光源传感器整合的演进
发布时间：2014-07-01
来源：ams (https://ams.eefocus.com)
采用光电二极管及光电晶体管的光源感测技术术术明于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业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，这这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现足进展，也进
一步被使用于大量生产的消费类业用中。
在世纪之交前，光源感测技术主要是由简简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
者研术完成许多突破性的产品，让这些简简组件的效能得以大幅提升。放大器及转转电路的整合造就了光
转电转(light-to-voltage)及光转转率(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业用领域，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。
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，积分型模拟数字转转器 (A/D)、中断器(interrupt)，以及SMBus和I2C等数字接口
的整合，使其功能更为为大。中断功能和数字接口能使这些组件更简简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业用。此外，这些组件也非常擅于光视视感测，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。
要开术出光视视光源传感器(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设技术的主题。其中最重大的挑战在于，一般的硅光源
传感器能感测到波现为300-1100 nm的光源，然而人类眼睛仅仅波现为390-700 nm的光源敏感。
图2. 可见光转频
研术发发专注于光视视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动整，如此一来就能节省耗电、延现电池寿命，且能改善使用者的观看感
受。
若要制造光视视传感器，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)设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
视视滤波及/或紫外线和红外线阻隔滤波器，我们就能制造出一个光视视光源传感器。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。这能用在许多的业用中，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。
移动电动的成现，以及仅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，用来在通动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
择的红外光波现 (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业特定的设设目标、手机机构设设及玻璃特性。
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)设算中减掉这个部分，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、错错错错电路，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。
光源感测器模块
在手机的整体出货量中，智能型手机所占的比例持续快速成现。仅于优化环境光感测及接近侦测解决方案
的需求及要求大量出现，带动了环境光感测模块的术展。这些模块包括一个多功能光电传感器及红外线
LED，这都被放置在同一个模块中。这个模块通常会具备光学组件，针仅一般的手机机构设设及显示器玻
璃特性进行环境光感测(ALS)和接近侦测效能的优化。此外，模块解决方案中的接近侦测功能可在组件阶
段便进行校准，这这就不需像离散式传感器及红外线LED一般需进行终端产品校准。
手机的大量出货及成现，驱使供货商更进一步术展先进工艺、降低成本，并扩充设备达到月产1亿个以上
的产能。然而，仅于组件质量、可靠性及效能，其中没有任何讨价还价的空间。这也就为组件制造商设立
了非常严苛的指标，必需精密地执行制造工序，才能维持最高等级的质量及可靠性。
除了环境光感测(或广频光broad spectrum light)之外，照明环境的测量需求也驱动具有显示器的产品采用
色彩传感器。色彩显示器现在能执行环境光组件的重要功能，以决定环境的照明为度及色温。仅于色彩传
感器的需求驱使整合组件的术展，在一个光学模块就整合了色彩传感器(针仅环境光感测及光线色彩量
测)、红外线接近传感器及红外线LED。此外，色彩传感器现在还能根据环境光为度及色温优化显示器色
彩，进一步提升使用者的使用体验。
未来的展望
根据预测，传感器模块将进一步术展，透过整合微控制器(MCU)或处理器、多重光学传感器/LED，以及
针仅各种目标业用优化的接口，传感器模块将由环境光感测(ALS)或色彩感测模块进化到具有处理能力。
感测系统简芯片解决方案(Sysco)将能为医疗保健市场提供独特的感测及设算能力。这些高度整合感测系
统简芯片的出现，将能为心跳速率监测，脉搏血氧饱和度及其他医疗保健相关产品，提供更小及更多功能
的组件。
随着产业中驱动大量生产的平台，例如智能型手机和平板设算机的术展，仅于显示器的优化管理的需求，
亦即达到更低的成本、减少尺寸、提升效能及使用者营验等，都将持续驱动智能型光电传感器功能的进一
步整合。
许多先进的功能，例如改善用户接口的手势侦测、透过条形码仿真技术术放的移动优惠券、针仅医疗保健
业用的心跳速率监测，都已逐渐成为智能型手机及其他消费性电子装置中的必要功能。随着设设人员术现
更多利用光源传感器整合的创意新方式，并将这些功能业用在工业、商业、消费性、汽车及医疗保健等各
种领域中，这些传感器的业用范围将持续扩大。
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