CN102879015A - 暴露于有用光和环境光的光学传感器的环境光补偿的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于暴露于有用光和环境光的光学传感器的用于环境光补偿的装置，所述装置包括至少一个第一光电二极管和至少一个第二光电二极管，至少一个第一光电二极管适于暴露到与至少一个第二个光电二极管基本上相同的有用光和环境光。所述装置还包括具有输λ和输出的电流镜电路，至少一个第一光电二极管连接到电流镜电路的输入，至少一个第二光电二极管连接到电流镜电路的输出。电流镜电路包括连接在电流镜电路的输入和输出之间的低通滤波器。电流镜电路的输出提供表示补偿了环境光的有用信号的输出信号。

Description

暴露于有用光和环境光的光学传感器的环境光补偿的装置
相关申请的交叉引用
本发明要求于2011年7月13日提交的第11173802.7号的欧洲专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合于此。
技术领域
本发明涉及一种在暴露于有用光和环境光的光学传感器中用于环境光补偿的装置。
背景技术
由于光学传感器使用的是调制或脉冲有用光，所以此应用的核心功能之一在于实现针对环境光(假设为连续的光)的最优补偿。对于传感器的行方式布置和平面布置而言，由于有限的表面所致，补偿电路的合理实施成为了一个特别的挑战。
根据图1示出的原理，迄今已经使用的很多已知方法是有效的。
光电二极管的由信号光部分I_sig和环境光部分I_gl所构成的电流被放大，并通过适当的滤波器和补偿电路而被供应给电源(或电阻)，使得仅信号光(I_sig)保留下来，而环境光(I_gl)被抑制。因而，环境光也可以包括交变分量(例如来自荧光灯)，这些分量也将被适当的滤波器消除。
以上构思受到如下缺点的影响：环境光补偿在信号放大器的下游(downstream)执行，使得信号放大器和环境光补偿不能再彼此独立地定尺寸。通过下面描述的本发明的方法，可以消除这种缺点。
发明内容
与以上描述相对应，本发明提出了一种用在暴露于脉冲有用光和分别调制的有用光以及环境光的光学传感器中的用于环境光补偿的装置，其中，所述装置包括：
-至少一个第一光电二极管，
-至少一个第二光电二极管，
-所述至少一个第一光电二极管适于被暴露于与所述至少一个第二个光电二极管基本上相同的有用光和环境光，以及
-具有输入和输出的电流镜电路，所述至少一个第一光电二极管被连接到电流镜电路的输入并将光电流馈送入所述输入，所述至少一个第二光电二极管连接到电流镜电路的输出并由电流镜电路馈送电流。
-电流镜电路包括连接在电流镜电路的输入与输出之间的低通滤波器，以及
-电流镜电路的输出提供输出信号，所述输出信号表示补偿了环境光的有用信号。
根据本发明设置的是，通过至少两个光电二极管的使用来表示由光学传感器捕获的“图片”的每个像素。由此，有益地保证了第一光电二极管和第二光电二极管同时暴露于相同的有用光和相同的环境光。借助于连接在所述两个光电二极管之间以及分别连接在第一光电二极管和第二光电二极管的两个组之间的电流镜电路，第一光电二极管的光电流被镜像并且此镜像电流被提供给第二光电二极管。在这个过程中，环境光在电流镜电路中被抑制并且分别衰减，这借助于低通滤波器来实现。低通滤波器将允许第一光电二极管的表示有用光的信号以衰减的状态通过，而将良好并且充分地抑制第一光电二极管的来源于环境光的信号。因此，在输出端，衰减的镜像电流信号将与第二光电二极管的电流信号结合，尤其是以相减的方式，使得最终第二光电二极管的表示有用光的电流信号将被留下来。这个信号部分然后将在例如信号放大器中被放大，并根据各个应用被进一步处理。
根据本发明的一个有益实施例，设置的是，积分器在电流镜电路的输出的下游连接在所述输出与所述至少一个第二光电二极管之间，这个积分器在工作中提供表示补偿了环境光的有用信号的输出信号。
适合的是，所述积分器提供一个开关，所述开关在第一光电二极管和第二光电二极管执行有用光捕获之前打开，并在有用光捕获之后又关闭。
根据本发明的另一个有益实施例，设置的是，电流镜电路的低通滤波器连接在第一晶体管的位于电流镜电路的输入处的栅极端子与第二晶体管的位于电流镜电路的输出处的栅极端子之间。
进一步适合的是，第一晶体管的可控导电路径与所述至少一个第一光电二极管串联连接，并且第二晶体管的可控导电路径与所述至少一个第二光电二极管串联连接。
根据本发明的另一个有益实施例，设置的是，第一组分别并联连接的第一光电二极管以及第二组同样也分别并联连接的第二光电二极管，并且第一光电二极管和第二光电二极管被布置成交替地彼此相邻。
根据本发明的另一个有益实施例，设置的是，第一光电二极管的数目与第二光电二极管的数目具有可预设比，并且电流镜电路根据这个比来产生其输入处的电流相对于其输出处的电流的补偿比。
附图说明
在以下的描述中结合附图更详细地阐述本发明完整且能够实施的公开内容，包括本发明的最佳实施方式，使得本领域技术人员能够实施本发明，在附图中：
图1是表示用于光电传感器中的环境光补偿的已知方法的电路图；
图2是表示根据本发明的借助于电流镜电路的环境光补偿的电路图；
图3是说明有用信号、衰减的有用信号以及二者之差的典型发展的图；
图4是说明借助于电流镜电路以及连接在电流镜电路的下游的积分器而进行的环境光补偿的实例的图；以及
图5是说明积分器的开关的打开和关闭相对于有用光的时间发展的图。
具体实施方式
本发明的主要思想在于分割光学传感器(例如1∶1，然而也可以预想其他的分割比；在非等分分割比的情况下，应该对应于分割比而对电流镜电路(M_GL、M_SIG)加权)，并且借助于目前现有的至少两个光电二极管——在理想情况下受到相同的光条件——来实现环境光补偿。这是以减少有用信号的幅度为代价而实现的，然而，为了获得良好的环境光补偿，是可以容忍的。图2示出基本的电路。
图3示出时钟有用信号I_sig、衰减的信号I_sig_damped以及二者之差的典型发展。
根据图2的电路10的基本元件是包括低通滤波器(Rtp、Ctp)14的电流镜电路12。由于所述低通滤波器14的缘故，电流镜电路将仅在低通滤波器的限定频率追踪环境光。尽管信号光(在限定的频率以上)也将被略微地衰减，但对环境光的良好抑制是最为重要的。在图2中，光学二极管16被表示为包括多个部分，所述多个部分以并联连接的第一光电二极管18和并联连接的第二光电二极管20为形式。推荐对这些部分的细分(segmentation)和交织(interleaving)，使得信号二极管和各个第一光电二极管18(在图2的右侧)以及补偿二极管和各个第二光电二极管20(在图2的左侧)暴露在相同的光条件下。
取代光电二极管的1∶1的分割比，当然也可以使用其他的分割比(例如：1∶2、1∶3、…)，然后可以通过电流镜电路12的晶体管M_GL 22(在输入24处)和M_SIG 26(在输出28处)的W/L比来补偿光电流的比。
如图4所示，可以通过额外的积分器30来实现环境光补偿的进一步改善。
所述积分器30用来补偿电流镜电路12的剩余误差(由匹配差或光条件不一致引起的)。进一步地，由此像素(由至少一个第一光电二极管18和至少一个第二光电二极管20构成)的输出(到电荷放大器)被调整成电压vref，所述电压vref将在其稳定的过程中支持放大器。在测量阶段开始时，积分器30的开关S2将被打开。积分器30将储存最后的值并不再影响测量。图5示出开关S2的控制相对于有用光脉冲的时间发展。
这种电路的优点在于，在测量阶段期间也仍调整环境光，虽然一定的不足也在于必须要承担信号的衰减。环境光的完整取样可以消除信号衰减的不足。
尽管已经结合本发明具体的说明性实施例描述和说明了本发明，但是本发明不意在限定于这些说明性的实施例。本领域的技术人员将意识到，在不脱离如所附权利要求所限定的本发明的准确范围的情况下，可以进行变化和修改。因此本发明意在包括落入所附权利要求及与其等同范围内的所有这样的变化和修改。

Claims (7)

1.一种用在暴露于有用光和环境光的光学传感器中的用于环境光补偿的装置，所述装置包括：
至少一个第一光电二极管，
至少一个第二光电二极管，
所述至少一个第一光电二极管适于被暴露于与所述至少一个第二个光电二极管基本上相同的有用光和环境光，以及
具有输入和输出的电流镜电路，所述至少一个第一光电二极管连接到所述电流镜电路的输入，并且所述至少一个第二光电二极管连接到所述电流镜电路的输出，
所述电流镜电路包括连接在所述电流镜电路的输入与输出之间的低通滤波器，以及
所述电流镜电路的输出提供输出信号，所述输出信号表示补偿了环境光的有用信号。
2.如权利要求1所述的装置，其中，积分器在所述电流镜电路的输出的下游连接在所述输出与所述至少一个第二光电二极管之间，所述积分器在工作中提供输出信号，所述输出信号表示补偿了环境光的有用信号。
3.如权利要求2所述的装置，其中，所述积分器设置有开关，所述开关在所述第一光电二极管和所述第二光电二极管执行有用光捕获之前打开，并在有用光捕获之后又关闭。
4.如权利要求1至3中任何一项所述的装置，其中，所述电流镜电路的低通滤波器连接在第一晶体管的位于所述电流镜电路的输入处的栅极端子与第二晶体管的位于所述电流镜电路的输出处的栅极端子之间。
5.如权利要求4所述的装置，其中，所述第一晶体管的可控导电路径与所述至少一个第一光电二极管串联连接，并且所述第二晶体管的可控导电路径与所述至少一个第二光电二极管串联连接。
6.如权利要求1至5中任何一项所述的装置，其中，设置有第一组分别并联连接的第一光电二极管和第二组同样也分别并联连接的第二光电二极管，并且所述第一光电二极管与所述第二光电二极管布置成交替地彼此相邻。
7.如权利要求1至6中任何一项所述的装置，其中，所述第一光电二极管的数目与所述第二光电二极管的数目具有可预设比，所述电流镜电路根据所述比来产生其输入处的电流相对于其输出处的电流的补偿比。
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