亮是如何亮起來(lái)的？ 明亮度或光的亮度以勒克斯為單位來(lái)計(jì)算。 直射陽(yáng)光計(jì)為 100,000 勒克斯，而街燈則僅有 20 勒克斯。 人眼長(zhǎng)時(shí)間盯著明亮、耀眼的顯示器就會(huì)感到疲勞，直到近年來(lái)人們才認(rèn)識(shí)到這是操作計(jì)算機(jī)和其它消費(fèi)電子設(shè)備不可避免的副作用。 但是如今的環(huán)境光傳感器能夠消除大量潛在的不舒適和壓力。 這些電子元件稱(chēng)作“光電探測(cè)器”，能夠檢測(cè)并不斷測(cè)量其所在環(huán)境的光量，以盡可能接近于人眼的方式覺(jué)察亮度。 其典型應(yīng)用就是匹配人眼需求，通過(guò)調(diào)光方式調(diào)節(jié)亮度，從而減少眼睛的壓力。
環(huán)境光傳感器也可以在光線(xiàn)變暗時(shí)起作用，從而讓路燈自動(dòng)打開(kāi)，在光線(xiàn)變得昏暗或進(jìn)入隧道時(shí)打開(kāi)汽車(chē)大燈，或在光線(xiàn)變化時(shí)調(diào)節(jié)車(chē)內(nèi)儀表板背光，以便駕駛員能夠看見(jiàn)。 類(lèi)似的是，在手機(jī)觸摸屏中，環(huán)境光傳感器可通過(guò)幫助處理器決定所需提供的照明量來(lái)啟動(dòng)背光照明，并在不要求背光或環(huán)境光足夠人眼使用時(shí)自動(dòng)調(diào)低背光。 同時(shí)，傳感器會(huì)不斷地測(cè)量，以便設(shè)備能夠隨時(shí)調(diào)節(jié)顯示，使輸出始終表現(xiàn)一致，而不管光照條件如何變化。
環(huán)境光傳感器能夠處理各種各樣的光源，從自然陽(yáng)光到日光燈和白熾燈，通過(guò)優(yōu)化顯示來(lái)獲得舒適的觀看效果，從而改進(jìn)用戶(hù)體驗(yàn)并節(jié)省電力，而不管是什么光，變化得如何快。
真實(shí)世界實(shí)例
現(xiàn)在市場(chǎng)上有很多不同的環(huán)境光類(lèi)型傳感器，每個(gè)都其各自的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)。 現(xiàn)有我們來(lái)看看幾款有代表性的光傳感器，每一款在模仿人眼的方式上都有少許不同。
TSL2591 由 ams-TAOS USA 制造（圖 1），是一款具有較高敏感度的光到數(shù)字轉(zhuǎn)換器，能夠?qū)⒐鈴?qiáng)度轉(zhuǎn)換為可由 I2C 接口直接處理的數(shù)字信號(hào)輸出。 該器件在單一 CMOS 集成電路上集成了一個(gè)寬帶光電二極管（可見(jiàn)加紅外）和一個(gè)紅外反應(yīng)二極管。 兩個(gè)集成 ADC 將光電二極管電流轉(zhuǎn)換為表示每個(gè)通道上測(cè)得的輻照度的數(shù)字輸出。 這種輸出可以輸入微處理器，其中以勒克斯計(jì)的環(huán)境光級(jí)別是使用經(jīng)驗(yàn)公式推導(dǎo)出來(lái)的，接近于人眼反應(yīng)。 TSL 2591 支持傳統(tǒng)級(jí)別中斷，保持?jǐn)嘌裕钡焦碳宄?
圖 1： TSL2591 框圖。
此器件接近人眼反應(yīng)，為靈活操作提供信號(hào)。 因此適合用在深色玻璃下面，工作能耗低，休眠狀態(tài)時(shí)僅消耗 3.0 μA 電流。
TSL2591 包括兩個(gè) ADC，用于對(duì)來(lái)自?xún)蓚€(gè)光電二極管的電流進(jìn)行積分處理。 兩個(gè)通道的積分是同時(shí)進(jìn)行的。 轉(zhuǎn)換周期結(jié)束時(shí)，轉(zhuǎn)換結(jié)果分別傳送到通道 0 和通道 1 數(shù)據(jù)寄存器。 數(shù)據(jù)傳送采用雙緩沖方式，以確保數(shù)據(jù)的完整性。 傳送完成后，器件自動(dòng)開(kāi)始下一個(gè)積分周期。 無(wú)須外部電路進(jìn)行信號(hào)調(diào)節(jié)。 由于器件輸出是數(shù)字信號(hào)，因此相對(duì)模擬方式，可有效擯除噪聲干擾。
ROHM 的 BH1603FVC 模擬電流輸出類(lèi)型環(huán)境光傳感器 IC（圖 2）是一種模擬電流輸出環(huán)境光傳感器，特別適合用于獲取環(huán)境光數(shù)據(jù)來(lái)調(diào)節(jié) LCD 和手機(jī)鍵盤(pán)背光。 這款傳感器能夠節(jié)省電能并改進(jìn)可視效果。
具體特性包括：3.0 x 1.6 mm 緊湊表面貼裝式封裝、接近人眼的光譜敏感性、與亮度成正比的輸出電流、2.4 V 的最小低供應(yīng)電壓以及內(nèi)置關(guān)斷功能。
圖 2：ROHM BH1603FVC 框圖。
器件封裝在緊湊的 3.0 x 1.6 mm 的表面貼裝外殼中，具有與人眼敏感度相似的靈敏度，輸出電流與亮度成正比，使用最小的 2.4 V 供應(yīng)電壓。
應(yīng)用包括手機(jī)、液晶電視、筆記本電腦、游戲機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、PDA 和液晶顯示器。 為幫助工程師進(jìn)一步了解產(chǎn)品，ROHM 提供了產(chǎn)品培訓(xùn)模塊對(duì)環(huán)境光傳感器進(jìn)行介紹。 課程覆蓋 BH1603FVC 及其數(shù)字版 BH1710FVC。
對(duì)于以要求低功耗為目標(biāo)的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，Maxim 提供的 MAX44009（圖 3）帶有集成光電二極管和 ADC，并提供 I2C 數(shù)字接口。 芯片封裝在透明的外殼中，以便測(cè)量環(huán)境光。 位于 IC 內(nèi)部的光電二極管能夠?qū)⒐廪D(zhuǎn)換為電流，再由低功耗電路將其處理成一個(gè)數(shù)字位流。 片載可編程中斷功能消除了器件對(duì)該數(shù)據(jù)的連續(xù)輪詢(xún)，這奠定了器件實(shí)現(xiàn)低功耗的基礎(chǔ)。小于 1μA 工作電流，該器件被各大供應(yīng)商視為業(yè)內(nèi)功耗最低的環(huán)境光傳感器。
除了超低電流消耗外，該器件的還具有 0.045 勒克斯到 188,000 勒克斯的寬動(dòng)態(tài)光范圍，這是一個(gè)超過(guò) 4,000,000:1 的范圍
該器件見(jiàn)證了傳感器技術(shù)在模仿人眼功能方面所走的漫漫長(zhǎng)路，它能夠以人眼一樣的方式檢測(cè)亮度。 該傳感器對(duì)光線(xiàn)具有與人眼類(lèi)似的光譜敏感度。 但是人眼敏感度在 560 nm（綠光波長(zhǎng)）時(shí)達(dá)到峰值敏感度，且對(duì)藍(lán)光 (~470 nm) 和紅光 (~630) 的敏感度卻特別地低。 人眼看不見(jiàn)紅外線(xiàn) (>700 nm) 和紫外線(xiàn) (<400 nm)。
圖 3：MAX44009 與人眼相當(dāng)?shù)墓庾V敏感度。
光譜間的差異影響亮度測(cè)量，因?yàn)楣?a title="中國(guó)光電二極管網(wǎng)" href="http://www.dltyjz.cn/product/list.php?catid=1238" target="_blank">光電二極管也收集某些紅外輻射。 具有紅外成份的光源（如陽(yáng)光）將會(huì)顯示出比我們?nèi)搜塾X(jué)察到的要亮。 MAX44009 具有良好的紅外拒絕和內(nèi)部紅外補(bǔ)償機(jī)制，可以最大程度地減少這種影響，從而給出一個(gè)精確的勒克斯反應(yīng)。
環(huán)境光傳感器需要反應(yīng)可見(jiàn)光，但要對(duì)紫外光或紅外線(xiàn)無(wú)反應(yīng)。 Vishay 的 TEMT6200FX01 設(shè)計(jì)目標(biāo)也是盡可能匹配人眼的光譜敏感度。 這是一個(gè)硅 NPN 外延平面光電二極管，封裝在一個(gè)小型、透明的 0805 表面貼裝外殼中，跟人眼一樣對(duì)可見(jiàn)光敏感，峰值敏感度波長(zhǎng)為 550 nm。 器件采用傳說(shuō)中的紅外過(guò)濾環(huán)氧樹(shù)脂技術(shù)，對(duì)非可見(jiàn)光具有最小的靈敏度。 這有助于防止自然光或人造光源（如白熾燈或鹵素?zé)襞荩┲屑t外成份的的干擾。 關(guān)于 Vishay 環(huán)境光傳感器的產(chǎn)品培訓(xùn)模塊可以在 Digi-Key 網(wǎng)站上找到。
從控制光到優(yōu)化 LCD 可見(jiàn)性，或者通過(guò)控制鍵盤(pán)背光照明來(lái)節(jié)省電池電力，工程師們總可以找到各式各樣符合其應(yīng)用要求的環(huán)境光傳感器。
如需詳細(xì)了解本文討論的零件，請(qǐng)使用文中提供的鏈接訪(fǎng)問(wèn) Digi-Key 網(wǎng)站上的產(chǎn)品頁(yè)。
