인간의 눈을 모방하는 주변광 센서

얼마나 밝아야 밝은 것일까요? 빛의 휘도 또는 밝기는 럭스 단위로 측정됩니다. 직사 일광은 100,000럭스인데 반해 가로등은 20럭스에 불과합니다. 밝고 눈부신 화면을 오래 응시하면 눈이 피로할 수 있으며 이는 최근까지 컴퓨터 및 기타 전자 가전 제품 사용 시 나타나는 피할 수 없는 부작용이라고 여겨졌습니다. 그러나 오늘날의 주변광 센서는 잠재적인 불편과 부담을 상당 부분 제거합니다. '광 검출기'라고 하는 이러한 전자 부품은 해당 환경에서 광량을 감지하여 계속적으로 측정하므로 인간의 눈과 가장 가까운 방식으로 휘도를 인지합니다. 일반적으로 이러한 제품의 목표는 인간 눈의 요구 사항을 충족하여 조광을 통해 휘도를 조정하고 눈의 피로를 줄이는 것입니다.

주변광 센서는 또한 어두어지거나 가로등이 켜질 경우, 해질 무렵 빛이 사라지거나 터널을 들어갈 때 자동차 헤드라이트 제어에서, 운전자가 빛의 상태 변경을 확인할 수 있도록 계기판의 밝기를 낮추는 자동차 인테리어에서 작동을 시작합니다. 마찬가지로 터치패드 폰 디스플레이에서 주변광 센서는 프로세서가 사용 가능한 광량을 판별하도록 지원하여 배경 조명을 시작하고 주변광이 인간의 눈에 충분하여 배경 조명이 필요하지 않은 경우 자동 조광을 허용합니다. 또한 주변광 조건에 상관없이, 디스플레이 조광을 통해 항상 동일하게 표시되는 출력을 제공하도록 지속적인 측정을 수행합니다.

주변광 센서는 자연 일광부터 형광등 및 백열등에 이르는 광범위한 광원에서 작동하므로 주변광이나 이러한 광 상태가 얼마나 빠르게 변화하는지에 상관없이 적절하게 화면을 표시하도록 디스플레이의 기능을 최적화함으로써 사용자 경험을 향상시키고 전력 소비를 절감할 수 있습니다.

실제 예

오늘날 시장에는 여러 다양한 종류의 주변광 센서가 출시되어 있으며 제품마다 고유한 장점과 단점이 있습니다. 이제 인간의 눈을 모방하는 기술을 약간씩 다르게 활용하는 몇몇 대표적인 광센서를 살펴보겠습니다.

ams-TAOS USA의 TSL2591(그림 1)은 빛의 세기를 직접 I²C 인터페이스 가능 디지털 신호 출력으로 변환하는 초고민감 광-디지털 컨버터입니다. 이 장치는 단일 CMOS 집적 회로에 한 개의 광대역 광 다이오드(가시광선 및 적외선)와 적외선 응답 광 다이오드를 결합합니다. 두 개의 통합 ADS는 광 다이오드 전류를 각 채널에서 측정된 방사 조도를 나타내는 디지털 출력으로 변환합니다. 이 출력은 마이크로 프로세서에 입력될 수 있으며, 마이크로 프로세서에서는 인간의 눈 반응을 근사화하기 위해 실험식을 사용하여 럭스 단위의 주변광 레벨이 추출됩니다. TSL 2591은 펌웨어가 삭제할 때까지 어설트 상태를 유지하는 기존의 레벨 유형 인터럽트를 지원합니다.



이 장치는 인간의 눈 반응을 근사화하고 유연성 있는 작동을 제공합니다. 그러므로 어두운 유리 후방에서 작동하는 데 적합하고, 낮은 작동 오버헤드 및 저전력 3.0μA 수면 상태를 제공합니다.

TSL2591은 2개의 광 다이오드에서 전류를 통합하는 2개의 ADC를 포함합니다. 두 채널의 통합은 동시에 수행됩니다. 변환 주기가 완료되면 변환 결과가 채널 0 및 채널 1 데이터 레지스터에 각각 전송됩니다. 이 전송은 데이터의 무결성을 유지할 수 있도록 이중 버퍼링됩니다. 전송 후, 장치는 자동으로 다음 통합 주기를 시작합니다. 신호 조정에 외부 회로망이 필요하지 않습니다. 이 장치는 디지털 방식으로 출력되기 때문에, 다른 아날로그 접근 방식과 비교하여 출력 시 잡음의 영향을 효과적으로 차단한다고 주장되고 있습니다.

ROHM의 BH1603FVC 아날로그 전류 출력 유형 주변광 센서 IC(그림 2)는 아날로그 전류 출력 주변광 센서이며 LCD 및 휴대 전화의 키패드 배경 조명을 조정하기 위한 주변광 데이터를 획득하는 데 매우 적합합니다. 이 센서는 전력 절감 및 향상된 가시성을 제공합니다.

제품 특징으로는 3.0mm x 1.6mm의 소형 표면 실장 패키지, 인간의 눈에 가까운 분광 감도, 휘도에 비례하는 출력 전류, 2.4V의 최소 공급 전압 및 내장형 차단 기능 등이 있습니다.



이 장치는 3.0mm x 1.6mm의 소형 표면 실장 패키지에 하우징되어 있으며 인간의 눈에 가까운 분광 감도, 휘도에 비례하는 출력 전류를 제공하며 2.4V의 최소 공급 전압을 사용합니다.

응용 분야에는 휴대 전화, LCD TV, 랩톱 PC, 휴대용 게임 콘솔, 디지털 카메라, PDA 및 LCD 디스플레이가 포함됩니다. 엔지니어를 지원하기 위해, ROHM은 주변광 센서를 소개하는 제품 교육 모듈을 제공합니다. 이 세션은 BH1603FVC 및 디지털 버전인 BH1710FVC를 포괄합니다.

저전력을 필요로 하는 응용 분야를 위해 Maxim의 MAX44009(그림 3)는 I²C 디지털 인터페이스를 지원하는 통합 광 다이오드 및 ADC를 포함하고 있습니다. 다이가 광학적으로 투명한 패키지에 하우징되어 있어 주변광을 측정할 수 있습니다. IC 내부에 위치한 광 다이오드가 빛을 전류로 변환하며 이 전류는 저전력 회로망에 의해 디지털 비트 스트림으로 처리됩니다. 온칩 프로그래밍 가능 차단 기능은 데이터 장치의 연속 폴링을 제거하며 이는 장치가 제공하는 전력 절감 수준의 이유가 됩니다. 이 장치는 1µA 미만의 작동 전류 기준에서 업계 최저전력 주변광 센서로 주장되고 있습니다.

이 장치는 초저전류 소비 이외에도 0.045럭스에서 188,000럭스(4,000,000:1 범위 이상)로 확장된 넓은 동적 광 범위를 제공합니다.

이 부품은 센서 기술이 인간 눈의 기능을 모방하는 데 있어 많은 진전을 보였음을 보여줍니다. 이 제품은 인간의 눈과 같은 방식으로 휘도를 감지합니다. 이 센서는 인간의 눈에서와 유사한 분광 감도를 제공합니다. 인간의 눈은 560nm(녹색)에서 최대 감도를 갖지만 파란색(~470nm) 및 빨간색(~630)에서는 훨씬 낮습니다. 인간의 눈은 적외선(>700nm) 및 자외선(<400nm)을 감지하지 못합니다.



이 적외선은 실리콘 광 다이오드에 의해 선택되므로 광 스펙트럼의 차이는 휘도 측정에 영향을 줍니다. 태양광처럼 IR이 많이 포함된 광원은 인간의 눈이 인지하는 것보다 훨씬 밝은 환경을 나타낼 수 있습니다. MAX44009는 뛰어난 IR 제거 및 내부 IR 보정 방식을 제공하므로 이러한 효과를 최소화하고 정확한 럭스 응답을 제공합니다.

주변광 센서는 가시광선에는 응답하지만 UV 또는 적외선에는 응답하지 않아야 합니다. Vishay의 TEMT6200FX01은 또한 인간 눈의 분광 감도에 가장 근접하는 것을 목표로 합니다. 실리콘 NPN 에피택시얼 플레이너 광 트랜지스터가 표면 실장을 위해 소형의 투명한 0805 패키지에 하우징되어 있으며 550nm에서 최대 감도를 갖는 인간의 눈과 매우 비슷하게 가시광선에 응답합니다. 이 장치는 가시적 범위를 초과하는 빛에 최소 감도를 나타내는 것으로 알려진 적외선 필터링 에폭시 기술을 사용합니다. 이는 백열 전구 및 할로겐 전구 같은 인공 조명 및 자연광의 적외선 요소의 간섭을 차단합니다. DigiKey 웹 사이트에서 Vishay의 주변광 센서에 대한 제품 교육 모듈을 이용할 수 있습니다.

조명 제어부터 LCD 가시성 최적화 또는 키 패드 배경 조명 제어를 통한 배터리 전력 절약에 이르기까지 엔지니어는 해당하는 모든 응용 제품 요구 사항을 충족하는 다양한 주변광 센서를 찾을 수 있습니다.

이 기사에서 설명한 부품에 대한 자세한 내용을 보려면 제공된 링크를 사용하여 DigiKey 웹 사이트의 제품 정보 페이지에 액세스하십시오.