光传感器及其感测方法技术

本发明专利技术公开了一种高感度的光传感器和一种光感测方法，其中，该高感度的光传感器包括一光感测元件、一第一积分器及一三角积分模拟数字转换器。该光感测元件用以在一测量时间感测光而产生一第一电流。该第一积分器耦接该光感测元件，用以接收该第一电流并产生一第一积分信号。该三角积分模拟数字转换器耦接该第一积分器，用以将该第一积分信号转换为一感测值。

【技术实现步骤摘要】
光传感器及其感测方法
本专利技术是有关一种传感器，特别是一种光传感器及其感测方法。
技术介绍
为了根据周遭的光强度变化而改变屏幕的亮度，手机需要一光传感器来感测环境光(ambientlight)。光传感器通常使用一光感测元件来侦测光并转换为光电流(photocurrent)，再根据该光电流的值来判断光的强度。近来，为了提高手机的屏占比(screen-to-bodyratio)，光传感器被设置在有机发光二极管(organiclight-emittingdiode；OLED)面板的背面。由于光穿过OLED面板时，光的强度会减弱，因此在OLED面板背面的光传感器所获得的光电流变得非常小，无法准确的判断光的强度。延长光传感器的曝光(exposure)时间(或称测量时间)可以获得较大的光电流。然而，随着OLED面板的帧率(framerate)越来越高，可以供光传感器进行感测的时间越来越短。在这样的限制下，如何准确的侦测到环境光的强度，成为需要克服的难题。
技术实现思路
本专利技术的目的之一，在于提出一种光传感器及其感测方法。本专利技术的目的之一，在于提出一种具有较佳信号噪声比的光传感器。根据本专利技术，一种高感度的光传感器包括一光感测元件、一第一积分器及一三角积分模拟数字转换器。该光感测元件用以在一测量时间感测光而产生一第一电流。该第一积分器耦接该光感测元件，用以接收该第一电流并产生一第一积分信号。该三角积分模拟数字转换器耦接该第一积分器，用以将该第一积分信号转换为一感测值。根据本专利技术，一种光感测方法包括下列步骤：在一测量时间感测光以产生一第一电流；对该第一电流进行积分以产生一第一积分信号；以及通过一三角积分模拟数字转换器将该第一积分信号转换为一感测值。本专利技术的光传感器及其感测方法可以在短暂的测量时间(例如1ms)准确的判断光强度。此外，三角积分模拟数字转换器能够降低第一积分信号中的噪声，使得本专利技术的光传感器具有较佳信号噪声比。附图说明图1显示本专利技术光传感器的实施例。图2显示图1中光感测元件及第一积分器的实施例。图3显示图1中三角积分模拟数字转换器的实施例。图4显示图3中第二积分信号V2的波形。附图标记说明：10-光传感器；12-光感测元件；122-光二极管；14-第一积分器；142-运算放大器；16-三角积分模拟数字转换器；162-第二积分器；1622-运算放大器；164-量化器；1642-比较器；1644-正反器；1646-计数器；166-重置电路；18-第二积分信号V2的波形。具体实施方式图1显示本专利技术光传感器的实施例。图1的光传感器10包括一光感测元件12、一第一积分器14及一三角积分模拟数字转换器(sigma-deltaanalog-to-digitalconverter；ΣΔADC)16。光感测元件12用于在一测量时间(或称曝光时间)T感测环境光，以产生一第一电流Iph。第一积分器14耦接光感测元件12，用于对光感测元件12产生的第一电流Iph进行积分以产生一第一积分信号V1。三角积分模拟数字转换器16耦接第一积分器14，用以将第一积分器14提供的第一积分信号V1转换成一数字的感测值So。光传感器10可以是设置在可携式电子装置中，例如手机或平板计算机。连接光传感器10的电路可根据感测值So来判断光强度的大小进而执行某些操作，例如调整屏幕的亮度。图2显示图1中光感测元件12及第一积分器14的实施例。在图2中，光感测元件12为一光二极管(photodiode)，但本专利技术并不限于此。光二极管接收光线L1而产生电流Iph。图2的第一积分器14为一电容转导放大器(capacitivetrans-impedanceamplifier；CTIA)，其包括一运算放大器142、一电容C1及一开关SW1。运算放大器142具有一非反相输入端(non-invertinginput)、一反相输入端(invertinginput)及一输出端，其中该非反相输入端接地，该反相输入端连接光感测元件12。电容C1连接在运算放大器142的反相输入端及输出端之间。电容C1与运算放大器142的组合在测量时间T对第一电流Iph进行积分以产生第一积分信号开关SW1连接在运算放大器142的输出端及三角积分模拟数字转换器16之间。在光传感器10感测环境光的测量时间T的期间，开关SW1被导通(turnon)以使第一积分器14提供第一积分信号V1给三角积分模拟数字转换器16。在测量时间T结束时，开关SW1被关闭(turnoff)。在图2的实施例中，开关SW1是设置在第一积分器14中，但本专利技术并不限此，开关SW1也可以设置在第一积分器14以外的位置。例如开关SW1可以设置在光感测元件12的输出端及第一积分器14之间、在第一积分器14与三角积分模拟数字转换器16之间或者在三角积分模拟数字转换器16中。图3显示图1中三角积分模拟数字转换器16的实施例，其是以一阶的三角积分模拟数字转换器为例来说明，但本专利技术并不限于此。图3的三角积分模拟数字转换器16包括一第二积分器162、一量化器164及一重置电路166。第二积分器162耦接第一积分器14，并对第一积分信号V1进行积分以产生一第二积分信号V2。第二积分器162包括电阻R1、电容C2及运算放大器1622。电阻R1连接在第一积分器14及运算放大器1622的反相输入端之间，用以将第一积分信号V1转换为电流I1。电容C2连接在运算放大器1622的反相输入端及输出端之间，而运算放大器1622的非反相输入端接地。电容C2及运算放大器1622的组合在测量时间T对电流I1进行积分以产生第二积分信号在测量时间T为1ms的情况下，适当的选择电容C1、电阻R1及电容C2，可以使第二积分信号V2为第一电流Iph的五百倍以上。因此，即使在第一电流Iph非常小且测量时间T很短暂的情况下，本专利技术仍可通过第一电流Iph准确的判断环境光的强度，进而产生感测值So。重置电路166耦接第二积分器162及量化器164。重置电路166用于重置第二积分器162以使第二积分信号V2归零。在重置之后，第二积分器162重新对第一积分信号V1进行积分以再次产生第二积分信号V2。重置电路166包括一电阻R2及一开关SW2。电阻R2与开关SW2串联在接地端及运算放大器1622的反相输入端之间。开关SW2是由一重置信号Sr控制导通或关闭。当开关SW2导通时，运算放大器1622的反相输入端接地，使得第二积分信号V2下降至零。量化器164耦接第二积分器162与重置电路166。量化器164是用以在第二积分信号V2大于一预设值VT时，使重置电路166重置第二积分器162，以及计数该第二积分信号V2在测量时间T内大于预设值VT的次数以产生该感测值So。在图3的实施例中，量化器164包括一比较器1642、一正反器1644及一计数器1646，但本专利技术不限于此。比较器1642耦接第二积分器162，用以比较第二积分信号V2及一预设值VT以产生一比较信号S本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高感度的光传感器，其特征在于，包括：/n一光感测元件，用以在一测量时间感测光而产生一第一电流；/n一第一积分器，耦接该光感测元件，接收该第一电流并产生一第一积分信号；以及/n一三角积分模拟数字转换器，耦接该第一积分器，用以将该第一积分信号转换为一感测值。/n

【技术特征摘要】
20200720 TW 109124383;20191203 US 62/942,7491.一种高感度的光传感器，其特征在于，包括：
一光感测元件，用以在一测量时间感测光而产生一第一电流；
一第一积分器，耦接该光感测元件，接收该第一电流并产生一第一积分信号；以及
一三角积分模拟数字转换器，耦接该第一积分器，用以将该第一积分信号转换为一感测值。


2.如权利要求1的光传感器，其特征在于，该光感测元件包括一光二极管。


3.如权利要求1的光传感器，其特征在于，该第一积分器包括电容转导放大器。


4.如权利要求1的光传感器，其特征在于，该三角积分模拟数字转换器包括：
一第二积分器，耦接该第一积分器，根据该第一积分信号产生一第二积分信号；
一重置电路，耦接该第二积分器，用于重置该第二积分器；以及
一量化器，耦接该第二积分器与该重置电路，该量化器在该第二积分信号大于一预设值时使该重置电路重置该第二积分器，以及计数该第二积分信号在该测量时间内大于该预设值的次数以产生该感测值。


5.如权利要求4的光传感器，其特征在于，该量化器包括：
一比较器，耦接该第二积分器，用以比较该第二积分信号及该预设值以产生一比较信号；
一正反器，耦...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴高彬，
申请(专利权)人：义明科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71