專利名稱：暴露于有用光和環(huán)境光的光學傳感器的環(huán)境光補償?shù)难b置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種在暴露于有用光和環(huán)境光的光學傳感器中用于環(huán)境光補償?shù)难b置。
背景技術：
由于光學傳感器使用的是調制或脈沖有用光，所以此應用的核心功能之一在于實現(xiàn)針對環(huán)境光(假設為連續(xù)的光)的最優(yōu)補償。對于傳感器的行方式布置和平面布置而言，`由于有限的表面所致，補償電路的合理實施成為了一個特別的挑戰(zhàn)。根據(jù)圖I示出的原理，迄今已經使用的很多已知方法是有效的。光電二極管的由信號光部分I_sig和環(huán)境光部分I_gl所構成的電流被放大，并通過適當?shù)臑V波器和補償電路而被供應給電源(或電阻)，使得僅信號光(I_sig)保留下來，而環(huán)境光(I_gl)被抑制。因而，環(huán)境光也可以包括交變分量(例如來自熒光燈)，這些分量也將被適當?shù)臑V波器消除。以上構思受到如下缺點的影響環(huán)境光補償在信號放大器的下游(downstream)執(zhí)行，使得信號放大器和環(huán)境光補償不能再彼此獨立地定尺寸。通過下面描述的本發(fā)明的方法，可以消除這種缺點。

發(fā)明內容
與以上描述相對應，本發(fā)明提出了一種用在暴露于脈沖有用光和分別調制的有用光以及環(huán)境光的光學傳感器中的用于環(huán)境光補償?shù)难b置，其中，所述裝置包括-至少一個第一光電二極管，-至少一個第二光電二極管，-所述至少一個第一光電二極管適于被暴露于與所述至少一個第二個光電二極管基本上相同的有用光和環(huán)境光，以及-具有輸入和輸出的電流鏡電路，所述至少一個第一光電二極管被連接到電流鏡電路的輸入并將光電流饋送入所述輸入，所述至少一個第二光電二極管連接到電流鏡電路的輸出并由電流鏡電路饋送電流。-電流鏡電路包括連接在電流鏡電路的輸入與輸出之間的低通濾波器，以及-電流鏡電路的輸出提供輸出信號，所述輸出信號表示補償了環(huán)境光的有用信號。根據(jù)本發(fā)明設置的是，通過至少兩個光電二極管的使用來表示由光學傳感器捕獲的“圖片”的每個像素。由此，有益地保證了第一光電二極管和第二光電二極管同時暴露于相同的有用光和相同的環(huán)境光。借助于連接在所述兩個光電二極管之間以及分別連接在第一光電二極管和第二光電二極管的兩個組之間的電流鏡電路，第一光電二極管的光電流被鏡像并且此鏡像電流被提供給第二光電二極管。在這個過程中，環(huán)境光在電流鏡電路中被抑制并且分別衰減，這借助于低通濾波器來實現(xiàn)。低通濾波器將允許第一光電二極管的表示有用光的信號以衰減的狀態(tài)通過，而將良好并且充分地抑制第一光電二極管的來源于環(huán)境光的信號。因此，在輸出端，衰減的鏡像電流信號將與第二光電二極管的電流信號結合，尤其是以相減的方式，使得最終第二光電二極管的表示有用光的電流信號將被留下來。這個信號部分然后將在例如信號放大器中被放大，并根據(jù)各個應用被進一步處理。根據(jù)本發(fā)明的一個有益實施例，設置的是，積分器在電流鏡電路的輸出的下游連接在所述輸出與所述至少一個第二光電二極管之間，這個積分器在工作中提供表示補償了環(huán)境光的有用信號的輸出信號。適合的是,所述積分器提供一個開關，所述開關在第一光電二極管和第二光電二極管執(zhí)行有用光捕獲之前打開，并在有用光捕獲之后又關閉。根據(jù)本發(fā)明的另一個有益實施例，設置的是，電流鏡電路的低通濾波器連接在第一晶體管的位于電流鏡電路的輸入處的柵極端子與第二晶體管的位于電流鏡電路的輸出`處的柵極端子之間。進一步適合的是，第一晶體管的可控導電路徑與所述至少一個第一光電二極管串聯(lián)連接，并且第二晶體管的可控導電路徑與所述至少一個第二光電二極管串聯(lián)連接。根據(jù)本發(fā)明的另一個有益實施例，設置的是，第一組分別并聯(lián)連接的第一光電二極管以及第二組同樣也分別并聯(lián)連接的第二光電二極管，并且第一光電二極管和第二光電二極管被布置成交替地彼此相鄰。根據(jù)本發(fā)明的另一個有益實施例，設置的是，第一光電二極管的數(shù)目與第二光電二極管的數(shù)目具有可預設比，并且電流鏡電路根據(jù)這個比來產生其輸入處的電流相對于其輸出處的電流的補償比。


在以下的描述中結合附圖更詳細地闡述本發(fā)明完整且能夠實施的公開內容，包括本發(fā)明的最佳實施方式，使得本領域技術人員能夠實施本發(fā)明，在附圖中圖I是表示用于光電傳感器中的環(huán)境光補償?shù)囊阎椒ǖ碾娐穲D；圖2是表示根據(jù)本發(fā)明的借助于電流鏡電路的環(huán)境光補償?shù)碾娐穲D；圖3是說明有用信號、衰減的有用信號以及二者之差的典型發(fā)展的圖；圖4是說明借助于電流鏡電路以及連接在電流鏡電路的下游的積分器而進行的環(huán)境光補償?shù)膶嵗膱D；以及圖5是說明積分器的開關的打開和關閉相對于有用光的時間發(fā)展的圖。
具體實施例方式本發(fā)明的主要思想在于分割光學傳感器(例如I : 1，然而也可以預想其他的分割比；在非等分分割比的情況下，應該對應于分割比而對電流鏡電路(M_GL、M_SIG)加權)，并且借助于目前現(xiàn)有的至少兩個光電二極管一在理想情況下受到相同的光條件一來實現(xiàn)環(huán)境光補償。這是以減少有用信號的幅度為代價而實現(xiàn)的，然而，為了獲得良好的環(huán)境光補償，是可以容忍的。圖2示出基本的電路。圖3示出時鐘有用信號I_sig、衰減的信號I_sig_damped以及二者之差的典型發(fā)展。根據(jù)圖2的電路10的基本元件是包括低通濾波器(Rtp、Ctp) 14的電流鏡電路12。由于所述低通濾波器14的緣故，電流鏡電路將僅在低通濾波器的限定頻率追蹤環(huán)境光。盡管信號光(在限定的頻率以上)也將被略微地衰減，但對環(huán)境光的良好抑制是最為重要的。在圖2中，光學二極管16被表示為包括多個部分，所述多個部分以并聯(lián)連接的第一光電二極管18和并聯(lián)連接的第二光電二極管20為形式。推薦對這些部分的細分(segmentation)和交織(interleaving)，使得信號二極管和各個第一光電二極管18(在圖2的右側)以及補償二極管和各個第二光電二極管20 (在圖2的左側)暴露在相同的光條件下。取代光電二極管的I : I的分割比，當然也可以使用其他的分割比(例如1 2、I 3、…)，然后可以通過電流鏡電路12的晶體22(在輸入24處)和1516 26(在輸出28處)的W/L比來補償光電流的比。`如圖4所示，可以通過額外的積分器30來實現(xiàn)環(huán)境光補償?shù)倪M一步改善。所述積分器30用來補償電流鏡電路12的剩余誤差(由匹配差或光條件不一致引起的)。進一步地，由此像素(由至少一個第一光電二極管18和至少一個第二光電二極管20構成)的輸出(到電荷放大器)被調整成電壓vref，所述電壓vref將在其穩(wěn)定的過程中支持放大器。在測量階段開始時，積分器30的開關S2將被打開。積分器30將儲存最后的值并不再影響測量。圖5示出開關S2的控制相對于有用光脈沖的時間發(fā)展。這種電路的優(yōu)點在于，在測量階段期間也仍調整環(huán)境光，雖然一定的不足也在于必須要承擔信號的衰減。環(huán)境光的完整取樣可以消除信號衰減的不足。盡管已經結合本發(fā)明具體的說明性實施例描述和說明了本發(fā)明，但是本發(fā)明不意在限定于這些說明性的實施例。本領域的技術人員將意識到，在不脫離如所附權利要求所限定的本發(fā)明的準確范圍的情況下，可以進行變化和修改。因此本發(fā)明意在包括落入所附權利要求及與其等同范圍內的所有這樣的變化和修改。
權利要求
1.一種用在暴露于有用光和環(huán)境光的光學傳感器中的用于環(huán)境光補償?shù)难b置，所述裝置包括 至少一個第一光電二極管， 至少一個第二光電二極管， 所述至少一個第一光電二極管適于被暴露于與所述至少一個第二個光電二極管基本上相同的有用光和環(huán)境光，以及 具有輸入和輸出的電流鏡電路，所述至少一個第一光電二極管連接到所述電流鏡電路的輸入，并且所述至少一個第二光電二極管連接到所述電流鏡電路的輸出， 所述電流鏡電路包括連接在所述電流鏡電路的輸入與輸出之間的低通濾波器，以及 所述電流鏡電路的輸出提供輸出信號，所述輸出信號表示補償了環(huán)境光的有用信號。
2.如權利要求I所述的裝置，其中，積分器在所述電流鏡電路的輸出的下游連接在所述輸出與所述至少一個第二光電二極管之間，所述積分器在工作中提供輸出信號，所述輸出信號表示補償了環(huán)境光的有用信號。
3.如權利要求2所述的裝置，其中，所述積分器設置有開關，所述開關在所述第一光電二極管和所述第二光電二極管執(zhí)行有用光捕獲之前打開，并在有用光捕獲之后又關閉。
4.如權利要求I至3中任何一項所述的裝置，其中，所述電流鏡電路的低通濾波器連接在第一晶體管的位于所述電流鏡電路的輸入處的柵極端子與第二晶體管的位于所述電流鏡電路的輸出處的柵極端子之間。
5.如權利要求4所述的裝置，其中，所述第一晶體管的可控導電路徑與所述至少一個第一光電二極管串聯(lián)連接，并且所述第二晶體管的可控導電路徑與所述至少一個第二光電二極管串聯(lián)連接。
6.如權利要求I至5中任何一項所述的裝置，其中，設置有第一組分別并聯(lián)連接的第一光電二極管和第二組同樣也分別并聯(lián)連接的第二光電二極管，并且所述第一光電二極管與所述第二光電二極管布置成交替地彼此相鄰。
7.如權利要求I至6中任何一項所述的裝置，其中，所述第一光電二極管的數(shù)目與所述第二光電二極管的數(shù)目具有可預設比，所述電流鏡電路根據(jù)所述比來產生其輸入處的電流相對于其輸出處的電流的補償比。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于暴露于有用光和環(huán)境光的光學傳感器的用于環(huán)境光補償?shù)难b置，所述裝置包括至少一個第一光電二極管和至少一個第二光電二極管，至少一個第一光電二極管適于暴露到與至少一個第二個光電二極管基本上相同的有用光和環(huán)境光。所述裝置還包括具有輸λ和輸出的電流鏡電路，至少一個第一光電二極管連接到電流鏡電路的輸入，至少一個第二光電二極管連接到電流鏡電路的輸出。電流鏡電路包括連接在電流鏡電路的輸入和輸出之間的低通濾波器。電流鏡電路的輸出提供表示補償了環(huán)境光的有用信號的輸出信號。
文檔編號G01D3/028GK102879015SQ20121024221
公開日2013年1月16日 申請日期2012年7月13日 優(yōu)先權日2011年7月13日
發(fā)明者沃爾夫勒姆·布德, 沃爾夫岡·比塞爾 申請人:艾爾默斯半導體股份公司