KR20130122212A - Ambient light sensor with wide measurement range - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 넓은 광량 측정 범위를 가지는 조도 센서에 관한 것이다.
The present invention relates to an illuminance sensor having a wide light quantity measurement range.
텔레비전, 이동통신 단말기 등의 디지털 장치는 디스플레이의 전력 소모를 최적화하고 가독성을 높이기 위해 주변 광량을 검출하여 디스플레이 밝기를 조절하는 기능을 구비하고 있다. 즉, 주변의 빛의 세기와 양을 감지하여 화면의 밝기를 조절하는 데이터로 사용하기 위해 많은 디지털 장치가 조도 센서(ambient light sensor)를 구비하고 있다.Digital devices, such as televisions and mobile communication terminals, have a function of adjusting the brightness of the display by detecting the amount of ambient light in order to optimize power consumption of the display and increase readability. That is, many digital devices are equipped with an ambient light sensor in order to sense the intensity and amount of light in the vicinity and to use the data to adjust the brightness of the screen.
도 1은 종래기술에 따른 조도 센서의 회로도를 간략히 나타낸 도면이다.1 is a view schematically showing a circuit diagram of an illuminance sensor according to the prior art.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래기술에 따른 조도 센서는 광 검출 소자(photo diode), 증폭부(AMP), 아날로그 디지털 변환부(ADC) 등을 포함하여 구성된다. 조도 센서에 포함된 각 구성 요소의 기능 및 동작은 당업자에게 자명한 사항이므로 이에 대한 설명은 생략한다.As shown in FIG. 1, the illumination sensor according to the related art includes a photo diode, an amplifier AMP, an analog-to-digital converter ADC, and the like. The function and operation of each component included in the illuminance sensor are obvious to those skilled in the art, and thus description thereof will be omitted.
전술한 목적을 위해 디지털 장치에 구비되는 조도 센서는 어두운 곳(저조도 환경)에서도 정밀한 광량 측정이 요구된다. 그리고, 포토 다이오드 등의 광 검출 소자를 사용하여 저조도 환경에서 광량을 측정하기 위해서는 광 검출 소자의 암 전류(Dark Current) 및 온도에 따른 전류의 변화가 빛에 의한 전류의 변화보다 크기 때문에 이를 보상해줄 필요도 있다. The illuminance sensor provided in the digital apparatus for the above-mentioned purposes requires precise light quantity measurement even in a dark place (low light environment). In addition, in order to measure the amount of light in a low light environment using a photodetector such as a photodiode, a change in dark current and temperature according to a temperature of the photodetector is larger than a change in current due to light. There is a need.
이러한 필요성에서, 종래 기술에 따른 조도 센서는 빛을 주파수로 변환하거나, 빛을 전압으로 변환한 후 아날로그 디지털 변환을 통해서 광량을 측정하는 방법을 사용하고 있었다.In this necessity, the illuminance sensor according to the related art uses a method of measuring light amount through converting light into frequency or converting light into voltage and then converting light into analog and digital.
그러나, 이러한 방법에 의해서는 온도에 따른 보상이 어려워 빛에 대한 다이내믹 레인지(Dynamic range)가 100,000:1로 제한되는 문제점이 있었다.
However, this method has a problem that the dynamic range for light is limited to 100,000: 1 because it is difficult to compensate for the temperature.
본 발명은 극 저조도 환경에서도 정밀한 광량 측정이 가능하여 측정 범위 극대화가 가능한 넓은 광량 측정 범위를 가지는 조도 센서를 제공하기 위한 것이다.The present invention is to provide an illuminance sensor having a wide light quantity measuring range capable of maximizing a measuring range by enabling precise light quantity measurement even in an extremely low light environment.
본 발명은 간단한 설계 기법을 사용하여 저전력이며 제작 비용이 저렴한 넓은 광량 측정 범위를 가지는 조도 센서를 제공하기 위한 것이다.The present invention aims to provide an illuminance sensor having a wide light measuring range with low power and low manufacturing cost using a simple design technique.
본 발명의 이외의 목적들은 하기의 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
Other objects of the present invention will become readily apparent from the following description.
본 발명의 일 측면에 따르면, 조도 센서에 있어서, 빛에 노출된 광 검출 소자에 흐르는 전류에 상응하는 제1 전기 펄스 신호를 생성하여 출력하는 제1 조도 센싱 유닛; 빛이 차단된 광 검출 소자에 흐르는 전류에 상응하는 제2 전기 펄스 신호를 생성하여 출력하는 제2 조도 센싱 유닛; 및 빛에 의한 펄스 열만의 추출을 위해 상기 제1 전기 펄스 신호의 펄스 열에서 상기 제2 전기 펄스 신호의 펄스 열을 차감한 차감 전기 펄스 신호를 출력하는 펄스 차감부를 포함하는 조도 센서가 제공된다.According to an aspect of the present invention, an illuminance sensor, comprising: a first illuminance sensing unit for generating and outputting a first electric pulse signal corresponding to a current flowing in a light detecting element exposed to light; A second illuminance sensing unit configured to generate and output a second electric pulse signal corresponding to a current flowing in the light detecting element from which light is blocked; And a pulse subtraction unit configured to output a subtractive electric pulse signal obtained by subtracting the pulse train of the second electric pulse signal from the pulse train of the first electric pulse signal to extract only the pulse train by light.
또한, 상기 조도 센서는 제1 투과 특성을 가지는 광 검출 소자에 흐르는 전류에 상응하는 제1 전기 펄스 신호를 생성하여 출력하는 제1 조도 센싱 유닛; 제2 투과 특성을 가지는 광 검출 소자에 흐르는 전류에 상응하는 제2 전기 펄스 신호를 생성하여 출력하는 제2 조도 센싱 유닛; 및 빛에 의한 펄스 열만의 추출을 위해 상기 제1 전기 펄스 신호의 펄스 열에서 상기 제2 전기 펄스 신호의 펄스 열을 차감한 차감 전기 펄스 신호를 출력하는 펄스 차감부를 포함하여 구성될 수도 있다.The illuminance sensor may further include: a first illuminance sensing unit configured to generate and output a first electric pulse signal corresponding to a current flowing through the photodetecting device having a first transmission characteristic; A second illuminance sensing unit configured to generate and output a second electric pulse signal corresponding to a current flowing through the photodetecting device having a second transmission characteristic; And a pulse subtraction unit configured to output a subtraction electric pulse signal obtained by subtracting a pulse train of the second electric pulse signal from the pulse train of the first electric pulse signal to extract only the pulse train by light.
상기 제1 투과 특성 및 상기 제2 투과 특성 각각은 컬러 필터의 적용 여부 및 적용된 컬러 필터의 특성에 의해 결정될 수 있다.Each of the first transmission characteristics and the second transmission characteristics may be determined by whether a color filter is applied and the characteristics of the applied color filter.
상기 제1 및 제2 조도 센싱 유닛 각각은, 광 검출 소자, 상기 광 검출 소자에 연결되는 증폭기, 상기 증폭기의 입출력 양단에 연결되는 피드백 커패시터 및 상기 증폭기의 출력단에 연결되는 비교기를 포함하여 구성될 수 있다.Each of the first and second illuminance sensing units may include a photo detector, an amplifier connected to the photo detector, a feedback capacitor connected to both input and output terminals of the amplifier, and a comparator connected to an output terminal of the amplifier. have.
상기 제1 및 상기 제2 전기 펄스 신호는, 상응하는 광 검출 소자에 흐르는 전류로 인해 전하가 축적된 상기 피드백 커패시터 양단의 전압과 일치하는 상기 증폭기의 출력 전압이 상기 비교기의 기준 전압인 미리 지정된 제2 기준값(V_hi)보다 커지면 상기 증폭기의 출력 전압을 미리 지정된 제1 기준값(V_lo)으로 리셋(reset)시키기 위한 신호일 수 있다.The first and second electric pulse signals are a predetermined first voltage whose output voltage of the amplifier coincides with the voltage across the feedback capacitor where charge is accumulated due to the current flowing in the corresponding photodetecting element. If greater than two reference values V_hi, the output voltage of the amplifier may be a signal for resetting to a first predetermined reference value V_lo.
상기 리셋의 반복 주기는 광 검출 소자가 노출된 빛의 양의 비례할 수 있다.The repetition period of the reset may be proportional to the amount of light to which the photodetecting device is exposed.
상기 펄스 차감부는, 상기 제1 전기 펄스 신호에서 상기 제2 전기 펄스 신호가 차감되도록 하기 위해, 상기 제2 전기 펄스 신호의 펄스 폭을 조절하기 위한 펄스 폭 조절부(Pulse width controller) 및 RS 플립플롭(RS Flip-flop)을 포함할 수 있다.The pulse subtractor may include a pulse width controller and an RS flip-flop for adjusting a pulse width of the second electric pulse signal to subtract the second electric pulse signal from the first electric pulse signal. (RS Flip-flop).
상기 조도 센서는, 상기 차감 펄스 신호를 클럭으로 사용하고, 미리 지정된 카운팅 시간(counting time) 동안 동작되어 빛의 양에 상응하는 카운터값을 산출하는 카운터부를 더 포함할 수도 있다.The illumination sensor may further include a counter that uses the subtraction pulse signal as a clock and operates for a predetermined counting time to calculate a counter value corresponding to the amount of light.
상기 카운터값은 I2C 인터페이스를 이용하여 수신 수단으로 제공될 수 있다.
The counter value may be provided to the receiving means using the I2C interface.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
Other aspects, features, and advantages will become apparent from the following drawings, claims, and detailed description of the invention.
본 발명의 실시예에 따르면, 극 저조도 환경에서도 정밀한 광량 측정이 가능하여 측정 범위 극대화가 가능한 효과가 있다.According to the embodiment of the present invention, even in an extremely low light environment, it is possible to precisely measure the amount of light, thereby maximizing the measurement range.
또한 간단한 설계 기법을 사용하여 저전력이며 제작 비용이 저렴한 효과도 있다.
Simple design techniques also allow for low power and low manufacturing costs.
도 1은 종래기술에 따른 조도 센서의 회로도를 간략히 나타낸 도면.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 조도 센서의 구성과 파형을 각각 간략히 나타낸 도면.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 다른 펄스 생성부의 구성과 파형을 각각 간략히 나타낸 도면.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 다른 펄스 차감부의 구성과 파형을 간략히 나타낸 도면.1 is a simplified view showing a circuit diagram of an illuminance sensor according to the prior art.
2A and 2B are views schematically showing the configuration and waveforms of the illuminance sensor according to an embodiment of the present invention, respectively.
3A and 3B are views schematically showing the configuration and waveforms of the pulse generator according to one embodiment of the present invention, respectively.
4A and 4B are views schematically showing the configuration and waveforms of a pulse subtraction unit according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. It is to be understood, however, that the invention is not to be limited to the specific embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. When a component is referred to as being "connected" or "connected" to another component, it may be directly connected to or connected to that other component, but it may be understood that other components may be present in between. Should be. On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this specification, the terms "comprises" or "having" and the like refer to the presence of stated features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.
또한, 명세서에 기재된 "…부", "…유닛", "…모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.Also, the terms " part, "" unit," " module, "and the like, which are described in the specification, refer to a unit for processing at least one function or operation and may be implemented by hardware or software or a combination of hardware and software .
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일하거나 관련된 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Reference will now be made in detail to the preferred embodiments of the present invention, examples of which are illustrated in the accompanying drawings, wherein like reference numerals refer to the like elements throughout. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 조도 센서의 구성과 파형을 각각 간략히 나타낸 도면이고, 도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 다른 펄스 생성부의 구성과 파형을 각각 간략히 나타낸 도면이며, 도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 다른 펄스 차감부의 구성과 파형을 간략히 나타낸 도면이다.2A and 2B are views schematically showing the configuration and waveforms of the illuminance sensor according to an embodiment of the present invention, respectively, and FIGS. 3A and 3B are views schematically showing the configuration and waveforms of another pulse generator in accordance with one embodiment of the present invention. 4A and 4B are views schematically showing the configuration and waveforms of the pulse subtraction unit according to an embodiment of the present invention.
도 2a를 참조하면, 조도 센서(ambient light sensor)(200)는 제1 조도 센싱 유닛(210a), 제2 조도 센싱 유닛(210b), 펄스 차감부(220), 카운터부(230)을 포함한다. 제1 및 제2 조도 센싱 유닛(210a, 210b)는 각각 광 검출 소자(photo diode), 광 검출 소자에 연결되는 증폭부(AMP), 증폭부의 입출력단에 각각 연결되는 피드백(feedback) 커패시터 및 전류 주파수 변환 유닛(250a 또는 250b)을 포함한다. 조도 센서(200)는 해당 조도 센서(200)가 구비된 디지털 장치의 제어장치와 통신하기 위한 통신 모듈이 더 포함될 수 있으며, 통신 방식은 예를 들어 I2C(Inter-Integrated Circuit) 방식 등일 수 있다.Referring to FIG. 2A, an ambient light sensor 200 includes a first illuminance sensing unit 210a, a second illuminance sensing unit 210b, a
도시된 바와 같이, 조도 센서(200)는 각각 동일한 크기의 두 개의 광 검출 소자(포토 다이오드)와 감지회로 구조를 이용하되, 하나의 광 검출 소자만 빛에 노출시키고 다른 하나의 광 검출 소자는 빛이 차단되도록 구성된다. As shown, the illuminance sensor 200 uses two photodetection elements (photodiodes) and a sensing circuit structure of the same size, respectively, and exposes only one photodetection element to light and the other photodetection element is light. It is configured to be blocked.
그리고, 펄스 차감부(220)는 빛에 노출된 광 검출 소자에 연결되는 감지회로 구조의 결과값과 빛이 차단된 광 검출 소자에 연결되는 감지회로 구조의 결과값의 차이에 해당하는 값(즉, 두 개의 광 검출 소자간의 차이인 빛의 양만에 해당하는 값)을 출력을 내보낸다. The
이 경우, 빛이 차단된(즉, 빛을 받지 않는) 광 검출 소자는 온도 및 암 전류(dark current) 등의 기생적인 변화를 감지하여 빛에 노출된 광 검출 소자(이하, 수광 포토 다이오드라 칭해질 수 있음)의 기생적인 변화를 보상하는 역할을 한다. In this case, the light detecting element that blocks the light (ie, does not receive light) detects parasitic changes such as temperature and dark current to expose the light detecting element (hereinafter referred to as a light receiving photodiode). To compensate for parasitic changes.
특히 저조도 환경(광량이 적은 경우)에서는 수광 포토 다이오드에 흐르는 전류의 변화가 온도 및 증폭기(AMP)의 오프셋 전압 등에 의한 전류 변화보다 높을 수 있다. In particular, in a low light environment (when the amount of light is small), a change in current flowing through the light receiving photodiode may be higher than a change in current due to temperature and offset voltage of the amplifier AMP.
따라서 본 실시예에서는 도시된 두 개의 광 검출 소자로부터의 출력을 각각 펄스 열로 변환하되, 수광 포토 다이오드에 의한 펄스 열에서 수광하지 않는 포토 다이오드에 의한 펄스의 개수를 차감함으로써 빛의 차이만을 검출해 내는 방법을 채용하여 광량이 극히 적은 저조도 환경에서도 빛을 양을 정확히 측정 할 수 있도록 하는 방안을 제시한다.Therefore, in the present exemplary embodiment, the outputs of the two photodetectors shown in FIG. 1 are converted into pulse trains, respectively, and only the difference in light is detected by subtracting the number of pulses by the non-receiving photodiodes from the pulse trains of the light receiving photodiodes. By adopting the method, we propose a method to accurately measure the amount of light even in a low-light environment where the amount of light is extremely low.
이를 간단히 설명하면, 광 검출 소자인 포토 다이오드는 빛에 노출되면 다이오드 역방향으로 빛의 양에 비례하여 전류가 흐른다. 그러나 같은 포토 다이오드에 역방향 전압을 걸면 빛이 없어도 암 전류(Dark current)가 흐르며, 또한 온도의 증가에 의해서도 흐르는 전류가 증가한다. In brief, a photodiode, which is a photodetecting element, flows in proportion to the amount of light in the reverse direction of the diode when exposed to light. However, when the reverse voltage is applied to the same photodiode, dark current flows even without light, and the current flowing also increases due to an increase in temperature.
도 2a의 제1 조도 센싱 유닛(210a)에 포함되고 빛에 노출된 광 검출 소자인 PD_1에 상응하는 전류는 빛에 의한 전류, 다이오드 바이어스 전압에 의한 전류 및 온도 증가에 따른 전류를 모두 포함하고 있다. 이에 비해, 제2 조도 센싱 유닛(210b)에 포함되고 빛이 차단된 광 검출 소자인 PD_2에 상응하는 전류는 바이어스 전압에 의한 전류와 온도 증가에 따른 전류만이 포함된다. The current corresponding to PD_1, which is included in the first illuminance sensing unit 210a of FIG. 2A and exposed to light, includes a current caused by light, a current caused by a diode bias voltage, and a current according to an increase in temperature. . On the other hand, the current corresponding to PD_2, which is a light detection element in the second illuminance sensing unit 210b and the light is blocked, includes only the current caused by the bias voltage and the temperature increase.
각 광 검출 소자에 따른 전류들은 제1 또는 제2 전류 주파수 변환 유닛(250a 또는 250b)에 의해 각 전류에 비례하는 주파수를 가지는 전기 펄스 신호들(즉 sw1, sw2)로 변환되고, 펄스 차감부(220)가 제1 전기 펄스 신호(sw1)의 펄스 열에서 제2 전기 펄스 신호(sw2)의 펄스 열을 차감하여 출력한다. 이때, 출력된 결과 펄스의 주파수는 온도와 바이어스 전압에 관계없이 순수하게 빛에 의한 전류 량에 비례한다. The currents according to the respective photodetecting elements are converted into electric pulse signals (i.e. sw1, sw2) having a frequency proportional to each current by the first or second current frequency conversion unit 250a or 250b, and the pulse subtraction unit ( 220 subtracts and outputs the pulse train of the second electric pulse signal sw2 from the pulse train of the first electric pulse signal sw1. At this time, the frequency of the output pulse is purely proportional to the amount of current by light regardless of temperature and bias voltage.
이 펄스 신호(즉, 결과 펄스)를 카운터부(230)의 클럭(clock)으로 사용하고 미리 설정된 시간 동안 카운터부(230)를 동작시킨 후 정지시키면 이때의 카운터 값은 빛의 양에 비례하는 디지털 값이 된다. If the pulse signal (that is, the resultant pulse) is used as a clock of the counter unit 230 and the counter unit 230 is operated for a predetermined time and then stopped, the counter value at this time is digitally proportional to the amount of light. Value.
카운터부(230)는 예를 들어 20비트 카운터일 수 있으며, 카운터 값은 예를 들어 I2C 인터페이스를 통해 외부로 전달될 수 있다. The counter unit 230 may be, for example, a 20-bit counter, and the counter value may be transmitted to the outside through, for example, an I2C interface.
이하, 관련 도면을 참조하여 본 실시예에 따른 조도 센서의 동작을 설명한다.Hereinafter, the operation of the illuminance sensor according to the present embodiment will be described with reference to related drawings.
도 2a를 참조하면, 조도 센서(200)는 빛에 노출되어 빛과 온도(또는/및 다이오드 인가 전압)에 의해 발생된 제1 광 검출 소자(PD_1) 전류에 비례하는 주파수의 제1 전기 펄스 신호(sw1)를 발생시키는 제1 전류 주파수 변환 유닛(210a)과, 빛이 차단되어 온도(또는/및 다이오드 인가 전압)에 의해서만 발생된 제2 광 검출 소자(PD_2) 전류에 비례하는 주파수의 제2 전기 펄스 신호(sw2)를 발생시키는 제2 전류 주파수 변환 유닛(210b)을 포함한다. Referring to FIG. 2A, the illuminance sensor 200 is exposed to light and has a first electric pulse signal at a frequency proportional to the current of the first photodetecting device PD_1 generated by light and temperature (or / or diode applied voltage). a first current frequency conversion unit 210a for generating sw1 and a second at a frequency proportional to the current of the second photodetecting device PD_2 generated by only the temperature (or / and diode applied voltage) due to light being cut off. And a second current frequency converting unit 210b for generating the electrical pulse signal sw2.
제1 및 제2 전류 주파수 변환 유닛(210a, 210b)은 각각 비교기(Comp)와 펄스 생성부(260a 또는 260b)를 포함할 수 있다.The first and second current frequency conversion units 210a and 210b may include a comparator Comp and a
제1 및 제2 펄스 생성부(260a, 260b)는 도 3a에 도시된 바와 같이 입력 신호(A0, 즉 도 2a에 도시된 증폭기(AMP)의 출력값인 N1 또는 N2이며, 도 2b, 도 3b의 파형 참조)가 로우(Low)에서 하이(High)로 전환되는 것을 감지하여 일정한 펄스 폭을 가지는 신호를 생성한다. 제1 및 제2 펄스 생성부(260a, 260b)에서 생성되는 신호는 입력 신호가 로우(즉, 제1 기준값(V_lo))에서 하이로 전환하기 시작하는 시점부터 입력 신호가 미리 지정된 제2 기준값(V_hi, 즉 비교기의 기준 전압)에 도달하는 시점까지 로우(low) 상태인 펄스 폭을 가지는 신호일 수 있다. The first and
도 3b에는 제1 및 제2 전류 주파수 변환 유닛(210a, 210b)에 포함된 각 구성 요소의 입출력 위치(즉, A0, B0, B1, B2, B3, OUT)에서의 신호 파형이 도시되어 있다.3B shows signal waveforms at input / output positions (ie, A0, B0, B1, B2, B3, and OUT) of each component included in the first and second current frequency conversion units 210a and 210b.
제1 및 제2 조도 센싱 유닛(210a, 210b)의 동작(즉, 전류에 비례하는 주파수 펄스를 생성하는 동작)을 간략히 설명하면, 제1 조도 센싱 유닛(210a)에 포함된 제1 광 검출 소자(PD_1)에 일정한 빛이 쪼이면 빛의 양에 비례하여 일정한 전류(ILight)가 흐르게 되고, 이 전류에 의해 증폭기(AMP)의 양단에 연결된 피드백 커패시터에 전하가 축적되어 시간에 따라 일정한 비율로 전압이 증가한다.The operation of the first and second illuminance sensing units 210a and 210b (that is, the operation of generating a frequency pulse proportional to the current) will be briefly described. When a constant light hits the PD_1, a constant current (I Light ) flows in proportion to the amount of light, and by this current, charges are accumulated in a feedback capacitor connected to both ends of the amplifier (AMP), and at a constant rate according to time. The voltage increases.
이때, 피드백 커패시터 양단의 전압은 증폭기의 출력 단자 전압 N1이 되고, 출력 단자 전압 N1이 시간에 따라 증가하게 되며, 출력 단자 전압 N1이 비교기(Comp)의 기준 전압인 제2 기준값(V_hi)보다 커지면 비교기의 출력(B0)이 로우에서 하이로 전환된다.At this time, the voltage across the feedback capacitor becomes the output terminal voltage N1 of the amplifier, the output terminal voltage N1 increases with time, and if the output terminal voltage N1 becomes greater than the second reference value V_hi, which is the reference voltage of the comparator Comp, The output B0 of the comparator transitions from low to high.
로우에서 하이로 전환되는 신호를 이용하여 일정한 폭을 가지는 제1 전기 펄스 신호(sw1)(B3)가 생성되고, 제1 전기 펄스 신호(sw1)의 펄스가 하이인 시간동안 증폭기의 출력 단자 전압을 제2 기준값(V_hi)에서 제1 기준값(V_lo)로 리셋(reset)시킨다. A first electric pulse signal sw1 (B3) B3 having a constant width is generated by using a signal that is switched from low to high, and the output terminal voltage of the amplifier is changed during the time when the pulse of the first electric pulse signal sw1 is high. The second reference value V_hi is reset to the first reference value V_lo.
증폭기의 출력 단자 전압이 제1 기준값으로 리셋되면, 다시 빛에 의한 제1 광 검출 소자(PD_1)의 전류에 의해 증폭기의 출력 단자 전압(N1)이 시간에 따라 증가하기 시작하고, 출력 단자 전압이 제2 기준값에 도달되면 다시 제1 전기 펄스 신호(sw1)를 이용하여 증폭기의 출력 단자 전압을 리셋시키는 과정을 반복한다. 이와 같은 리셋의 반복 주기는 빛의 양(즉, 전류의 크기)에 비례하며, 따라서 빛의 양을 주파수로 변환할 수 있게 된다.When the output terminal voltage of the amplifier is reset to the first reference value, the output terminal voltage N1 of the amplifier starts to increase with time by the current of the first photodetecting element PD_1 by light again, and the output terminal voltage is increased. When the second reference value is reached, the process of resetting the output terminal voltage of the amplifier using the first electric pulse signal sw1 is repeated. This repetition period of the reset is proportional to the amount of light (i.e., the magnitude of the current), and thus the amount of light can be converted into a frequency.
전술한 처리는 빛이 차단된 제2 조도 센싱 유닛(210b)의 제2 광 검출 소자(PD_2)에 대해서도 동일한 방식으로 수행하여 제2 전기 펄스 신호(sw2)가 생성된다. The above-described process is performed in the same manner with respect to the second light detection element PD_2 of the second illuminance sensing unit 210b in which the light is blocked, thereby generating the second electric pulse signal sw2.
또한, 조도 센서(200)는 도 2a에 도시된 바와 같이, 제1 전기 펄스 신호(sw1)의 펄스 열과 제2 전기 펄스 신호(sw2)의 펄스 열간의 차이를 검출하여 출력하는 펄스 차감부(220)와, 검출된 펄스를 카운팅할 카운터부(230)을 더 포함한다. Also, as illustrated in FIG. 2A, the illuminance sensor 200 detects and outputs a difference between the pulse train of the first electric pulse signal sw1 and the pulse train of the second electric pulse signal sw2. And a counter unit 230 for counting the detected pulses.
펄스 차감부(220)의 회로 구성 및 파형이 도 4a 및 4b에 각각 도시되어 있다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 펄스 차감부(220)는 제1 전기 펄스 신호(sw1)로부터 제2 전기 펄스 신호(sw2)를 차감하기 위하여, RS 플립플롭(flip-flop)과 제2 전기 펄스 신호(sw2)의 펄스 폭을 조절(pulse width control)하기 위한 펄스 폭 조절부를 포함한다. The circuit configuration and waveform of the
펄스 차감부(220)는 빛에 노출된 제1 광 검출 소자(PD_1)에 의해 생성된 제1 전기 펄스 신호(sw1)에서 빛이 차단된 제2 광 검출 소자(PD_2)에 의해 생성된 제2 전기 펄스 신호(sw2)를 차감함으로써 온도, 바이어스 전압, 증폭기의 오프셋 전압 등의 원인에 의한 다이오드 전류의 변화량을 제거함으로써 빛 만에 의한 전류량을 정밀하게 측정할 수 있도록 한다. The
이러한 특징은 특히 빛이 적은 저조도 환경에서 보다 효과적일 수 있으며, 본 실시예에서 제시한 조도 센서(200)의 구조를 활용하고 카운팅 시간(counting time)을 늘림으로써 이론적으로 0.01 lux 이하의 빛을 측정할 수 있는 고효율의 조도 센서로 기능하도록 할 수 있다.This feature may be particularly effective in a low light environment where there is little light, and theoretically measures light of 0.01 lux or less by utilizing the structure of the light sensor 200 presented in this embodiment and increasing the counting time. It can function as a high efficiency illuminance sensor.
이외에, 미리 지정된 시간 동안 카운터부(230)를 동작시키기 위한 인에이블(EN, enable) 신호를 제공하는 인에이블 신호 발생기, 증폭기(AMP)의 출력에 리셋(reset) 전압과 비교기(Comp)의 레퍼런스(reference) 전압을 발생시키기 위한 바이어스 전압 발생 회로 등을 더 포함할 수도 있다. 바이어스 전압 발생 회로에 의한 바이어스 전압은 예를 들어 0V 이거나 임의의 다른 값의 전압값으로 지정될 수 있음은 당연하다.
In addition, an enable signal generator that provides an enable signal (EN) for operating the counter unit 230 for a predetermined time, and a reference of a reset voltage and a comparator to the output of the amplifier AMP. It may further include a bias voltage generator circuit for generating a reference voltage. It is obvious that the bias voltage by the bias voltage generator circuit can be, for example, 0V or specified as a voltage value of any other value.
이제까지 관련도면을 참조하여 2개의 조도 센싱 유닛을 포함하되, 어느 하나의 조도 센싱 유닛은 빛에 노출시키고 다른 하나의 조도 센싱 유닛은 빛을 차단하여 각각 흐르는 전류에 비례하는 주파수를 가지는 전기 펄스 신호들의 차로서 빛 만에 의한 전류량을 정밀하게 측정할 수 있는 조도 센서를 설명하였다.So far, two illuminance sensing units are included with reference to the relevant drawings, wherein one illuminance sensing unit is exposed to light and the other illuminance sensing unit blocks light so that each of the electric pulse signals having a frequency proportional to the current flowing therethrough As a difference, the illuminance sensor which can measure the amount of electric current by light only was demonstrated.
그러나, 이러한 기술적 사상은 각각의 조도 센싱 유닛의 투과 특성을 달리하는 방법으로도 확장될 수 있다.However, the technical idea may also be extended to a method of varying transmission characteristics of each illuminance sensing unit.
예를 들어, 조도 센서는 두 개의 광 검출 소자에 각기 다른 컬러 필터를 적용한 후 그 차이를 감지하는 구조로 구성되거나, 어느 하나의 광 검출 소자는 필터를 적용하지 않고 전 범위의 파장의 빛에 노출시키되 다른 하나의 광 검출 소자는 임의의 컬러 필터(예를 들어, 적색 컬러 필터 등)를 적용하고 빛에 노출시킨 후 그 차이를 감지하는 구조 등으로 구성될 수도 있다.
For example, an illuminance sensor may be configured to detect a difference after applying different color filters to two light detecting elements, or one light detecting element may be exposed to light of a full range of wavelengths without applying a filter. The other photodetecting device may be configured by applying an arbitrary color filter (for example, a red color filter, etc.), exposing to light, and detecting a difference.
상기에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention as defined in the following claims And changes may be made without departing from the spirit and scope of the invention.
200 : 조도 센서
210a, 210b : 전류 주파수 변환 유닛
220 : 펄스 차감부
230 : 카운터부200: Ambient Light Sensor
210a, 210b: current frequency conversion unit
220: pulse subtraction part
230: counter
Claims (9)
빛에 노출된 광 검출 소자에 흐르는 전류에 상응하는 제1 전기 펄스 신호를 생성하여 출력하는 제1 조도 센싱 유닛;
빛이 차단된 광 검출 소자에 흐르는 전류에 상응하는 제2 전기 펄스 신호를 생성하여 출력하는 제2 조도 센싱 유닛; 및
빛에 의한 펄스 열만의 추출을 위해 상기 제1 전기 펄스 신호의 펄스 열에서 상기 제2 전기 펄스 신호의 펄스 열을 차감한 차감 전기 펄스 신호를 출력하는 펄스 차감부를 포함하는 조도 센서.
In the illuminance sensor,
A first illuminance sensing unit configured to generate and output a first electric pulse signal corresponding to a current flowing through the photodetecting device exposed to light;
A second illuminance sensing unit configured to generate and output a second electric pulse signal corresponding to a current flowing in the light detecting element from which light is blocked; And
And a pulse subtraction unit configured to output a subtraction electric pulse signal obtained by subtracting a pulse train of the second electric pulse signal from the pulse train of the first electric pulse signal to extract only the pulse train by light.
제1 투과 특성을 가지는 광 검출 소자에 흐르는 전류에 상응하는 제1 전기 펄스 신호를 생성하여 출력하는 제1 조도 센싱 유닛;
제2 투과 특성을 가지는 광 검출 소자에 흐르는 전류에 상응하는 제2 전기 펄스 신호를 생성하여 출력하는 제2 조도 센싱 유닛; 및
상기 제1 전기 펄스 신호의 펄스 열에서 상기 제2 전기 펄스 신호의 펄스 열을 차감한 차감 전기 펄스 신호를 출력하는 펄스 차감부를 포함하는 조도 센서.
In the illuminance sensor,
A first illuminance sensing unit configured to generate and output a first electric pulse signal corresponding to a current flowing through the photodetecting device having the first transmission characteristic;
A second illuminance sensing unit configured to generate and output a second electric pulse signal corresponding to a current flowing through the photodetecting device having a second transmission characteristic; And
And a pulse subtraction unit configured to output a subtraction electric pulse signal obtained by subtracting the pulse train of the second electric pulse signal from the pulse train of the first electric pulse signal.
상기 제1 투과 특성 및 상기 제2 투과 특성 각각은 컬러 필터의 적용 여부 및 적용된 컬러 필터의 특성에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 조도 센서.
3. The method of claim 2,
Wherein the first transmission characteristic and the second transmission characteristic are each determined by the application of a color filter and the characteristics of the applied color filter.
상기 제1 및 제2 조도 센싱 유닛 각각은,
광 검출 소자, 상기 광 검출 소자에 연결되는 증폭기, 상기 증폭기의 입출력 양단에 연결되는 피드백 커패시터 및 상기 증폭기의 출력단에 연결되는 비교기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 조도 센서.
3. The method according to claim 1 or 2,
Each of the first and second illuminance sensing units,
And an optical detector, an amplifier connected to the optical detector, a feedback capacitor connected to both input and output terminals of the amplifier, and a comparator connected to an output terminal of the amplifier.
상기 제1 및 상기 제2 전기 펄스 신호는,
상응하는 광 검출 소자에 흐르는 전류로 인해 전하가 축적된 상기 피드백 커패시터 양단의 전압과 일치하는 상기 증폭기의 출력 전압이 상기 비교기의 기준 전압인 미리 지정된 제2 기준값(V_hi)보다 커지면 상기 증폭기의 출력 전압을 미리 지정된 제1 기준값(V_lo)으로 리셋(reset)시키기 위한 신호인 것을 특징으로 하는 조도 센서.
5. The method of claim 4,
The first and second electric pulse signal,
The output voltage of the amplifier when the output voltage of the amplifier, which matches the voltage across the feedback capacitor in which charge is accumulated due to the current flowing through the corresponding photodetecting element, is greater than the second predetermined reference value V_hi, which is the reference voltage of the comparator Is a signal for resetting to a predetermined first reference value V_lo.
상기 리셋의 반복 주기는 광 검출 소자가 노출된 빛의 양의 비례하는 것을 특징으로 하는 조도 센서.
The method of claim 5,
And the repetition period of the reset is proportional to the amount of light to which the photodetecting device is exposed.
상기 펄스 차감부는,
상기 제1 전기 펄스 신호에서 상기 제2 전기 펄스 신호가 차감되도록 하기 위해, 상기 제2 전기 펄스 신호의 펄스 폭을 조절하기 위한 펄스 폭 조절부(Pulse width controller) 및 RS 플립플롭(RS Flip-flop)을 포함하는 것을 특징으로 하는 조도 센서.
3. The method according to claim 1 or 2,
The pulse subtraction unit,
A pulse width controller and an RS flip-flop for adjusting a pulse width of the second electric pulse signal to subtract the second electric pulse signal from the first electric pulse signal Illuminance sensor comprising a).
상기 차감 전기 펄스 신호를 클럭으로 사용하고, 미리 지정된 카운팅 시간(counting time) 동안 동작되어 빛의 양에 상응하는 카운터값을 산출하는 카운터부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조도 센서.
3. The method according to claim 1 or 2,
And a counter unit using the subtracted electric pulse signal as a clock and operating for a predetermined counting time to calculate a counter value corresponding to the amount of light.
상기 카운터값은 I2C 인터페이스를 이용하여 수신 수단으로 제공되는 것을 특징으로 하는 조도 센서.
9. The method of claim 8,
And said counter value is provided to a receiving means using an I2C interface.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020120045364A KR20130122212A (en) | 2012-04-30 | 2012-04-30 | Ambient light sensor with wide measurement range |
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Publications (1)
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| KR20130122212A true KR20130122212A (en) | 2013-11-07 |
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| KR (1) | KR20130122212A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20170058030A (en) | 2015-11-18 | 2017-05-26 | 한화테크윈 주식회사 | Illumination Sensing System and Surveillance camera employing the same |
-
2012
- 2012-04-30 KR KR1020120045364A patent/KR20130122212A/en not_active Application Discontinuation
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