光源传感器整合的演进

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简介:采用光电二极管及光电晶体管的光源感测技术约发明于20世纪50年代。随着首个光传感器的出现,此类组件也逐渐在商业及工业应用领域中拥有一席之地,但受限于尺寸、成本及整体效能,因此无法进一步普及。不过,这样的情况在过去十年已有所改变,光源传感器的效能、整合度及成本皆出现长足进展,也进一步被使用于大量生产的消费类应用中。

采用光电二极管及光电晶体管的光源感测技术约发明于20世纪50年代。随着首个光传感器的出现,此类组件也逐渐在商业及工业应用领域中拥有一席之地,但受限于尺寸、成本及整体效能,因此无法进一步普及。不过,这样的情况在过去十年已有所改变,光源传感器的效能、整合度及成本皆出现长足进展,也进一步被使用于大量生产的消费类应用中。在世纪之交前,光源感测技术主要是由简单的光电二极管及光电晶体管所组成。包括ams在内的产业先驱者研发完成许多突破性的产品,让这些简单组件的效能得以大幅提升。放大器及转换电路的整合造就了光转电压(light-to-voltage)及光转频率(light-to-frequency)组件。这些进展改善了速度及灵敏度等关键特性。这些特性的改善开启了全新的应用领域,包括消费类及商业用打印机。这些组件很快就被采用并纳入色彩滤光片,如此就能分别进行红色、绿色及蓝色感测。光源传感器整合的演进图1 光源传感器整合的演进智能型光电传感器智能光电传感器的出现,积分型模拟数字转换器 (A/D)、中断器(interrupt),以及SMBus和I2C等数字接口的整合,使其功能更为强大。中断功能和数字接口能使这些组件更简单地使用于采用微控制器和处理器的系统中。它也支持更精密的光源感测数据处理及应用。此外,这些组件也非常擅于光视觉感测,这是硅光电二极管模仿人类眼睛感光的一种光源感测方式。要开发出光视觉光源传感器(photopic light sensor),一种能在商业化装置中仿真人类眼睛来感测光源的技术是不容易的,此技术也已成为许多创新专利及设计技术的主题。其中最重大的挑战在于,一般的硅光源传感器能感测到波长为300~1100nm的光源,然而人类眼睛仅对波长为390~700nm的光源敏感。光源传感器整合的演进图2 可见光频谱研发团队专注于光视觉光源传感器能为采用显示器的产品所带来的庞大好处及价值。这些传感器能让显示器亮度根据环境照明进行自动调整,如此一来就能节省耗电、延长电池寿命,且能改善使用者的观看感受。若要制造光视觉传感器,必需透过封装中或芯片上(on-chip)过滤来去除紫外线(UV)及红外线(IR)光源。另一种方法,是从亮度(lux)计算结果中减掉紫外线及红外线光源的成分。藉由在封装中或芯片上增加一个光视觉滤波及/或紫外线和红外线阻隔滤波器,我们就能制造出一个光视觉光源传感器。然而,这些解决方案可能不符合大量制造的成本效益。多功能光电传感器智能型光电传感器已进化为多功能组件,多出了可测量红、绿及蓝色的能力。色彩感测功能让反射或透射色彩、光的色温及基本环境光量测都成为可行。这能用在许多的应用中,包括打印、气体/流体分析、固态和一般照明、医疗保健产品及消费性电子产品等。移动电话的成长,以及对于更佳的使用者体验的需求,驱使触控屏幕智能型手机采用环境光感测技术的比例越来越高。此外,触控手机需具备接近侦测功能,用来在通话期间停用触控屏幕及显示器背光。多功能光电传感器现在还集成由红外线传感器及红外线LED驱动电路所构成的接近侦测功能。接近侦测解决方案需具有一个红外线LED,构成完成的接近侦测解决方案。红外线接近侦测是很理想的解决方案,因为所选择的红外光波长 (通常是850nm左右)可以轻易通过暗色玻璃及不透明材料,但却无法被人眼看见。传感器及红外线LED的布线及摆放位置可以很容易地适应特定的设计目标、手机机构设计及玻璃特性。

在某些情况中,红外线传感器会被用来测量环境光的IR部分,然后在亮度(lux)计算中减掉这个部分,如此就能得到更精确的光度量测结果。随着时间推移,多功能光电传感器变得越来越智能,通过集成更先进的感测元件、错误补偿电路,以及封装中和芯片上滤光功能。这些能力的整合可进一步提升光电及色彩传感器的精确度。

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