与模数转换模块5及时钟发生器3电连接；时钟发生器3、模数转换模块5、图像处理模块6及方向识别模块7分别与控制寄存器模块2电连接；电源管理模块1与电源输入端VDD及地端GND电连接，控制寄存器模块2分别与串行数据端SDA、串行时钟端SCK及信号输出端INT电连接。所述感光图像阵列4用于采集图像信息；
所述模数转换模块5将所述图像信息的模拟信号转换成数字信号；所述图像处理模块6用于对所述数字信号进行图像处理；所述控制寄存器模块2用于接收图像处理结果实现光学移动检测；所述方向识别模块7用于依据所述图像处理结果方向识别感应。因此，本实用新型集成度高，能集中实现光学移动、方向识别、近距离感应及环境光检测功能，降低外围电路成本。

[0025] 优选地，在本实施例中，通过所述模数转换模块5将所述感光图像阵列4的每个图像(Pixel)单元的图像值进行模数转换采集，得到一整帧图像后送到所述图像处理模块6进行图像处理。

[0026] 在一个优选地实施例中，本实施例的所述方向识别模块用于进行手势感应以实现方向识别。

[0027] 优选地，请参阅图2，所述一种光学检测控制电路还包括LED恒流驱动模块8；所述LED恒流驱动模块8分别与所述电源管理模块1、所述时钟发生器3、所述控制寄存器模块2及LED灯连接端电连接。

[0028] 优选地，所述一种光学检测控制电路还包括接口处理模块9；所述接口处理模块9分别与所述电源管理模块1及所述控制寄存器模块2电连接；所述串行数据端SDA及所述串行时钟端SCK均与所述接口处理模块9电连接。

[0029] 在一个优选地实施例中，本实用新型还能实现近距离感应。当目标物体靠近所述感应图像阵列的感光区时图像的转化数值会发生变化，若没有目标物体靠近时得到图像的数值为P0,当靠近时得到图像值为P1，设置阈值Pth，则当P1‑P0>Pth时，检测到有目标物体靠近，反之，没有。为了得到更细分的结果，本实施例设置不同的阈值Pth0，Pth1，…Pthn，从而获取目标物体靠近的不同程度。

[0030] 在一个优选地实施例中，本发明还能实现环境光检测。一般环境中红外光和可见光能量较大，而紫外光能量较小，因此，只需要将环境中的红外光滤除就可以得出可见光的环境光大小。本实施例将感光阵列分成很多个均匀相等的小区域，其中灰色部分的感光单元镀上红外滤光膜(波长大于800纳米可以通过)，分别统计镀膜与无镀膜区域的图像值取平均得到Px、Py；(Py–Px)即可得到可见光(即环境光)的图像值；图像处理模块6将计算结果存储到控制寄存器模块2；当在应用时得到(Py–Px)，通过查找表值即可得到环境光的大小。

[0031] 优选地，请参阅图3，所述电源管理模块1包括电源管理单元11、模拟LDO单元12及数字LDO单元13；所述模拟LDO单元12及所述数字LDO单元13分别与所述电源管理单元11电连接；所述模拟LDO单元12与所述感光图像阵列4电连接，所述控制寄存器模块2、所述时钟发生器3、所述模数转换模块5、所述图像处理模块6及所述方向识别模块7分别与所述数字LDO单元13电连接。

[0032] 优选地，请参阅图4，所述LED恒流驱动模块8包括第一场效应管Q1、第二场效应管Q2、第三场效应管Q3、恒流源T1及电流配置开关D1；所述恒流源T1的第一端与所述电源管理模块1电连接，所述恒流源T1的第二端分别与所述第一场效应管Q1的漏极、所述第一场效应管Q1的栅极、所述第二场效应管Q2的栅极及所述电流配置开关D1的第一端电连接，所述第一场效应管Q1的源极接地，所述第二场效应管Q2的漏极分别与所述第三场效应管Q3的漏极及所述LED灯连接端电连接，所述第二场效应管的源极接地，所述第三场效应管的栅极与所述电流配置开关D1的第二端电连接，所述第三场效应管Q3的源极接地。可以理解的是，在本实施例中，所述电流配置开关D1用于用来控制电流的大小，以调节外接LED的曝光强度。

[0033] 优选地，请参阅图3，所述模拟LDO单元包括第一放大器L2、第一电阻R1、第一滑动电阻R2及第一电容C0；所述第一放大器L2的同相输入端用于输入基准电压源，所述第一放大器L2的反相输入端分别与所述第一电阻R1的第一端及所述第一滑动电阻R2的第一端电连接，所述第一放大器L2的输出端分别与第一电R1阻的第二端、所述第一电容C0的第一端及模拟电源输出端LDOA电连接，所述第一滑动电阻R2的第二端接地，所述第一电容C的第二端接地。在本实施例中，所述数字LDO单元的电路结构与所述模拟LDO单元的电路结构相同，在此不再赘述。

[0034] 优选地，请参阅图5，本实用新型通过如图5的图像采样电路控制图，对所述感光阵列图像进行图像采样；系统先发起RST信号，对D0节点进行充电，待曝光时间结束时通过打开SMP0进行感光电压采样，采样电压存入C3，通过打开SMP1给ADC进行电压采样，由ADC转换成数字电压值。

[0035] 实施例二

[0036] 本实用新型还公开另一种光学传感器，包括实施例一所述的一种光学检测控制电路。在本实施例中，当光学传感器芯片在一定的时间内没有检测任何操作时，光学传感器芯片进入周期性操作(即睡眠状态)，整个周期分为工作时间和睡眠时间。为了达到即省功耗又不会遗漏任意一次操作，配置相应的工作周期和工作时间。

[0037] 在本实施例中，光学传感器芯片进入睡眠状态，在工作期间光学传感器芯片的工作电流为：1mA；而在睡眠时芯片的待机功耗：2uA。设定芯片的睡眠的周期为50ms；工作时间为：1ms，从而获取平均电流：

[0038] Iavg＝(1mA*1ms+50ms*2uA)/50ms＝22uA；在另一个优选地实施例中，根据应用的需要可以调整睡眠周期和工作时间，从而达到合适的待机功耗，在此不作具体限定。

[0039] 实施例三

[0040] 优选地，请参阅图6，本发明的光学传感器芯片可与外置控制器配合使用，将光学移动、方向识别、近距离感应及环境光检测等功能获取的数据通过信号输出端INT、串行数据端SDA及串行时钟端SCK传输到外置控制器，以应用在不同的场景，功能完善，高度集成，改善用户体验。

[0041] 实施例四

[0042] 优选地，请参阅图7，图7为本发明所述的光学检测控制电路对应的光学传感器芯片应用结构示意图。光学传感器芯片表面覆盖有凸起形状的透光镜头，遮光壳体罩住光学传感器芯片，遮光壳体上设置有导光孔，导光孔位于透光镜头的正上方位置；红外LED位于遮光壳体外部，光学传感器芯片与红外LED电连接，光学传感器芯片控制红外LED发射红外光线，红外LED发射的红外光线遇到目标物体时反射回来的红外光线通过导光孔传入到遮光壳体内部，进一步地，红外光线经过透光镜头聚集到光学传感器芯片，并经过光学传感器芯片内部的感光图像采集与运算处理，从而实现对目标物体的检测，如目标物体的位置距离、运动方向等接近感应状态。通过光学传感器芯片、透光镜头以及遮光壳体的结合，提高了光学传感器的检测灵敏度，降低了外部环境光对光学传感器的干扰。

[0043] 综上所述，本实用新型所提供的一种光学检测控制电路包括电源管理模块1、控制寄存器模块2、时钟发生器3、感光图像阵列4、模数转换模块5、图像处理模块6及方向识别模块7；控制寄存器模块2、时钟发生器3、感光图像阵列4、模数转换模块5、图像处理模块6及方向识别模块7分别与电源管理模块1电连接；感光图像阵列4分别与模数转换模块5及时钟发生器3电连接；时钟发生器3、模数转换模块5、图像处理模块6及方向识别模块7分别与控制寄存器模块2电连接；电源管理模块1与电源输入端VDD及地端GND电连接，控制寄存器模块2分别与串行数据端SDA、串行时钟端SCK及信号输出端INT电连接。所述电源管理模块用于用于给电路可靠供电；所述感光图像阵列用于采集图像信息；所述模数转换模块用于将所述图像信息的模拟信号转换成数字信号；所述图像处理模块用于对所述数字信号进行图像处理；所述控制寄存器模块用于接收图像处理结果实现光学移动检测；所述方向识别模块用于依据所述图像处理结果实现方向识别感应。

[0044] 本实用新型还可以通过采集相邻时间段LED开启时的曝光图像与LED关闭时的非曝光图像差值，实现近距离感应；通过采集不同的感光单元在相邻时间段的感光图像差值，实现环境光检测；此外，所述电源管理模块内置模拟LDO及数字LDO，无需外置电容，减小PAD，节省芯片面积与绑线封装成本；无需外置电容及LDO，减少外围元器件和加工成本；所述LED恒流驱动模块内置恒流，可以配置电流大小，省去外部限流电阻；

[0045] 同时，本实用新型的所述图像处理模块、所述模数转换模块及所述LED恒流驱动模块统一时序管理，显著提高抗干扰能力；光学传感器高度集成，完成图像采集与分析处理、光学移动、近距离感应等功能；简洁两线数据时钟接口，可以通过片外控制芯片读取相应结果。因此，本实用新型集成度高，能集中实现光学移动、方向识别、近距离感应及环境光检测功能，降低外围电路成本。

[0046] 以上对本实用新型所提供的一种光学检测控制电路及光学传感器进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容仅为本实用新型的实施方式，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。不应理解为对本实用新型的限制。