專利名稱：環境光傳感器的散射光補償的制作方法
技術領域：
本發明涉及光傳感器裝置中的散射光補償。本發明特別地但非專
門地涉及集成到有源矩陣液晶顯示器(AMLCD)中的光電傳感器裝置。 例如，本發明發現在AMLCD顯示基板上集成環境光傳感器(ALS) 的特定應用。
背景技術：
附圖的圖2示出了典型的AMLCD的簡化橫截面。背光源是用于 照亮顯示器的光源。通過使用由薄膜晶體管(TFT)制成的電路來控制 從背光源101通過顯示器到觀看者102的光的傳送。TFT被裝配在玻 璃基板(稱之為TFT玻璃103)上，并且被操作以改變通過液晶(LC) 104層的電場。這將進而改變LC材料的光學屬性，并由此實現從背光 源101通過顯示器到觀看者102的光的選擇性傳送。
在很多利用顯示器的產品(例如，移動電話、個人數字助理(PDA)) 中，發現根據環境照明條件來控制背光源的光輸出是有用的。例如， 在低環境光照的條件下，希望降低顯示器背光源的亮度，從而也降低 顯示器的亮度。這不僅保持了顯示器輸出圖像的最優質量，還使得背 光源所消耗的功率最低。
為了根據環境光照條件來改變背光源的強度，有必要具有用于感 應環境光等級的某種裝置。用于該目的的環境光傳感器可以與TFT玻 璃基板分開。然而，將ALS集成到TFT玻璃基板上("單塊集成")常 常是有一些好處的，例如，在減少包含該顯示器的產品的尺寸、重量 以及制造成本方面。
在附圖的圖1中示出了典型的實用環境光傳感器系統，其包含以 下元件
(a)能夠將入射光轉換為電流的(多個)光電檢測元件。該光電 檢測元件的實例是光電二極管2。(b) 用于控制(多個)光電檢測元件并檢測光生電流的偏壓電路3。
(c) 用于提供表示測量的環境光等級的輸出信號(模擬或數字) 的輸出電路4。
(d) 基于測量的環境光等級，通過例如控制背光源6的強度來調 節顯示操作的裝置5。
附圖的圖3示出了光電二極管，其為具有陽極8和陰極9的兩端 器件。
對于具有單塊集成的環境光傳感器的AMLCD，所使用的基本光電 檢測器件必須與在制造顯示基板時使用的TFT處理相兼容。與標準 TFT處理兼容的已知的光電檢測器件是橫向薄膜多晶硅P-I-N 二極管， 如附圖的圖4所示。該器件由半導體材料(該情況下為多晶硅)的p 型區和半導體材料的n型區組成，該p型區形成器件的陽極8，并且該 n型區形成器件的陰極9。n型區與p型區之間是本質為半導體材料(硅) 或稍摻雜半導體材料(硅)的區域7。這樣，形成了器件的光敏部分， 其能夠將入射光轉換為電流。
為了操作該光電二極管，必須在兩個光電二極管終端之間，即陽 極8和陰極9之間施加電位差。附圖的圖5中示出了光電二極管的典 型的電流-電壓(IV)特性，包括器件在黑暗中的情況12，并且包括器 件被某光等級A照亮的情況13。在這里，施加的光電二極管偏壓是陽 極與陰極之間的電位差。
以y軸為表示光電流絕對值的對數刻度來重新畫出IV特性往往是 方便的。
附圖的圖6中示出了光電二極管IV特性，包括器件在黑暗中的情 況12、器件被某光等級A照亮的情況13、以及器件被光等級B照亮 的情況14，其中光等級B超過光等級A
從圖6可以看出，對于任何給定的操作偏壓，照射器件將改變流 經該器件的電流。對于給定偏置電壓下的器件的操作，在器件處于黑 暗中的情況下生成的電流可稱為器件的"漏電流"(或"暗電流")。在 器件被照射的情況下生成的電流可稱為"亮電流"。該"亮電流"由漏 電流和響應于入射光而產生的那部分電流(此后者的部分稱為"光電流")的和構成。
通常將光電二極管電流為0時的偏壓稱為光電二極管開路電壓，
并且對于光等級A表示為VOC(A) 38，對于光等級B表示為VOC(B) 39。開路電壓是光等級和溫度的函數，其隨著光等級的增加而增加， 并且隨著溫度的增加而降低。在入射光等級為0的特殊情況下，開路 電壓被稱為內建電壓Vbi 37。在薄膜光電二極管的很多實施方式中， 內建電壓等于或幾乎等于0伏。由于二極管電流的光生分量的符號總 為負，因此總是VOOVbi。
以多晶硅TFT處理制造的光電二極管通常具有較低的靈敏度，這 有兩個主要原因
1. 光電流通常很小，其一般為薄膜半導體材料的厚度所限制。
2. 漏電流通常很大，這一般是由半導體材料中缺陷態的高密度導 致的。
在很多應用中，光電二極管的靈敏度限制是由光電流和漏電流的 相對貢獻來確定的。如果光電流小于漏電流，那么將難以檢測。另外， 漏電流通常在很大程度上依賴于溫度，其隨著溫度的增加而增加。因 此，傳感元件為薄膜多晶硅光電二極管的環境光傳感器，很可能表現 出較差的靈敏度，尤其是在較高的操作溫度下。
光電二極管不是用于將入射光轉換為電流的唯一可能的光傳感器 裝置。 一種可選的已知可能是光電晶體管，其漏源電流為入射光等級 的函數。光電晶體管可以在使柵極連接于漏極、源極、 一些其它外部 偏壓電源的情況下，或者在使柵極浮動的情況下進行操作。
另一種可能的光敏器件是光敏電阻(電阻為入射光等級的函數的 器件)，而且還存在各種其它可能。
為了使諸如薄膜光電二極管的光電檢測元件的靈敏度最大，有利 的情況是對光電檢測元件進行偏壓，使得光電流對漏電流的比值最 大，gP，以器件的內建電壓進行偏壓。
附圖的圖7示出了一種已知的電路實施方式，其用于以0伏對光
傳感器件進行偏壓，并測量生成的電流。該電路包含以下元件
暴露于環境光的光電二極管7 ，標準結構的運算放大器51 積分電容器Qnt 52 開關S1 53
*標準結構的模數轉換器(ADC) 81。 該電路的操作如下
，在積分周期開始之前，閉合開關S153。這樣將橫跨積分電容器 CINT 52的電位重置為0伏。
在積分周期開始時斷開開關Sl 53。
*操作運算放大器51使得(在理想情況下)反相輸入端和非反相 輸入端之間的電位差為O。因此，在運算放大器51的非反相輸入端處 產生O伏的電位。
由于光電二極管7的陰極為0伏，橫跨光電二極管7兩端產生0 伏的電位差。
在積分周期的期間，檢測光電二極管根據入射到其上的環境光
的強度生成電流Ip。然后，將該電流積分到積分電容器CjNT上。
*然后，對積分周期的開始與結束之間的運算放大器51的輸出端
處的電壓變化進行采樣。該電壓變化等于Ip/CjNT乘以積分時間。
*然后，ADC 81將比較器(comparator)的輸出端處的電壓等級 轉換為數字輸出。該數字輸出則表示測量的環境光等級。
用于以0伏對光傳感器裝置進行偏壓并測量所生成電流的已知電 路實施方式的另一實例是跨阻抗放大器，如附圖的圖8所示。該電路 包含以下元件
暴露于環境光的光電二極管7
*標準結構的運算放大器51
反饋電阻器Rf130
*標準結構的模數轉換器(ADC) 81。
該電路的操作如下
*操作運算放大器51進行使得(在理想情況下)反相輸入端與非 反相輸入端之間的電位差為0。因此，在運算放大器51的非反相輸入 端處產生O伏的電位。
由于光電二極管7的陰極為0伏，橫跨光電二極管7兩端產生 0伏的電位差。 檢測光電二極管根據入射到其上的環境光的強度生成電流IP。
由于沒有電流可以流入運算放大器的反相輸入端，電流Ip經過
反饋電阻器Rpl30。因此，在運算放大器51的輸出端處生成電位-IpRF。
然后，ADC 81對運算放大器51的輸出端處的電壓進行采樣和
用于以0伏對光電傳感器裝置進行偏壓并測量所生成電流的電路 實施方式的另一實例是前饋技術，在"Circuit Techniques for Reducing the effects of Op-amp Imperfections: Autozeroing, correlated Doubling Sampling and Chopper Stabilisation (用于減少運算放大器缺陷的效果的 電路技術自動調零、相關的雙重取樣和斷路器穩定)"，Christian C. Enz 禾口 Gabor C. Temes， Proceedings of the IEEE， vol. 84， No, 11. November 1996. pp 1584-1614中描述了該前饋技術，并且在附圖的圖9中示出。 該電路包含以下元件
暴露于環境光的光電二極管7
，標準結構的運算放大器51
標準結構的第二指零放大器131
單刀雙擲(SPDT)開關S2 135
單刀雙擲開關S3 134
電容器Q 132
電容器C2 133
積分電容器QnT52
開關Sl 53
"標準結構的模數轉換器(ADC) 81。 該電路的操作如下
*在操作的第一階段中，如圖9所示，開關S3被設定在較高位置， 并且開關S2被設置在較低位置。在這些條件下，指零放大器131自動 調零，并且橫跨電容器Cl 132兩端生成指零放大器131的失調電壓。
*在操作的第二階段中，開關S3被設定在較低位置，并且幵關S2 被設置在較高位置。然后，在指零放大器131對其自身的失調電壓進 行調零的同時，對運算放大器51的失調電壓進行采樣并將其保持在電 容器C2上。，然后，閉合開關S1，使得以與對圖7的標準積分器配置所描述 的完全相同的方式對光電流Ip進行積分。
使用前饋技術的一個優點是低失調指零放大器131可以被用來
傳感運算放大器51的任何失調電壓，并且生成校正電壓，該校正電壓 隨后被施加到運算放大器51的非反相輸入端上以消去運算放大器51 自身的失調電壓。
圖9中的示出前饋技術與圖7的積分器配置相結合。對于本領域 技術人員來說顯而易見的是，前饋技術可以同樣容易地與圖8中示出 的TIA配置相結合。
用于以0伏對光傳感器裝置進行偏壓并測量所生成電流的電路實 施方式的另一實例，是附圖的圖IO中示出的電路。 該電路包含以下元件
暴露于環境光的光電二極管7
，標準結構的運算放大器51
標準結構的第二運算放大器151
積分電容器CINT52
開關S1 53
，標準結構的模數轉換器(ADC) 81。
第二運算放大器151被配置為具有單位增益，因而對第一運算放 大器51的反相端與地之間的連接進行緩沖。然后，該電路的操作與已 對圖7的標準積分電路描述的操作完全相同。
為了使對入射環境光的靈敏度最大，圖7-10的電路的實際實施方 式通常要求橫跨光電二極管兩端的偏壓高度精確地維持在0。實際上， 由于電路元件不是理想的，圖7的電路的精確實施可能難以實現。尤 其是在要求將電路元件集成到TFT基板上的情況。如附圖的圖11所示， 我們的共同未決的英國專利申請第0619581.2號描述了一種方法，用于 通過以串聯方式連續連接多個光電二極管元件來降低精確偏壓要求。
除了獲得光電流對漏電流的足夠高的比值以外，很多應用中的其 它實際困難是要求補償光測量電路以抵消不需要的("散射")光的影 響。例如，在集成到AMLCD中的ALS中，除了正被檢測的環境光以 外，光傳感器元件同樣也經受散射光。該散射光可以來自于(例如)顯示器背光源，并且設法進入光電二極管，例如通過玻璃基板內的或 來自光電二極管周圍的反射結構(諸如金屬層)的單次或多次反射。 當光傳感器被集成到即使是精心設計的顯示器中時，需要特別注意散 射光的影響，因為很難將散射光最小化到可以與最低可檢測環境光等 級相比的等級，或者最小化到低于最低可檢測環境光等級的等級。
在這樣的系統中，任何補償散射光影響的嘗試都必須是動態的， 即，所使用的補償方法必須能夠進行調節。這是因為通常散射光的量 將取決于背光源的設定亮度，該背光源響應于環境光照條件而對其自 身進行控制。
現在將描述用于校正光電傳感器輸出以處理漏電流和散射光的問 題的多個補償方案。
以下現有技術描述了一些發明，利用它們控制橫跨光電二極管兩 端的偏壓，使得作為光電傳感器的器件的靈敏度最大。
EP1128170A1描述了一種方法，利用該方法測量通過光電二極管 的電流并將其與參考值進行比較。然后，根據測量的電流是否高于或 低于該預定的參考值來調節光電二極管偏壓電路。可以在相對寬的范 圍內調節光電二極管偏壓以克服入射光等級的較大變化。因此，在較 低的入射光等級下，通過選擇適當的參考值，光電二極管可以在其最 靈敏的區域內操作，對于較高的入射光等級，可以改變偏壓以避免輸 出信號的飽和。
US20050205759A1描述了通信系統中的光接收器，并且描述了如 何通過反饋回路和數字域中的信號處理可以動態地控制光電傳感器偏 置電壓，以便使選擇的檢測性能參數值最優化。
US20030122533A1描述了一種基于生成的電流的測量來控制施加 在光電二極管兩端的偏壓的電路。在該情況下，所描述的偏壓電路滿 足在大范圍內改變施加的偏壓的要求。所采用的用于確定要設定的偏 壓的方法類似于EP1128170A1和US20050205759A1，基于光電二極管 電流的檢測和反饋機制的使用。
US20060119424A1描述了在運算放大器的輸入端處利用單個光電 二極管傳感器的失調補償方案。通過執行光電二極管測試以及隨后在 可變電阻器和電流源中進行切換以改變光電二極管的偏壓條件來補償系統的失調電壓。
以上的現有技術 EP1128170A1 、 US20050205759A1 、 US20030122533A1、US20060119424A1都只使用了單個光電傳感元件， 根據測量條件來調節該光電傳感元件的操作偏壓。這些方案的缺點在 于它們的實際電路實施方式的復雜性、以及它們為了執行補償所需要 的處理功率量。特別地，由于需要被單塊集成的電路元件的數目和性 能要求，這意味著這些方案將不是非常適合于集成到AMLCD中。另 一個缺點是這些方案可能很不適合于在對于補償的要求會經常改變 (例如，由于環境光等級和/或溫度的改變)的環境中操作。
用于補償散射照射的影響的一種不同的通用技術是，將第二光傳 感器元件結合到AMLCD中。AMLCD從而包含兩個光傳感元件，例 如可以是兩個光電二極管。采用該技術，圖4所示的、稱為"檢測光 電二極管"的第一光電二極管被暴露于入射環境光。我們將附圖的圖 12所示的第二光電二極管稱為"參考光電二極管"。通過某裝置，例如 用阻光層21，將參考光電二極管的光敏區與入射環境光隔離。
實際上，該阻光層可以由在AMLCD制造處理中使用的任何一個 或多個不透明層構成。例如，它可以是用于制造顯示器電子設備的金 屬層，或者可以是不透明樹脂層，諸如一般在顯示器制造中使用的黑 矩陣(BM)層。其還可以由任何不透明材料構成，該不透明材料與顯 示基板分開，并且被設置在顯示基板與入射環境光之間。
附圖的圖13中示出了在AMLCD處理中制造的檢測和參考光電二 極管的示例性結構。我們的共同未決的英國專利申請第0702346.8號描 述了一種方法，其用于在AMLCD處理中制造在電學和光學上非常匹 配的檢測和參考光電二極管。
檢測光電二極管根據三個貢獻分量來生成總電流 (O由于環境光的檢測而生成的光電流
(ii) 由于散射光的檢測而生成的光電流
(iii) 漏電流。
另一方面，參考光電二極管與環境光隔離，因此生成的電流只由 分量(ii)禾B (iii)引起。
例如在EP1394859A2中，使用兩個光電二極管傳感器元件來補償散射光和暗信號的影響是眾所周知的，其中一個光電二極管作為檢測 傳感器元件，而另一個作為參考傳感器元件。
對于使用雙光電二極管技術的成功補償的一般要求是檢測和參 考光電二極管在電學和光學上非常匹配。為了在電學上非常匹配，對 于給定的偏置電壓、工作溫度和入射光等級，兩個光電二極管必須具 有標稱(nominally)上相同的IV特性。為了在光學上非常匹配，檢測 和參考光電二極管應當經受標稱上相同等級的散射光。
如果檢測和參考光電二極管被設計為在電學上和光學上非常匹 配，它們的輸出的差值可用于確定環境光等級，從而補償散射照射的 影響。另外，由于在檢測和參考裝置中漏電流標稱上相同，并因而在 執行減法時抵消，該補償方案可用于補償漏電流的影響(以及其隨溫 度的變化)。
下面的現有技術涉及結合檢測和參考光電二極管的輸出以計算環 境光等級的方法。
日本專利申請JP2005-132938描述了一種方案，利用該方案在電壓 域中使來自各檢測和參考光電二極管的輸出電流相減，如附圖的圖14 所示。術語"在電壓領域中相減"表示各檢測和參考光電傳感器所生 成的輸出電流首先被轉換為模擬電壓信號，然后這些電壓相減。
測量電路通過將參考光電二極管20的輸出電流積分到第一電容器 101上并且將檢測光電二極管7的輸出積分到第二積分電容器102上來 操作。那么，這些電容器兩端產生的偏壓是比較器81的輸入端處的偏 壓。因此，兩個電容器兩端產生的電壓彼此相減，使得輸出的電壓信 號與它們之間的差值成比例。結果是，電路測量取決于入射到檢測和 參考光電二極管上的光等級之間的差值的電壓。
圖16A中以圖形的方式舉例說明電流域中的減法，圖16A顯示了 以參考和檢測光電二極管(前者只接收散射光，而后者接收散射光和 環境光)所施加的光電二極管偏壓對光電二極管電流絕對值(對數刻 度)做出的代表性曲線。在說明性的實例中，將OV的偏置電壓施加于 兩個光電二極管，使得從檢測光電二極管得到電流讀數II，并且從參 考光電二極管得到電流讀數12。這兩個電流11一12之間的差值表示環 境光單獨的貢獻。利用該方法，當由散射光等級生成的電流變得相當于或大于由裝 置正嘗試檢測的環境光等級生成的光電流時，精確地執行減法運算變 得困難。另外，在由環境光等級生成的電流相當于或小于由泄漏和散 射光分量的組合引起的電流的情況下，精確的減法要求檢測和參考光 電二極管在電學上和光學上都高度精確地匹配。這是因為在相減的結 果中將體現出漏電流的任何差別、或者由于兩個器件不匹配而導致的 散射光所產生的電流的任何差別。
US2006180747描述了相似的減法方法，其具有附加提出的改進 在減法之前，來自檢測和參考光電二極管的測量輸出首先被轉換為電 壓，然后被轉換為數字信號。該方案存在如上所述的相同缺點。
WO02103938描述了在差分跨阻抗放大器的輸入端處使用檢測和 參考光電二極管的失調補償方案。該方案本質上是電壓減法方法，并 且因此存在和前述其它減法方案相同的缺點。
如附圖的圖15所示，US5117099描述了一種方案，利用該方案， 來自檢測和參考光電二極管的電流在電流域中相減。這是通過將檢測 和參考光電二極管設置成回路來實現的，其中檢測光電二極管的陽極 連接于參考光電二極管的陰極24，并且檢測光電二極管的陰極連接于 參考光電二極管的陽極25。
US6903362B2也描述了一種用于在電流域中相減的方案，利用該 方案，檢測和參考光電二極管的陰極連接在一起，并且它們的陽極與 差分電流放大器的終端連接。因此，輸出是兩個光電二極管所生成的 電流之間的差值。
"LTPS Ambient Light Sensor with Temperature Compensation (具有 溫度補償的LTPS環境光感應器)"S. Koide， S. Fujita， T. Ito， S. Fujikawa, T. Matsumoto， Proceedings of 13th International Display Workshop Volume 2 (Dec 2006) (p689-690)描述了一種集成在AMLCD上的環境光傳感 器。在這里，用暴露于環境光的檢測光電二極管和與環境光隔離的參 考光電二極管來實施檢測和參考光電二極管。如附圖的圖16B所示， 以三端配置的形式來設置光電二極管，其中參考光電二極管的陽極與 檢測光電二極管的陰極連接在一起以形成一個端，檢測光電二極管的 陽極形成第二個端，并且參考光電二極管的陰極形成第三個端。因此，來自這兩個光電二極管的輸出在電流域中相減。
US5117099、 US6903362B2和WO 02103938中所描述的系統與在 日本專利申請JP2005-132938禾卩US2006180747中所描述的系統相比 較，前者的優點在于在電流域中執行減法可能比在I-V轉換之后執 行減法更精確。然而，這些電流減法方法還是存在日本專利申請 JP2005-132938中提到的固有缺點，特別是當環境光等級小于散射光等 級或漏電流時，精確地執行必要的減法變得很困難。
光電二極管連接成環路的US6903362B2的系統也存在如下缺點 光電二極管兩端所維持的偏壓需要被十分精確地保持在0伏。該電壓 與0伏的任何偏離將導致光電二極管之一被略微地正向偏壓，而另一 個被略微地反向偏壓，從而使得來自兩個光電二極管的暗電流將不再 正好相互消除。
希望解決至少一些在上文中確定的與現有技術相關的技術問題。
發明內容
根據本發明的第一方面，提供一種補償具有檢測光電傳感器和參 考光電傳感器的光傳感器中的散射光的方法，該參考光電傳感器用于
補償投射在檢測光電傳感器上的散射光，并且該方法包括至少部分 地利用參考光電傳感器來確定施加到檢測光電傳感器上的偏置電壓。
該方法可以包括根據被施加了檢測光電傳感器偏置電壓的檢測 光電傳感器所生成的電流來確定要由傳感器傳感的光等級。
該方法可以包括根據投射在參考光電傳感器上的散射光的量來 確定檢測光電傳感器偏置電壓。
該方法可以包括利用參考光電傳感器，將檢測光電傳感器偏壓 至其基本上最靈敏的工作區域中。
該方法可以包括利用參考光電傳感器對檢測光電傳感器進行偏 壓，以便有助于使要傳感的光等級非零時生成的電流與要傳感的光等 級為零時生成的電流的比值最大化。
該方法可以包括從與參考光電傳感器有關的參考電壓中導出檢 測光電傳感器偏置電壓。
參考電壓可以是在參考光電傳感器兩端產生的基本開路電壓。參考電壓可以是需要被施加到參考光電傳感器上，使得基本為 零的電流流經該參考光電傳感器的偏置電壓。
該方法可以包括向參考電壓施加失調電壓。
在失調電壓被施加到參考電壓上的情況下，可以認為失調電壓包 括在從其導出檢測光電傳感器偏置電壓的參考電壓中。
該方法可以包括將檢測光電傳感器偏置電壓設置為與參考電壓 基本相同。
該方法可以包括利用運算放大器從參考電壓中導出檢測光電傳 感器偏置電壓。
檢測光電傳感器和參考電壓可以被可操作地連接到運算放大器的 各輸入端，其中運算放大器被設置為傾向于使各輸入端處的電壓相等， 從而傾向于使施加到檢測光電傳感器上的偏置電壓等于參考電壓。
運算放大器可以是第一運算放大器，并且該方法可以包括利用 與第一運算放大器成前饋配置的第二運算放大器來傳感和校正第一運 算放大器的失調電壓。
運算放大器可以是第一運算放大器，并且該方法可以包括利用 第二運算放大器將參考電壓緩沖到第一運算放大器上。
運算放大器可以是第一運算放大器，并且該方法可以包括使用 可操作地連接在參考光電傳感器與地之間的第二運算放大器。
運算放大器可以是第一運算放大器，并且該方法可以包括使用 可操作地連接在參考光電傳感器與檢測光電傳感器之間的第二運算放
大器°
該方法可以包括存儲參考電壓，并且根據被施加了參考光電傳 感器偏置電壓的參考光電傳感器所生成的電流來確定要由傳感器傳感 的光等級，利用與用于從參考電壓中導出檢測光電傳感器偏置電壓的 電路基本相同的電路，從存儲的參考電壓中導出參考光電傳感器偏置 電壓。
該方法可以包括根據檢測和參考光電傳感器電流的相減運算來 確定要由傳感器傳感的光等級。
該方法可以包括將電流轉換為各自的數字值，并且在數字域中 執行相減運算。該方法可以包括利用電容器來存儲參考電壓。
參考光電傳感器可以是第一參考光電傳感器，光傳感器具有也用 于補償投射在檢測光電傳感器上的散射光的第二參考光電傳感器。
該方法可以包括從參考電壓中導出施加到第二參考光電傳感器 上的偏置電壓。
該方法可以包括根據第二參考光電傳感器所生成的電流來確定 要由傳感器傳感的光等級。
該方法可以包括根據第二參考光電傳感器電流與檢測光電傳感 器電流之間的和值或差值來確定要由傳感器傳感的光等級。
可以在將各電流轉換到數字之后在數字域中產生和值或差值。
第二參考光電傳感器和檢測光電傳感器可以可操作地并行連接。
光電傳感器可以各自包括至少一個光敏元件。
至少一個光電傳感器可以包括多個光敏元件。
至少兩個光電傳感器可以各自包括多個光敏元件。
在第一光電傳感器的內部元件節點與第二光電傳感器的內部元件 節點之間可提供至少一個交叉連接。
第 一光電傳感器可以是檢測光電傳感器，并且第二光電傳感器可 以是參考光電傳感器。
第一光電傳感器可以是檢測光電傳感器，并且第二光電傳感器可 以是第二參考光電傳感器。
第一光電傳感器可以是第一參考光電傳感器，并且第二光電傳感 器可以是第二參考光電傳感器。
可以以串聯的方式連接光敏元件。
光敏元件或各光敏元件可以包括光電二極管。
光敏元件或各光敏元件可以包括橫向光電二極管。
光敏元件或各光敏元件可以包括光電晶體管。
光敏元件或各光敏元件可以包括薄膜光敏元件。
光敏元件或各光敏元件可以包括硅薄膜光敏元件。
參考光電傳感器的物理尺寸可以不同于檢測光電傳感器的相應的 物理尺寸。
物理尺寸可以是寬度。參考光電傳感器寬度可以小于檢測光電傳感器寬度。 參考和檢測光電傳感器可以標稱上適應于彼此相同。 根據本發明的第二方面，提供一種操作具有檢測光電傳感器和參 考光電傳感器的光傳感器的方法，其包括通過至少部分地使用參考 光電傳感器來確定施加到檢測光電傳感器上的偏置電壓，利用根據本 發明第一方面的方法來補償投射在檢測光電傳感器上的散射光。
在參考光電傳感器被設置為基本只接收散射光的情況下，檢測光 電傳感器可以被設置為接收要由傳感器傳感的光和散射光。
根據本發明的第三方面，提供一種測量光等級的方法，其包括 利用根據本發明第一或第二方面的方法來提供對基本上消除了散射光 影響的光等級的測量。
要傳感的光可以包括環境光。
根據本發明的第四方面，提供一種操作顯示裝置的方法，其包括 利用根據本發明第一、第二或第三方面的方法來確定環境光等級，并 且根據確定的環境光等級來控制顯示裝置的屬性。
屬性可以包括顯示裝置的亮度。亮度可以由顯示裝置的背光源的 強度或者構成顯示裝置(諸如在有機發光二極管或OLED中)的顯示 面板的發射顯示元件的亮度來產生。
散射光可以來自背光源或發射顯示元件，視情況而定。
屬能可以包括顯示裝置的伽瑪值。
根據本發明的第五方面，提供一種包括檢測光電傳感器和參考光 電傳感器的光傳感器，該參考光電傳感器用于補償投射在檢測光電傳 感器上的散射光，并且該傳感器適應于至少部分地利用參考光電傳感 器來確定施加到檢測光電傳感器上的偏置電壓。
根據本發明的第六方面，提供一種顯示裝置，其包括背光源和 根據本發明第五方面的用于確定環境光等級的光傳感器、以及用于根 據確定的環境光等級來控制背光源強度的裝置。
散射光可以來自于背光源。
顯示裝置可以包括在其上設置有顯示電路的顯示基板，并且光傳 感器可以被設置在該顯示基板上。
在本發明的上述各方面中，詞語"電壓"可以改寫為"電流"，反之亦然。
因此，根據本發明的第七方面，提供一種補償具有檢測光電傳感 器和參考光電傳感器的光傳感器中的散射光的方法，該參考光電傳感 器用于補償投射在檢測光電傳感器上的散射光，并且該方法包括至 少部分地利用參考光電傳感器來確定施加到檢測光電傳感器上的偏壓 量。偏壓量可以是模擬偏壓量。該量可以是電壓，或者可以是電流。 與上述第二到第六方面描述的優選特征相對應的特征也可以應用于第 七方面，并且與上述第二到第六方面描述的其它方面相對應的方面也 可以應用于第七方面。
本發明的實施方式涉及將檢測和參考光電二極管的輸出相結合， 以便在補償散射光影響的同時測量入射的環境光等級的方法。
如在背景技術部分中已描述的，實施本發明的補償方法使用至少 兩個光檢測器元件(或兩組光檢測器元件)參考光電傳感器和檢測光 電傳感器，它們通常為光電二極管，但不限于此。
實施本發明的補償方法如下進行操作橫跨參考光電二極管的兩 端生成的開路電壓被用來對檢測光電二極管進行偏壓。然后測量檢測 光電二極管生成的電流。該電流表示入射到檢測光電二極管上的環境 光等級；已經補償了散射光的影響。
因為電路操作溫度和散射光等級都隨著背光源強度的變化而改 變，VOC(A)可在操作時變化，因此用于測量VOC(A)以及將該偏壓施
加到檢測光電二極管上的電路優選為動態的。
在圖17A中以圖形的方式舉例說明了根據本發明實施方式的電流 域中的減法，圖17A示出了以參考和檢測光電二極管(前者基本只接 收散射光，而后者接收散射光和環境光)所施加的光電二極管偏壓對 光電二極管電流絕對值(對數刻度上)做出的代表性關系曲線。根據 本發明的實施方式可以看出，基于參考光電二極管的操作，為參考和 檢測光電二極管選擇偏置電壓。這與圖16A中說明的現有技術實例形 成對比，在該現有技術實例中，OV的偏置電壓被施加到兩個光電二極 管上，要求計算兩個電流II與12之間的差值以提取環境光單獨的貢獻。 通過本發明的實施方式，有效地設置了諸多因素以使得圖16A的I2為 0，從而不再需要差值計算電流Il自身表示環境光單獨的貢獻。在從參考光電二極管導出偏置電壓時已經提取出了散射光的貢獻，使曲線
圖更接近圖17B中說明的情況，其中完全沒有散射光貢獻。
圖17C是本發明的實施方式如何操作的示意圖。實施本發明的方
法有效地包括兩步(1)測量隔離的(參考)光電二極管中電流為0
時的偏壓；以及(2)將該偏壓"復制"或施加到檢測光電二極管上(并
且隨后測量通過檢測光電二極管的電流)。
實施本發明的散射光補償方法的一個優點是它避免了必須從檢
測光電二極管中測得的電流減去在(主)參考光電二極管中測得的電
流的要求。
該優點特別適于在以下情況中操作環境光等級相對于散射光等 級較小；將兩個很相似的電流相減的操作可能導致最終結果中的明顯 誤差，尤其是當兩個光電二極管不相匹配時。
本發明實施方式的第二個優點與第一個優點密切相關，該優點是: 檢測傳感器元件被偏壓至其最靈敏的工作區域中，即，使在環境光等 級非零時生成的電流與在環境光等級為零時的電流的比值最大。因此， 檢測和參考光電二極管的漏電流中的任何失配的影響都不如例如在一 些反向偏置電壓下操作的光電二極管的情況(例如現有技術的日本專 利申請JP2005-132938)明顯。由于參考光電二極管的開路電壓隨著溫 度相應地變化，該補償方法還自動地補償漏電流的溫度相關性。
本發明實施方式的第三個優點是不同于基于減法的參考方法， 由于參考光電二極管不生成電流，參考光電二極管沒有必要具有和檢 測光電二極管相同的寬度。因此， 一些實施方式中的參考光電二極管 可以被構造成具有比檢測光電二極管寬度w2小很多的寬度wl，即 w2 wl。使 2>> 1的優點在于與其它參考方案相比，減少了環境 光傳感器系統所需要的面積。
現在將通過實施例來參考附圖，其中
圖1，如上文所述，示出現有技術具有集成的環境光傳感器的
AMLCD;
圖2，亦如上文所述，示出現有技術典型AMLCD的橫截面；圖3，亦如上文所述，示出現有技術光電二極管；
圖4，亦如上文所述，示出現有技術薄膜PIN光電二極管的結構;
圖5，亦如上文所述，示出現有技術光電二極管的典型IV特性;
圖6,亦如上文所述，示出現有技術光電二極管的典型IV特性， 其中在對數刻度上以電流絕對值作圖7，亦如上文所述，示出現有技術用于以0伏對光電二極管進 行偏壓并且測量電流的典型電路實施方式積分器電路；
圖8，亦如上文所述，示出現有技術用于以0伏對光電二極管進 行偏壓并且測量電流的典型電路實施方式跨阻抗放大器電路；
圖9，亦如上文所述，示出現有技術用于以0伏對光電二極管進 行偏壓并且測量電流的典型電路實施方式具有前饋的積分器電路；
圖10，亦如上文所述，示出現有技術用于以0伏對光電二極管 進行偏壓并且測量電流的典型電路實施方式具有單位增益緩沖器的 積分器電路；
圖11，亦如上文所述，示出現有技術以串聯方式連接的多個光 電二極管；
圖12，亦如上文所述，示出現有技術具有阻光層的光電二極管;
圖13，亦如上文所述，示出現有技術AMLCD處理中的檢測和 參考光電二極管；
圖14，亦如上文所述，示出現有技術通過兩個測量信號相減而 加入散射光補償的光傳感器；
圖15，亦如上文所述，示出現有技術具有由電流域中的減法實 現的散射光補償的光傳感器；
圖16A，亦如上文所述，示出現有技術電流域中的減法的圖形 說明；
圖16B，亦如上文所述，示出現有技術具有由電流域中的減法 實現的散射光補償的光傳感器；
圖17A、 17B和17C，亦如上文所述，用于解釋本發明實施方式的 一般概念；
圖18A示出第一實施例的可能的電路實施方式； 圖18B示出第二實施例的可能的電路實施方式；圖19示出第三實施例的可能的電路實施方式； 圖20示出第四實施例的可能的電路實施方式； 圖21示出第五實施例的可能的電路實施方式； 圖22示出第六實施例的可能的電路實施方式； 圖23示出第七實施例的可能的電路實施方式； 圖24示出第八實施例的可能的電路實施方式； 圖25示出第九實施例的可能的電路實施方式； 圖26示出第十實施例的可能的電路實施方式； 圖27示出第十一實施例的可能的電路實施方式； 圖28示出第十二實施例的可能的電路實施方式； 圖29示出第十三實施例的可能的電路實施方式； 圖30示出第十四實施例的可能的電路實施方式； 圖31示出第十五實施例的可能的電路實施方式； 圖32示出第十六實施例的可能的電路實施方式； 圖33示出第十七實施例的可能的電路實施方式； 圖34示出第十八實施例的可能的電路實施方式； 圖35示出第十九實施例的可能的電路實施方式； 圖36示出第二十實施例的可能的電路實施方式； 圖37示出第二十一實施例的可能的電路實施方式； 圖38示出第二十二實施例的可能的電路實施方式； 圖39示出第二十六實施例的可能的電路實施方式； 圖40示出第二十七實施例的可能的電路實施方式；
具體實施例方式
第一實施例由光傳感器電路構成，該光傳感器電路包括以下元件 暴露于環境光的檢測光電傳感器元件； 與環境光隔離的參考光電傳感器元件； 與檢測和參考光電傳感器元件連接的測量電路。
檢測和參考光電二極管可以被設計為標稱上相同，并且在電學和 光學上都非常匹配。
如圖12所示使用阻光層，使得檢測光電二極管暴露于環境光和散射光，而參考光電二極管只暴露于環境光。 光傳感器電路的操作如下
(i) 測量電路測量需要施加在參考光電傳感器元件的兩端之間以 使得基本為零的電流流經參考光電傳感器元件的偏壓。那么，測量電 路為了實現該目的而需要施加的偏壓基本等于參考光電傳感器元件的 開路偏壓VOC(A)。
(ii) 然后，測量電路將相同的開路偏壓VOC(A)施加到檢測光電 傳感器元件的兩端。
(iii) 然后，在于檢測光電傳感器元件的兩端施加VOC(A)的同時， 測量電路測量流經該檢測光電傳感器元件的電流Ip。表示Ip的測量輸 出被標記為Op。
那么，測量的輸出Op表示環境光等級。
圖18A中示出用于實施該實施例的電路的實例。該電路包含以下 元件-
暴露于環境光的"檢測"光電二極管7
與環境光隔離的"參考"光電二極管20
*標準結構的運算放大器51
積分電容器Cint 52
開關S1 53
標準結構的ADC81。
檢測光電二極管7的陽極與連接于地的參考光電二極管20的陽極 連接。參考光電二極管20的陰極與運算放大器51的非反相輸入端連 接。檢測光電二極管7的陰極與運算放大器51的反相輸入端連接。開 關S1 53連接在運算放大器51的反相輸入端與輸出端之間。積分電容 器52連接在運算放大器51的反相輸入端與輸出端之間。ADC81與運 算放大器51的輸出端連接。
該電路的操作如下
*在積分周期開始之前，閉合開關S153。這將積分電容器QNT52 兩端的電位重置為0伏。
在積分周期開始時，開關Sl 53斷開。
將參考光電二極管20連接在零電位與運算放大器51的非反相端之間。由于(理想情況下)運算放大器51在其輸入端具有零輸入電
流，在參考光電二極管20的兩端生成等于該參考光電二極管20的負 開路電壓的偏壓。該開路電壓VOC(A)取決于入射到參考光電二極管 20上的散射光的量。
*操作運算放大器51，使得(理想情況下)反相與非反相輸入端 之間的電位差為零。因此，在運算放大器51的非反相輸入端處產生負 VOC(A)的電位。
由于檢測光電二極管7的陰極在0伏電壓下，在檢測光電二極 管7的兩端產生VOC(A)的電位差。
在積分周期的期間，檢測光電二極管根據入射到其上的環境光 的強度生成電流Ip。然后，如現有技術中所描述的，對該電流進行積 分和測量。那么，ADC 81的輸出端處的數字輸出Op就表示環境光等 級。
對于本領域技術人員來說明顯的是，存在圖18A的示意性電路的 多種可能的替代實施方式。
由于只需要向如現有技術所述的標準積分器電路添加單個附加電 路元件(參考光電二極管)，第一實施例除了前面述及的那些優點以外， 一個優點是其簡單性。
第二實施例由光傳感器構成，該光傳感器包括以下元件
暴露于環境光的檢測光電傳感器元件
與環境光隔離的參考光電傳感器元件
與檢測和參考光電傳感器元件連接的測量電路
用于將兩個數字信號存儲并相減的減法電路。
該實施例的光傳感器電路的操作如下
(i) 測量電路測量需要施加在參考光電傳感器元件的兩端之間以 使得基本為零的電流流經參考光電傳感器元件的偏壓。那么，參考傳 感器電路為了實現該目的而需要施加的偏壓基本等于參考光電傳感器 元件的開路偏壓VOC(A)。
(ii) 測量電路測量在這些偏壓條件下流經參考光電傳感器兩端之
間的電流ID。表示lD的測量輸出為OD。
(iii) 然后，測量電路施加通過參考光電傳感器元件測得的相同的開路偏壓VOC(A)，并將其施加到檢測光電傳感器元件的兩端。
(iv)然后，在于檢測光電傳感器元件的兩端施加VOC(A)的同時， 測量電路測量流經檢測傳感器元件的電流Ip。表示IP的測量輸出為Op。
(V)然后，減法電路測量兩個輸出之間的差值OT^Op-OD。 那么，測量的輸出OT表示環境光等級。
圖18B中示出用于實施該操作的電路的實例。該電路包含以下元
件
暴露于環境光的"檢測"光電二極管7
與環境光隔離的"參考"光電二極管20
*標準結構的運算放大器51
積分電容器Qnt52
開關S1 53
開關S2 32
開關S3 50
存儲電容器CH 59
開關S4 40
開關S5 47
，標準結構的模數轉換器81 (ADC)電路
，用于將兩個數字信號存儲并相減的標準結構的數字減法電路83。 檢測光電二極管7的陽極與連接于地的參考光電二極管20的陽極 連接。參考光電二極管20的陰極與開關S2 32的第一端連接。開關S2 32的第二端與運算放大器51的非反相輸入端連接。存儲電容器59連 接在運算放大器51的非反相輸入端和地之間。開關S4 40連接在運算 放大器51的非反相輸入端和地之間。檢測光電二極管7的陰極與開關 S5 47的第一端連接。開關S5 47的第二端與運算放大器51的反相輸入 端連接。開關Sl 53連接在運算放大器51的反相輸入端和輸出端之間。 積分電容器52連接在運算放大器51的反相輸入端和輸出端之間。開 關S3 50連接在參考光電二極管20的陰極和運算放大器51的反相輸入 端之間。ADC 81與運算放大器51的輸出端連接。數字減法電路83與 ADC81的輸出端連接。
該電路的操作有七個階段(i)第一重置階段、(ii) VOC(A)確定階段、(iii)第一積分階段、(iv)第一讀數階段、(V)第二重置階段、 (Vi)第二積分階段、以及(vii)第二讀數階段。詳細操作如下 *在重置階段期間，開關S1 53和S4 40閉合，并且開關S2 32、 S3 50和S5 47斷開。這將積分電容器qnt兩端的電位以及存儲電容器
CH兩端的電位重置為O伏。
當VOC(A)確定階段開始時，開關S4 40斷開并且開關S2 32閉 合。由于(理想情況下)沒有電流可以流入運算放大器51的非反相輸 入端，在存儲電容器CH59的兩端產生電壓VOC(A)，該電壓等于參考 光電二極管20的開路電壓。該開路電壓VOC(A)取決于入射到參考光 電二極管20上的散射光的量。
當VOC(A)確定階段結束時，開關S2 32斷開。
當第一積分周期開始時，開關Sl 53斷開并且開關S3 50閉合。
由于運算放大器51的非反相端處的偏壓為負VOC(A)，運算放 大器51將運行以在其非反相輸入端處維持仍等于負VOC(A)的偏壓。 因此，將在參考光電二極管20的兩端之間維持等于VOC(A)的偏壓。
，在第一積分周期期間，參考光電二極管20生成電流lD (其實際 上可能不為零)。然后，如已經述及的，將該電流積分到積分電容器 CINT 52上并在第一測量階段期間測量。在ADC 81的輸出端處生成的 標記為Od的數字信號，被存儲在數字減法電路83中。
"現在開始第二重置階段。在第二重置階段期間，開關Sl 53閉合， 并且開關S2 32、 S3 50、 S4 40和S5 47斷開。這將積分電容器Qnt52 兩端的電位重置為0伏。
*當第二積分周期開始時，開關S153斷開，并且開關S5 47閉合。
由于運算放大器51的非反相端處的偏壓為負VOC(A)，運算放 大器51將運行以在非反相輸入端處維持仍等于負VOC(A)的偏壓。因 此，將在檢測光電二極管7的兩端之間維持等于VOC(A)的偏壓。
在第二積分周期期間，檢測光電二極管7生成電流Ip。然后， 如已經述及的，將該電流積分到積分電容器Qnt52上并在第二測量階 段期間測量。在ADC81的輸出端處生成的標記為Op的數字信號，被 存儲在數字減法電路83中。
"然后數字減法電路83使兩個數字信號Op與OD相減。那么，所得的數字信號OT表示環境光等級。
對于本領域技術人員來說明顯的是，存在圖18B的示意性電路的 多種可能的替代實施方式。
第二實施例的一個優點是其促進了計算信號的第二級校正(校正 例如施加在檢測光電二極管兩端的電位中的任何錯誤，該錯誤是由于 例如運算放大器中的反相與非反相輸入端之間的電壓失調導致的)。通
過當在兩個光電二極管兩端施加標稱上等于VOC(A)的偏壓時，還將在 檢測光電二極管中生成的寄生電流減去在參考光電二極管中生成的寄 生電流，其實現該優點。
本發明的第三實施例由光傳感器電路構成，該光傳感器電路包括
以下元件
暴露于環境光的檢測光電傳感器元件 與環境光隔離的第一參考光電傳感器元件 與環境光隔離的第二參考光電傳感器元件 與檢測和參考光電傳感器元件連接的測量電路。
該實施例的光傳感器電路的操作如下 (0測量電路測量需要施加在第一參考光電傳感器元件的兩端之 間以使得基本為零的電流流經第一參考光電傳感器元件的偏壓。那么， 測量電路為了實現該目的而需要施加的偏壓基本等于第一參考光電傳
感器元件的開路偏壓VOC(A)。
(ii) 然后，測量電路在第二參考光電傳感器元件的兩端施加負的
開路偏壓VOC(A)。
(iii) 測量電路測量在這些偏壓條件下流經第二參考光電傳感器元
件的兩端之間的電流lD。
(iv) 然后，測量電路在檢測光電傳感器元件的兩端施加與在第一 參考光電傳感器元件兩端測得的開路偏壓相同的開路偏壓VOC(A)。
(v) 然后，在向檢測光電傳感器元件的兩端施加VOC(A)的同時， 測量電路測量流經檢測傳感器元件的電流Ip。
(Vi)然后，測量電路測量電流lT-Ip + lD。表示lT的測量輸出為Ot。
那么，測量的輸出OT表示環境光等級。在圖19中示出用于實施該操作的電路的實例。該電路包含以下元
件
暴露于環境光的檢測光電二極管7
與環境光隔離的第一參考光電二極管72 與環境光隔離的第二參考光電二極管73 標準結構的運算放大器51 積分電容器CINT 52 開關S1 53
，標準結構的模數轉換器81 (ADC)電路
檢測光電二極管7的陽極與第一參考光電二極管20的陽極連接， 并且與連接于地的第二參考光電二極管73的陰極連接。第一參考光電 二極管73的陰極與運算放大器51的反相輸入端連接。檢測光電二極 管7的陰極與連接到運算放大器51的反相輸入端上的第二參考光電二 極管73的陽極連接。開關Sl 53連接在運算放大器的反相輸入端和輸 出端之間。積分電容器52連接在運算放大器51的反相輸入端和輸出 端之間。ADC 81與運算放大器51的輸出端連接。
該電路的操作有三個階段(i)重置階段、(ii)積分階段、以及(iii) 讀數階段。詳細操作如下
，在重置階段期間，開關S1 53閉合。這將積分電容器QNT兩端 的電位重置為0伏。
在積分周期開始時，開關Sl 53斷開。
由于運算放大器51的非反相端處的偏壓為負VOC(A)，運算放 大器51將運行以在非反相輸入端處維持仍等于VOC(A)的偏壓。因此， 將在檢測光電二極管7的兩端之間維持等于VOC(A)的偏壓。將在第二 參考光電二極管73的兩端之間維持等于負VOC(A)的偏壓。
*在積分周期期間，檢測光電二極管將生成電流Ip，并且第二參 考光電二極管生成電流Io。然后，如已經述及的，將這些電流之和IT^ Ip + lD積分到積分電容器QNT52上，并且在讀數階段期間測量。那么， 在ADC 81的輸出端處生成的標記為Ot的數字信號表示環境光等級。
對于本領域技術人員來說明顯的是，存在圖19的示意性電路的多 種可能的替代實施方式。第三實施例的一個優點是其促進了如在第二實施例中所述的第 二級校正，同時在電路中又只需要一個開關。
第四實施例由光傳感器電路構成，該光傳感器電路包括以下元件: 暴露于環境光的檢測光電傳感器元件
與環境光隔離的參考光電傳感器元件 與環境光隔離的第二參考光電傳感器元件 與檢測和參考光電傳感器元件連接的測量電路 用于將兩個數字信號存儲并相減的減法電路。 該實施例的光傳感器電路的操作如下
(i) 測量電路測量需要施加在第一參考光電傳感器元件的兩端之 間以使得基本為零的電流流經第一參考光電傳感器元件的偏壓。那么， 測量電路為了實現該目的而需要施加的偏壓基本等于第一參考光電傳 感器元件的開路偏壓VOC(A)。
(ii) 然后，測量電路在第二參考光電傳感器元件的兩端之間施加 偏壓VOC(A)，并測量在這些偏壓條件下流經第二參考光電傳感器元件 兩端之間的電流ID。表示ID的測量輸出為OD。
(iii) 然后，測量電路在檢測光電傳感器元件的兩端施加與通過第
一參考光電傳感器元件72測得的開路偏壓相同的開路偏壓VOC(A)。
(iv) 然后，在向檢測光電傳感器元件的兩端施加VOC(A)的同時， 測量電路測量流經該檢測傳感器元件的電流Ip。表示Ip的測量輸出為 Op。
(v) 然后，減法電路48測量兩個輸出的差值OT:Op-OD。
那么，測量的輸出OT表示環境光等級。
圖20中示出電路的實例。該電路包含以下元件 暴露于環境光的檢測光電二極管7 與環境光隔離的第一參考光電二極管72 與環境光隔離的第二參考光電二極管73 *標準結構的運算放大器51 '積分電容器C證52 開關S1 53 開關S3 50 開關S5 57
，標準結構的模數轉換器81 (ADC)電路 標準結構的數字減法電路83。
檢測光電二極管7的陽極與第一參考光電二極管72的陽極連接， 并且與連接于地的第二參考光電二極管73的陽極連接。第一參考光電 二極管72的陰極與運算放大器5的反相輸入端連接。檢測光電二極管 7的陰極與開關S3的第一端連接。第二參考光電二極管73的陽極與開 關S5的第一端連接。開關S3的第二端與連接到運算放大器51的反相 輸入端上的開關S5的第二端連接。開關Sl 53連接在運算放大器51 的反相輸入端和輸出端之間。積分電容器52連接在運算放大器51的 反相輸入端和輸出端之間。ADC 81與運算放大器51的輸出端連接。 數字減法電路82與ADC 81的輸出端連接。
該電路的操作有六個階段(i)第一重置階段、(ii)第一積分階段、 (m)第一讀數階段、(iv)第二重置階段、(v)第二積分階段、以及 (vi)第二讀數階段。詳細操作如下
在第一重置階段期間，開關Sl 53閉合并且開關S3和S5斷開。 這將積分電容器Qnt 52兩端的電位重置為0伏。
當第一積分階段開始時，開關Sl 53斷開并且開關S5 47閉合。
由于運算放大器51的非反相端處的偏壓為負VOC(A)，運算放 大器51將運行以在非反相輸入端處維持仍等于負VOC(A)的偏壓。因 此，將在第二參考光電二極管73的兩端之間維持等于VOC(A)的偏壓。
在第一積分周期期間，第二參考光電二極管73將生成電流lD，
然后，如已經述及的，將該電流lD積分到積分電容器CxNT52上，并且
在第一讀數階段期間測量。在ADC81的輸出端處生成的標記為OD的 數字信號被存儲在數字減法電路83中。
然后，第二重置周期開始，開關S3和S5斷開并且開關Sl閉合。
這將積分電容器qnt兩端的電位重置為0伏。
當第二積分周期開始時，開關Sl 53斷開并且開關S3 50閉合。
由于運算放大器51的非反相端處的偏壓為負VOC(A)，運算放 大器將運行以在非反相輸入端處維持仍等于負VOC(A)的偏壓。因此， 將在檢測光電二極管7的兩端之間維持等于VOC(A)的偏壓。*在第二積分周期期間，檢測光電二極管7將生成電流Ip，然后， 如己經述及的，將該電流Ip積分到積分電容器CjNT52上，并且在第二 讀數階段期間測量。在ADC 81的輸出端處生成的標記為Op的數字信 號被存儲在數字減法電路83中。
*然后，數字減法電路83使兩個數字信號Op和OD相減。那么， 所得的數字信號OT表示環境光等級。
對于本領域技術人員來說明顯的是，存在圖20的示意性電路的多 種可能的替代實施方式。
第四實施例的一個優點是其促進了如在第二實施例中所述的第 二級校正，同時不要求像第二實施例那樣多的額外的開關，并且同時 也不要求第二參考光電二極管具有與其兩端的光電二極管偏壓幅度相 同而符號相反的偏壓(如在第三實施例中的情況)。
圖21中示出第五實施例。除了用串聯方式設置的三個光電二極管 來代替檢測光電二極管并且用串聯方式設置的三個參考光電二極管來 代替參考光電二極管以外，該實施例和第一實施例一樣。該電路如下 所述連接
第一檢測光電二極管118的陽極與連接于地的第一參考光電二極 管113的陽極連接。第二檢測光電二極管117的陽極與第一檢測光電 二極管118的陰極連接。第三檢測光電二極管116的陽極與第二檢測 光電二極管117的陰極連接。第三檢測光電二極管116的陰極與運算 放大器51的反相輸入端連接。第二參考光電二極管112的陽極與第一 參考光電二極管113的陰極連接。第三參考光電二極管111的陽極與 第二參考光電二極管112的陰極連接。第三參考光電二極管111的陰 極與運算放大器51的非反相輸入端連接。開關Sl 53連接在運算放大 器51的反相輸入端和輸出端之間。積分電容器52連接在運算放大器 51的反相輸入端和輸出端之間。ADC81與運算放大器51的輸出端連 接。
圖21的電路的操作則與已對第一實施例描述的操作完全一樣。 對本領域技術人員來說很明顯的是，可能存在關于該實施例的多
種改變，包括串聯的2或2以上的任何數目的檢測光電二極管和串聯
的相同數目的參考光電二極管的情況。
35圖22中示出了第六實施例。除了在檢測和參考光電二極管的端之 間進行了附加連接以外，該實施例與第五實施例相同。該電路如下所
述連接
第一檢測光電二極管118的陽極與連接于地的第一參考光電二極
管113的陽極連接。第二檢測光電二極管117的陽極與第一檢測光電 二極管118的陰極、第一參考光電二極管113的陰極、以及第二參考 光電二極管112的陽極連接。第三檢測光電二極管116的陽極與第二 檢測光電二極管117的陰極、第二參考光電二極管112的陰極、以及 第三參考光電二極管111的陽極連接。第三檢測光電二極管116的陰 極與運算放大器51的反相輸入端連接。第三參考光電二極管111的陰 極與運算放大器51的非反相輸入端連接。開關S1 53連接在運算放大 器51的反相輸入端和輸出端之間。積分電容器52連接在運算放大器 51的反相輸入端和輸出端之間。ADC81與運算放大器51的輸出端連 接。
圖22的電路的操作則與已對第一實施例描述的操作完全一樣。優 點在于該實施例中的光電二極管之間的附加連接可以在光電二極管 元件不完全匹配的情況下促成更好的性能。
對本領域技術人員來說很明顯的是，可能存在關于該實施例的多 種改變，包括串聯的2或2以上的任何數目的檢測光電二極管和串聯 的相同數目的參考光電二極管的情況。
圖23中示出第七實施例。除了用串聯方式設置的三個光電二極管 來代替檢測光電二極管并且用串聯方式設置的三個參考光電二極管來 代替參考光電二極管以外，該實施例與第二實施例完全一樣。該電路 如下所述連接
第一檢測光電二極管118的陽極與連接于地的第一參考光電二極 管113的陽極連接。第二檢測光電二極管117的陽極與第一檢測光電 二極管118的陰極連接。第三檢測光電二極管116的陽極與第二檢測 光電二極管117的陰極連接。第二參考光電二極管112的陽極與第一 參考光電二極管113的陰極連接。第三參考光電二極管111的陽極與 第二參考光電二極管112的陰極連接。第三參考光電二極管111的陰 極與開關S2 32的第一端連接。開關S2 32的第二端與運算放大器51的非反相輸入端連接。存儲電容器59連接在運算放大器51的非反相 輸入端和地之間。開關S4 40連接在運算放大器51的非反相輸入端和 地之間。第三檢測光電二極管116的陰極與開關S5 47的第一端連接。 開關S5 47的第二端與運算放大器51的反相輸入端連接。開關S1 53 連接在運算放大器51的反相輸入端和輸出端之間。積分電容器52連 接在運算放大器51的反相輸入端和輸出端之間。開關S3 50連接在參 考光電二極管20的陰極和運算放大器51的反相輸入端之間。ADC 81 與運算放大器51的輸出端連接。數字減法電路83與ADC 81的輸出端 連接。
圖23的電路的操作則與已對第一實施例描述的操作完全一樣。 對本領域技術人員來說很明顯的是，可能存在關于該實施例的多
種改變，包括串聯的2或2以上的任何數目的檢測光電二極管和串聯
的相同數目的參考光電二極管的情況。
圖24中示出第八實施例。除了在檢測和參考光電二極管的端之間
進行了附加連接以外，該實施例與第七實施例相同。該電路如下所述
連接
第一檢測光電二極管118的陽極與連接于地的第一參考光電二極 管113的陽極連接。第二檢測光電二極管117的陽極與第一檢測光電 二極管118的陰極、第一參考光電二極管113的陰極、以及第二參考 光電二極管112的陽極連接。第三檢測光電二極管116的陽極與第二 檢測光電二極管117的陰極、第二參考光電二極管112的陰極、以及 第三參考光電二極管111的陽極連接。第三參考光電二極管111的陰極 與開關S2 32的第一端連接。開關S2 32的第二端與運算放大器51的 非反相輸入端連接。存儲電容器59連接在運算放大器51的非反相輸 入端和地之間。開關S4 40連接在運算放大器51的非反相輸入端和地 之間。第三檢測光電二極管116的陰極與開關S5 47的第一端連接。開 關S5 47的第二端與運算放大器51的反相輸入端連接。開關Sl 53連 接在運算放大器51的反相輸入端和輸出端之間。積分電容器52連接 在運算放大器51的反相輸入端和輸出端之間。開關S3 50連接在參考 光電二極管20的陰極和運算放大器51的反相輸入端之間。ADC81與 運算放大器51的輸出端連接。數字減法電路83與ADC 81的輸出端連
37接。
圖24的電路的操作則與已對第二實施例描述的操作完全一樣。 對本領域技術人員來說很明顯的是，可能存在關于該實施例的多
種改變，包括串聯的2或2以上的任何數目的檢測光電二極管和串聯
的相同數目的參考光電二極管的情況。
圖25中示出第九實施例。除了用串聯方式設置的三個光電二極管
來代替檢測光電二極管、用串聯方式設置的三個參考光電二極管來代 替第一參考光電二極管、并且用串聯方式設置的三個參考光電二極管 來代替第二參考光電二極管以外，該實施例與第三實施例一樣。該電
路如下所述連接
第一檢測光電二極管118的陽極與連接于地的第一參考光電二極 管113的陽極連接。第二檢測光電二極管117的陽極與第一檢測光電 二極管118的陰極連接。第三檢測光電二極管116的陽極與第二檢測 光電二極管117的陰極連接。第二參考光電二極管112的陽極與第一 參考光電二極管113的陰極連接。第三參考光電二極管111的陽極與 第二參考光電二極管112的陰極連接。
第六參考光電二極管123的陰極連接于地。第六參考光電二極管 123的陽極與第五參考光電二極管122的陰極連接。第五參考光電二極 管122的陽極與第四參考光電二極管121的陰極連接。
第三參考光電二極管111的陰極與運算放大器51的非反相輸入端 連接。第三檢測光電二極管116的陰極與連接到運算放大器51的反相 輸入端上的第四參考光電二極管121的陽極連接。開關S1 53連接在運 算放大器的反相輸入端與輸出端之間。積分電容器52連接在運算放大 器51的反相輸入端與輸出端之間。ADC 81與運算放大器51的輸出端 連接。
圖25的電路的操作則與已對第三實施例描述的操作完全一樣。 對本領域技術人員來說很明顯的是，可能存在關于該實施例的多
種改變，包括串聯的2或2以上的任何數目的檢測光電二極管和串聯
的相同數目的參考光電二極管的情況。
圖26中示出第十實施例。除了在檢測和參考光電二極管的端之間
進行了附加連接以外，該實施例與第九實施例相同。該電路如下所述
38連接
第一檢測光電二極管118的陽極與第一參考光電二極管113的陽
極連接，后者與連接于地的第六參考光電二極管123的陰極連接。第 二檢測光電二極管117的陽極與第一檢測光電二極管118的陰極連接， 后者與連接到第五參考光電二極管122的陰極上的第六參考光電二極 管123的陽極連接。第三檢測光電二極管116的陽極與第二檢測光電 二極管117的陰極連接，后者與連接到第四參考光電二極管121的陰 極上的第五參考光電二極管122的陽極連接。第二參考光電二極管112 的陽極與第一參考光電二極管113的陰極連接。第三參考光電二極管 111的陽極與第二參考光電二極管112的陰極連接。
第三參考光電二極管111的陰極與運算放大器51的非反相輸入端 連接。第三檢測光電二極管116的陰極與連接到運算放大器51的反相 輸入端上的第四參考光電二極管121的陽極連接。開關Sl 53連接在運 算放大器的反相輸入端和輸出端之間。積分電容器52連接在運算放大 器51的反相輸入端和輸出端之間。ADC 81與運算放大器51的輸出端 連接。
圖26的電路的操作則與已對第三實施例描述的操作完全一樣。 對本領域技術人員來說很明顯的是，可能存在關于該實施例的多
種改變，包括串聯的2或2以上的任何數目的檢測光電二極管和串聯
的相同數目的參考光電二極管的情況。
圖27中示出第十一實施例。除了在檢測和參考光電二極管的端之
間進行了附加連接以外，該實施例與第九實施例相同。該電路如下所
述連接
第一檢測光電二極管118的陽極與第一參考光電二極管113的陽 極連接，后者與連接于地的第六參考光電二極管123的陰極連接。第 二檢測光電二極管117的陽極與第一檢測光電二極管118的陰極連接， 后者與連接到第一參考光電二極管113的陰極上的第二參考光電二極 管112的陽極連接。第三檢測光電二極管116的陽極與第二檢測光電 二極管117的陰極連接，后者與連接到第二參考光電二極管112的陰 極上的第三參考光電二極管111的陽極連接。第六參考光電二極管123 的陽極與第五參考光電二極管122的陰極連接。第四參考光電二極管121的陽極與第五參考光電二極管122的陰極連接。
第三參考光電二極管111的陰極與運算放大器51的非反相輸入端 連接。第三檢測光電二極管116的陰極與連接到運算放大器51的反相 輸入端上的第四參考光電二極管121的陽極連接。開關S1 53連接在運 算放大器的反相輸入端和輸出端之間。積分電容器52連接在運算放大 器51的反相輸入端和輸出端之間。ADC 81與運算放大器51的輸出端 連接。
圖27的電路的操作則與已對第三實施例描述的操作完全一樣。 對本領域技術人員來說很明顯的是，可能存在關于該實施例的多
種改變，包括串聯的2或2以上的任何數目的檢測光電二極管和串聯
的相同數目的參考光電二極管的情況。
圖28中示出第十二實施例。除了在檢測和參考光電二極管的端之
間進行了附加連接以外，該實施例與第九實施例相同。該電路如下所
述連接
第一檢測光電二極管118的陽極與第一參考光電二極管113的陽 極連接，后者與連接于地的第六參考光電二極管123的陰極連接。
第二檢測光電二極管117的陽極與第一檢測光電二極管118的陰 極連接。第三檢測光電二極管116的陽極與第二檢測光電二極管117 的陰極連接。
第一參考光電二極管113的陰極與第二參考光電二極管112的陽 極連接，后者與連接到第五參考光電二極管122的陰極上的第六參考 光電二極管123的陽極連接。第二參考光電二極管112的陰極與第三 參考光電二極管111的陽極連接，后者與連接到第四參考光電二極管 121的陰極上的第五參考光電二極管122的陽極連接。
第三參考光電二極管111的陰極與運算放大器51的反相輸入端連 接。第三檢測光電二極管116的陰極與第四參考光電二極管121的陽 極連接，后者與運算放大器51的反相輸入端連接。開關S153連接在 運算放大器的反相輸入端和輸出端之間。積分電容器52連接在運算放 大器51的反相輸入端和輸出端之間。ADC 81與運算放大器51的輸出 端連接。
圖28的電路的操作則與已對第三實施例描述的操作完全一樣。對本領域技術人員來說很明顯的是，可能存在關于該實施例的多
種改變，包括串聯的2或2以上的任何數目的檢測光電二極管和串聯 的相同數目的參考光電二極管的情況。
圖29中示出第十三實施例。除了在檢測和參考光電二極管的端之 間進行了附加連接以外，該實施例與第九實施例相同。該電路如下所
述連接
第一檢測光電二極管118的陽極與第一參考光電二極管113的陽 極連接，后者與連接于地的第六參考光電二極管123的陰極連接。
第一參考光電二極管113的陰極與第一檢測光電二極管118的陰 極連接，第一檢測光電二極管118的陰極與第二參考光電二極管的陽 極連接，第二參考光電二極管的陽極與第六參考光電二極管123的陽 極連接，第六參考光電二極管123的陽極與第五參考光電二極管122 的陰極連接。第二參考光電二極管112的陰極與第三參考光電二極管 111的陽極連接，第三參考光電二極管111的陽極與第二檢測光電二極 管117的陰極連接，第二檢測光電二極管117的陰極與第三檢測光電 二極管116的陽極連接，第三檢測光電二極管116的陽極與第五參考 光電二極管122的陽極連接，第五參考光電二極管122的陽極與第四 參考光電二極管121的陰極連接。
第三參考光電二極管111的陰極與運算放大器51的反相輸入端連 接。第三檢測光電二極管116的陰極與連接到運算放大器51的反相輸 入端上的第四參考光電二極管121的陽極連接。開關Sl 53連接在運算 放大器的反相輸入端和輸出端之間。積分電容器52連接在運算放大器 51的反相輸入端和輸出端之間。ADC81與運算放大器51的輸出端連 接。
圖29的電路的操作則與已對第三實施例描述的操作完全一樣。 對本領域技術人員來說很明顯的是，可能存在關于該實施例的多
種改變，包括串聯的2或2以上的任何數目的檢測光電二極管和串聯
的相同數目的參考光電二極管的情況。
圖30中示出第十四實施例。除了用串聯方式設置的三個光電二極
管來代替檢測光電二極管、用串聯方式設置的三個參考光電二極管來
代替第一參考光電二極管、以及用串聯方式設置的三個參考光電二極管來代替第二參考光電二極管以外，該實施例與第四實施例一樣。該 電路如下所述連接
第一檢測光電二極管118的陽極與第一參考光電二極管113的陽
極連接，后者與連接于地的第四參考光電二極管123的陽極連接。第 二檢測光電二極管117的陽極與第一檢測光電二極管118的陰極連接。 第三檢測光電二極管116的陽極與第二檢測光電二極管117的陰極連 接。第二參考光電二極管112的陽極與第一參考光電二極管113的陰 極連接。第三參考光電二極管111的陽極與第二參考光電二極管112 的陰極連接。
第五參考光電二極管122的陽極與第四參考光電二極管123的陰 極連接。第六參考光電二極管123的陽極與第五參考光電二極管122 的陰極連接。
第三檢測光電二極管116的陰極與開關S3的第一端連接。第六參 考光電二極管的陰極與開關S5的第一端連接。開關S5的第二端與連 接到運算放大器5的反相輸入端上的開關S3的第二端連接。第三參考 光電二極管111的陰極與運算放大器51的非反相輸入端連接。開關Sl 53連接在運算放大器51的反相輸入端和輸出端之間。積分電容器52 連接在運算放大器51的反相輸入端和輸出端之間。ADC 81與運算放 大器51的輸出端連接。數字減法電路82與ADC 81的輸出端連接。
圖30的電路的操作則與已對第四實施例描述的操作完全一樣。
對本領域技術人員來說很明顯的是，可能存在關于該實施例的多 種改變，包括串聯的2或2以上的任何數目的檢測光電二極管和串聯 的相同數目的參考光電二極管的情況。
圖31中示出第十五實施例。除了在檢測和參考光電二極管的端之 間進行了附加連接以外，該實施例與第十四實施例相同。該電路如下 所述連接
第一檢測光電二極管118的陽極與第一參考光電二極管113的陽 極連接，后者與連接于地的第四參考光電二極管123的陽極連接。第 二檢測光電二極管117的陽極與第一檢測光電二極管118的陰極連接， 后者與連接到第五參考光電二極管122的陽極上的第四參考光電二極 管123的陰極連接。第三檢測光電二極管116的陽極與第二檢測光電二極管117的陰極連接，后者與連接到第六參考光電二極管121的陽 極上的第五參考光電二極管122的陰極連接。第二參考光電二極管112 的陽極與第一參考光電二極管113的陰極連接。第三參考光電二極管 111的陽極與第二參考光電二極管112的陰極連接。
第三檢測光電二極管116的陰極與開關S3的第一端連接。第六參 考光電二極管的陰極與開關S5的第一端連接。開關S5的第二端與連 接到運算放大器5的反相輸入端上的開關S3的第二端連接。第三參考 光電二極管111的陰極與運算放大器51的非反相輸入端連接。開關Sl 53連接在運算放大器51的反相輸入端和輸出端之間。積分電容器52 連接在運算放大器51的反相輸入端和輸出端之間。ADC 81與運算放 大器51的輸出端連接。數字減法電路82與ADC 81的輸出端連接。
圖31的電路的操作則與已對第四實施例描述的操作完全一樣。
對本領域技術人員來說很明顯的是，可能存在關于該實施例的多 種改變，包括串聯的2或2以上的任何數目的檢測光電二極管和串聯 的相同數目的參考光電二極管的情況。
圖32中示出第十六實施例。除了在檢測和參考光電二極管的端之 間進行了附加連接以外，該實施例和第十四實施例相同。該電路如下 所述連接
第一檢測光電二極管118的陽極與第一參考光電二極管113的陽 極連接，后者與連接于地的第四參考光電二極管123的陽極連接。第 二檢測光電二極管117的陽極與第一檢測光電二極管118的陰極連接， 后者與連接到第二參考光電二極管112的陽極上的第一參考光電二極 管113的陰極連接。第三檢測光電二極管116的陽極與第二檢測光電 二極管117的陰極連接，后者與連接到第三參考光電二極管111的陽 極上的第二參考光電二極管112的陰極連接。第五參考光電二極管122 的陽極與第四參考光電二極管123的陰極連接。第六參考光電二極管 121的陽極與第二參考光電二極管122的陰極連接。
第三檢測光電二極管116的陰極與開關S3的第一端連接。第六參 考光電二極管的陰極與開關S5的第一端連接。開關S5的第二端與連 接到運算放大器5的反相輸入端上的開關S3的第二端連接。第三參考 光電二極管111的陰極與運算放大器51的非反相輸入端連接。開關Sl53連接在運算放大器51的反相輸入端和輸出端之間。積分電容器52
連接在運算放大器51的反相輸入端和輸出端之間。ADC 81與運算放
大器51的輸出端連接。數字減法電路82與ADC 81的輸出端連接。 圖32的電路的操作則與已對第四實施例描述的操作完全一樣。 對本領域技術人員來說很明顯的是，可能存在關于該實施例的多
種改變，包括串聯的2或2以上的任何數目的檢測光電二極管和串聯
的相同數目的參考光電二極管的情況。
圖33中示出第十七實施例。除了在檢測和參考光電二極管的端之
間進行了附加連接以外，該實施例和第十四實施例相同。該電路如下
所述連接
第一檢測光電二極管118的陽極與第一參考光電二極管113的陽 極連接，后者與連接于地的第四參考光電二極管123的陽極連接。第 二參考光電二極管122的陽極與第一參考光電二極管123的陰極連接， 后者與連接到第五參考光電二極管122的陽極上的第四參考光電二極 管123的陰極連接。第三參考光電二極管111的陽極與第二參考光電 二極管112的陰極連接，后者與連接到第六參考光電二極管121的陽 極上的第五參考光電二極管122的陰極連接。第二檢測光電二極管117 的陽極與第一檢測光電二極管118的陰極連接。第三檢測光電二極管 1116的陽極與第二檢測光電二極管127的陰極連接。
第三檢測光電二極管116的陰極與開關S3的第一端連接。第六參 考光電二極管的陰極與開關S5的第一端連接。開關S5的第二端與連 接到運算放大器5的反相輸入端上的開關S3的第二端連接。第三參考 光電二極管111的陰極與運算放大器51的非反相輸入端連接。開關Sl 53連接在運算放大器51的反相輸入端和輸出端之間。積分電容器52 連接在運算放大器51的反相輸入端和輸出端之間。ADC 81與運算放 大器51的輸出端連接。數字減法電路82與ADC 81的輸出端連接。
圖33的電路的操作則與已對第四實施例描述的操作完全一樣。
對本領域技術人員來說很明顯的是，可能存在關于該實施例的多 種改變，包括串聯的2或2以上的任何數目的檢測光電二極管和串聯 的相同數目的參考光電二極管的情況。
圖34中示出第十八實施例。除了在檢測和參考光電二極管的端之間進行了附加連接以外，該實施例與第十四實施例相同。該電路如下 所述連接
第一檢測光電二極管118的陽極與第一參考光電二極管113的陽
極連接，后者與連接于地的第四參考光電二極管123的陽極連接。第 二參考光電二極管112的陽極與第一參考光電二極管113的陰極連接， 第一參考光電二極管113的陰極與第四參考光電二極管123的陰極連 接，第四參考光電二極管123的陰極與第五參考光電二極管122的陽 極連接，第五參考光電二極管122的陽極與第二檢測光電二極管117 的陽極連接，第二檢測光電二極管117的陽極與第一檢測光電二極管 118的陰極連接。第三參考光電二極管111的陽極與第二參考光電二極 管112的陰極連接，第二參考光電二極管112的陰極與第五參考光電 二極管122的陰極連接，第五參考光電二極管122的陰極與第六參考 光電二極管121的陽極連接，第六參考光電二極管121的陽極與第三 檢測光電二極管116的陽極連接，第三檢測光電二極管116的陽極與 第二檢測光電二極管117的陰極連接。
第三檢測光電二極管116的陰極與開關S3的第一端連接。第六參 考光電二極管的陰極與開關S5的第一端連接。開關S5的第二端與連 接到運算放大器5的反相輸入端上的開關S3的第二端連接。第三參考 光電二極管111的陰極與運算放大器51的非反相輸入端連接。開關Sl 53連接在運算放大器51的反相輸入端和輸出端之間。積分電容器52 連接在運算放大器51的反相輸入端和輸出端之間。ADC 81與運算放 大器51的輸出端連接。數字減法電路82與ADC 81的輸出端連接。
圖34的電路的操作則與己對第四實施例描述的操作完全一樣。
對本領域技術人員來說很明顯的是，可能存在關于該實施例的多 種改變，包括串聯的2或2以上的任何數目的檢測光電二極管和串聯 的相同數目的參考光電二極管的情況。
第五到第十八實施例的一個優點是通過使用以串聯方式連接的 多個光電二極管，對電路的精確偏壓的要求如前所述減弱了。
圖35中示出電路的第十九實施例。
該電路包含以下元件 暴露于環境光的檢測光電二極管7 與環境光隔離的第一參考光電二極管72
*標準結構的運算放大器51
*第二運算放大器131
第一 STDP開關S2 135
第二 STDP開關S3 134
積分電容器Qnt52
開關S1 53
電容器C1 132
電容器C2 133
，標準結構的模數轉換器81 (ADC)電路。 該電路如下所述連接
檢測光電二極管7的陽極與連接于地的參考光電二極管20的陽極 連接。檢測光電二極管7的陰極與運算放大器51的反相輸入端連接。 參考光電二極管20的陰極與第二運算放大器131的非反相輸入端連 接。電容器C1 132連接在第二運算放大器131的反相輸入端和地之間。 電容器C2 133連接在地和第一運算放大器51的反相輸入端之間。連 接開關S2 135,使其第一擲(pole)將第二運算放大器131的非反相輸 入端與相同的運算放大器131的反相輸入端連接，并且使其第二擲將 第二運算放大器131的反相輸入端與第一運算放大器51的反相輸入端 連接。連接開關S3 134，使其第一擲將第二運算放大器131的輸出端 與第一運算放大器51的非反相輸入端連接，并且使其第二擲將第二運 算放大器131的輸出端與第二運算放大器的反相輸入端連接。開關Sl 53連接在運算放大器51的反相輸入端和輸出端之間。積分電容器52 連接在運算放大器51的反相輸入端和輸出端之間。ADC 81與運算放 大器51的輸出端連接。數字減法電路82與ADC 81的輸出端連接。
該電路的操作如下
在操作的第一階段，開關S3被設定在較高位置，并且開關S2 被設定在較低位置，如圖35所示。在這些條件下，第二運算放大器131 被自動調零，并且在電容器C1 132的兩端生成電位，該電位等于第二 運算放大器131的失調電壓加上參考光電二極管20的開路電壓 VOC(A)。 在操作的第二階段，開關S3被設定在較低位置，并且開關S2 被設定在較高位置。然后，在指零放大器131對其自身失調進行調零 的同時，運算放大器51的失調加上負開路電壓VOC(A)的被采樣，并 被保持在電容器C2上。
，然后，開關S1閉合，使得以與第一實施例描述的方式完全相同 的方式對光電流Ip進行積分。那么，ADC 81的輸出端處的數字輸出 Op表示環境光等級。
使用前饋技術的優點是低失調指零放大器131可以用來傳感運 算放大器51的任何失調電壓并生成校正電壓，該校正電壓隨后被施加 到運算放大器51的非反相輸入端上以消除其自身的失調。
圖36中示出第二十實施例。 該電路包含以下元件
暴露于環境光的檢測光電二極管7
與環境光隔離的第一參考光電二極管72
*標準結構的運算放大器51
*第二運算放大器151
積分電容器QnT52
開關S1 53
，標準結構的模數轉換器81 (ADC)電路。 該電路如下所述連接-
檢測光電二極管7的陽極與連接于地的參考光電二極管20的陽極 連接。檢測光電二極管7的陰極與運算放大器51的反相輸入端連接。 參考光電二極管20的陰極與第二運算放大器151的非反相輸入端連 接。第二運算放大器151的反相輸入端與連接到第一運算放大器51的 非反相輸入端上的第二運算放大器151的輸出端連接。
開關Sl 53連接在運算放大器51的反相輸入端和輸出端之間。積 分電容器52連接在運算放大器51的反相輸入端和輸出端之間。ADC 81 與運算放大器51的輸出端連接。數字減法電路82與ADC 81的輸出端 連接。
第二運算放大器151被配置為單位增益緩沖器，其將開路電壓 VOC(A)緩沖到第一運算放大器51的非反相輸入端上，第一運算放大器51被配置為積分器。電路的操作則與己對第一實施例描述的操作一 樣。
圖37中示出第二十一實施例。
該電路包含以下元件
暴露于環境光的檢測光電二極管7
與環境光隔離的第一參考光電二極管20
，標準結構的運算放大器51
.第二運算放大器151
積分電容器Cint 52
開關S1 53
，標準結構的模數轉換器81 (ADC)電路。 該電路如下所述連接
檢測光電二極管7的陽極連接于地。檢測光電二極管7的陰極與 運算放大器51的反相輸入端連接。第二運算放大器151的非反相輸入 端連接于地。第二運算放大器151的反相輸入端和輸出端連接在一起。 參考光電二極管20的陽極與第二運算放大器151的輸出端連接。參考 光電二極管20的陰極與第二運算放大器151的非反相輸入端連接。開 關S1 53連接在運算放大器51的反相輸入端和輸出端之間。積分電容 器52連接在運算放大器51的反相輸入端和輸出端之間。ADC 81與運 算放大器51的輸出端連接。數字減法電路82與ADC 81的輸出端連接。
第二運算放大器151被配置為單位增益緩沖器。連接參考光電二 極管20，使得在第一運算放大器的非反相端處生成參考光電二極管20 的負幵路電壓VOC(A)。該電路的操作則與對第一實施例描述的操作一 樣。
圖38中示出第二十二實施例。 該電路包含以下元件 暴露于環境光的檢測光電二極管7 與環境光隔離的參考光電二極管20 ，標準結構的運算放大器51 電阻器Rpl30
，標準結構的模數轉換器81 (ADC)電路。該電路如下所述連接
檢測光電二極管7的陽極與連接于地的參考光電二極管20的陽極 連接。參考光電二極管20的陰極與運算放大器51的非反相輸入端連 接。檢測光電二極管7的陰極與運算放大器51的反相輸入端連接。電 阻器RF連接在運算放大器51的反相輸入和輸出端之間。ADC81與運 算放大器51的輸出端連接。
連接該電路，使得如已描述的，在檢測光電二極管7的兩端生成 偏壓VOC(A)。然后，如在現有技術中所述，電路用作跨阻抗放大器， 其中運算放大器51的輸出端處的電壓取決于檢測光電二極管7所生成 光電流Ip。
對于本領域技術人員來說明顯的是，存在多種可能的方式來結合 實施例2-18的實施方式和實施例19-22的實施方式。
第二十三實施例與第一、第二、第十九、第二十、第二十一以及 第二十二實施例一樣，其中參考光電二極管具有與檢測光電二極管不 同的寬度，但是在其它方面，檢測和參考光電二極管可以在電學和光 學上非常匹配。第二十三實施例的一個優點是由于不要求參考光電 二極管提供任何電流，可以使參考光電二極管比檢測光電二極管小很 多。
第二十四實施例與第五、第六、第七以及第八實施例一樣，其中 全部的參考光電二極管具有與檢測光電二極管不同的寬度，但是在其 它方面，于電學和光學上非常匹配。
第二十五實施例與第九、第十、第十一、第十二、第十三、第十 四、第十五、第十六、第十七以及第十八實施例一樣，其中第一、第 二和第三參考光電二極管都具有與第一、第二和第三檢測光電二極管 不同的寬度，但是在其它方面，第一、第二和第三參考光電二極管與 第一、第二和第三檢測光電二極管在電學和光學上非常匹配。
圖39中示出第二十六實施例。除了在參考光電二極管20的陰極 和運算放大器51的非反相輸入端之間連接有直流偏壓源902以外，該 實施例與第一實施例一樣。除了施加在檢測光電二極管7兩端的偏置 電壓從VOC(A)偏置了直流偏壓源的選擇值VDC以外，該電路的操作 與第一實施例所述的操作一樣。該實施例的一個優點是:可以選擇VDC的值來補償運算放大器51的任何(非理想的)失調電壓。對于本領域 技術人員來說明顯的是，在非反相輸入端處包括直流偏壓源的方法還 可以與實施例2-25中的任何一個實施例結合。
圖40中示出第二十七實施例。該電路包含以下元件
暴露于環境光的檢測光電二極管7
與環境光隔離的參考光電二極管20
，標準結構的運算放大器51
標準結構的模數轉換器81 (ADC)電路。 該電路如下所述連接
檢測光電二極管7的陽極與連接到運算放大器51的反相端上的參 考光電二極管20的陰極連接。參考光電二極管20的陽極連接于地。 運算放大器51的非反相輸入端連接于地。檢測光電二極管7的陰極與 運算放大器51的輸出端連接。運算放大器51的輸出端與ADC 81的輸 入端連接。
該電路的操作在某種程度上不同于前面的實施例。運算放大器51 操作以維持其反相輸入端處的偏壓等于非反相輸入端處的偏壓，非反 相輸入端處的偏壓等于0伏。因此，在檢測光電二極管的兩端維持0 伏的電位。
通過首先考慮參考光電二極管在黑暗中時的情況，可以最容易地 理解該電路的基本操作。在這些條件下，經過參考光電二極管的電流 為零。由于在理想情況下，沒有電流可以流經運算放大器51，在其產 生等于其開路VOC的偏壓。該偏壓表示(盡管在該情況下不成比例) 入射到其上的光等級。
在散射光等級不為零的情況下，電流ID流經參考光電二極管20。 由于沒有電流流經運算放大器，相同的電流一定也流經檢測光電二極 管。因此，在運算放大器的輸出端產生根據ID的值從檢測光電二極管 的開路電壓的電位減少的電位。因此，該輸出電壓表示(盡管不成比 例)入射到檢測和參考光電二極管上的光等級之差。然后，可以如己 述及的，用ADC81測量該輸出電壓。
因此，在第二十七實施例中，參考光電二極管被用來確定施加到 檢測光電二極管上的偏置電流。這與前面的實施例形成對比，在前面的實施例中，參考光電二極管被用來確定施加到檢測光電二極管上的 偏置電壓。在前面的實施例中，控制參考光電二極管中的電流，測量
產生的電壓并將其用作施加到檢測光電二極管上的偏置電壓的基礎； 進而測量來自檢測二極管的電流并將其用作輸出信號的基礎。相反地， 對于第二十七實施例，控制參考光電二極管中的電壓，測量產生的電 流并將其用作施加到檢測光電二極管上的偏置電流的基礎；進而測量 來自檢測二極管的電壓并將其用作輸出信號的基礎。實際上，第二十 七實施例基于與前面的實施例相同的構思，"電流"和"電壓"基本上 可相互交換，從而利用圖17C所示的類似方法將電流從參考光電二極 管"復制"到檢測光電二極管。
第二十八實施例與前面的任何實施例一樣，其中用其它的光電傳 感器元件，例如光電晶體管，來代替檢測和參考光電二極管。
對于技術人員來說很明顯的是，除了以上明確描述的那些組合以 外，其它的組合也是可能的。
權利要求
1.一種補償具有檢測光電傳感器和參考光電傳感器的光傳感器中的散射光的方法，所述參考光電傳感器用于補償投射在所述檢測光電傳感器上的散射光，并且所述方法包括至少部分地利用所述參考光電傳感器來確定施加到所述檢測光電傳感器上的偏置電壓。
2. 如權利要求l所述的方法，包括根據被施加了檢測光電傳感 器偏置電壓的所述檢測光電傳感器所生成的電流，確定由所述傳感器 傳感的光等級。
3. 如權利要求1或2所述的方法，包括根據投射在所述參考光 電傳感器上的散射光的量，確定所述檢測光電傳感器偏置電壓。
4. 如權利要求l、 2或3所述的方法，包括利用所述參考光電傳 感器，將所述檢測光電傳感器偏壓到其基本上最靈敏的工作區域中。
5. 如任何在前權利要求所述的方法，包括利用所述參考光電傳 感器對所述檢測光電傳感器進行偏壓，以便促進要傳感的光等級非零 時所生成的電流與要傳感的光等級為零時所生成的電流的比值最大 化。
6. 如任何在前權利要求所述的方法，包括從與所述參考光電傳 感器有關的參考電壓中導出所述檢測光電傳感器偏置電壓。
7. 如權利要求6所述的方法，其中所述參考電壓是在所述參考光 電傳感器兩端產生的基本開路電壓。
8. 如權利要求6或7所述的方法，其中所述參考電壓是需要被施加到所述參考光電傳感器上，使得基本為零的電流流經所述參考光電 傳感器的偏置電壓。
9. 如權利要求6、 7或8所述的方法，包括向所述參考電壓施加失調電壓。
10. 如權利要求6到9中任何一項所述的方法，包括將所述檢測 光電傳感器偏置電壓設置為與所述參考電壓基本相同。
11. 如權利要求6到10中任何一項所述的方法，包括利用運算 放大器從所述參考電壓中導出所述檢測光電傳感器偏置電壓。
12. 如權利要求ll所述的方法，當從屬于權利要求10時，其中所 述檢測光電傳感器和參考電壓被可操作地連接到所述運算放大器的各 輸入端，所述運算放大器被設置為促進使各輸入端處的電壓相等，從 而促進使施加到所述檢測光電傳感器上的偏置電壓等于所述參考電 壓。
13. 如權利要求11或12所述的方法，其中所述運算放大器是第一運算放大器，并且所述方法包括利用與所述第一運算放大器成前饋 配置的第二運算放大器，傳感和校正所述第一運算放大器的失調電壓。
14. 如權利要求11或12所述的方法，其中所述運算放大器是第一運算放大器，并且所述方法包括利用第二運算放大器將所述參考電 壓緩沖到所述第一運算放大器上。
15. 如權利要求11或12所述的方法，其中所述運算放大器是第一運算放大器，并且所述方法包括使用可操作地連接在所述參考光電 傳感器與地之間的第二運算放大器。
16. 如權利要求11或12所述的方法，其中所述運算放大器是第一運算放大器，并且所述方法包括使用可操作地連接在所述參考光電 傳感器與所述檢測光電傳感器之間的第二運算放大器。
17. 如權利要求6到13中任何一項所述的方法，包括存儲所述參考電壓，并且根據被施加了參考光電傳感器偏置電壓的所述參考光電傳感器所生成的電流，確定由所述傳感器傳感的光等級，利用與用 于從所述參考電壓中導出所述檢測光電傳感器偏置電壓的電路基本相 同的電路，從存儲的參考電壓中導出所述參考光電傳感器偏置電壓。
18. 如權利要求17所述的方法，當從屬于權利要求2時，包括根據檢測和參考光電傳感器電流的相減運算，確定由所述傳感器傳感 的光等級。
19. 如權利要求18所述的方法，包括將所述電流轉換為各自的數字值，并且在數字域中執行所述減法運算。
20. 如權利要求17、 18或19所述的方法，包括利用電容器存儲 所述參考電壓。
21. 如任何在前權利要求所述的方法，其中所述參考光電傳感器是 第一參考光電傳感器，所述光傳感器具有也用于補償投射在所述檢測 光電傳感器上的散射光的第二參考光電傳感器。
22. 如權利要求21所述的方法，當從屬于權利要求6時，包括 從所述參考電壓中導出施加到所述第二參考光電傳感器上的偏置電 壓。
23. 如權利要求21或22所述的方法，包括根據所述第二參考光 電傳感器所生成的電流，確定由所述傳感器傳感的光等級。
24. 如權利要求23所述的方法，當從屬于權利要求2時，包括 根據所述第二參考光電傳感器電流與所述檢測光電傳感器電流之間的 和值或差值，確定由所述傳感器傳感的光等級。
25. 如權利要求24所述的方法，其中在將各電流轉換到數字之后， 在數字域中產生和值或差值。
26. 如權利要求21到25中任何一項所述的方法，其中所述第二參 考光電傳感器和檢測光電傳感器可操作地并行連接。
27. 如任何在前權利要求所述的方法，其中所述光電傳感器各自包 括至少一個光敏元件。
28. 如任何在前權利要求所述的方法，其中至少一個光電傳感器包 括多個光敏元件。
29. 如權利要求28所述的方法，其中至少兩個光電傳感器各自包 括多個光敏元件。
30. 如權利要求29所述的方法，其中在第一光電傳感器的內部元 件節點與第二光電傳感器的內部元件節點之間設置至少一個交叉連接。
31. 如權利要求30所述的方法，其中所述第一光電傳感器是所述 檢測光電傳感器，而所述第二光電傳感器是所述參考光電傳感器。
32. 如權利要求30所述的方法，當從屬于權利要求21時，其中所 述第一光電傳感器是所述檢測光電傳感器，而所述第二光電傳感器是 所述第二參考光電傳感器。
33. 如權利要求30所述的方法，當從屬于權利要求21時，其中所 述第一光電傳感器是所述第一參考光電傳感器，并且所述第二光電傳 感器是所述第二參考光電傳感器。
34. 如權利要求28到33中任何一項所述的方法，其中所述光敏元 件以串聯的方式連接。
35. 如權利要求27到34中任何一項所述的方法，其中所述光敏元 件或各光敏元件包括光電二極管。
36. 如權利要求35所述的方法，其中所述光敏元件或各光敏元件 包括橫向光電二極管。
37. 如權利要求27到36中任何一項所述的方法，其中所述光敏元 件或各光敏元件包括光電晶體管。
38. 如權利要求27到37中任何一項所述的方法，其中所述光敏元 件或各光敏元件包括薄膜光敏元件。
39. 如權利要求38所述的方法，其中所述光敏元件或各光敏元件 包括硅薄膜光敏元件。
40. 如任何在前權利要求所述的方法，其中所述參考光電傳感器的 物理尺寸不同于所述檢測光電傳感器的相應物理尺寸。
41. 如權利要求40所述的方法，其中所述物理尺寸是寬度。
42. 如權利要求41所述的方法，其中所述參考光電傳感器的寬度 小于所述檢測光電傳感器的寬度。
43. 如權利要求1到39中任何一項所述的方法，其中所述參考和 檢測光電傳感器標稱上適于彼此相同。
44. 一種操作具有檢測光電傳感器和參考光電傳感器的光傳感器 的方法，包括通過至少部分地使用所述參考光電傳感器來確定施加 到所述檢測光電傳感器上的偏置電壓，利用如任何在前權利要求所述 的方法來補償投射在所述檢測光電傳感器上的散射光。
45. 如任何在前權利要求所述的方法，其中所述檢測光電傳感器被 設置為接收要由所述傳感器傳感的光并接收散射光，并且所述參考光 電傳感器被設置為基本只接收散射光。
46. —種測量光等級的方法，包括利用如任何在前權利要求所述的方法來提供基本消除了散射光影響的光等級的測量。
47. 如任何在前權利要求所述的方法，其中要傳感的光包括環境光。
48. —種操作顯示裝置的方法，包括利用如任何在前權利要求所 述的方法來確定環境光等級，并且根據確定的環境光等級來控制所述 顯示裝置的性能。
49. 如權利要求48所述的方法，其中所述性能包括所述顯示裝置 的亮度，例如，所述顯示裝置的背光源的強度或者構成所述顯示裝置 的顯示面板的發射顯示元件的亮度。
50. 如權利要求49所述的方法，其中所述散射光來自所述背光源 或發射顯示元件，視情況而定。
51. 如權利要求48、 49或50所述的方法，其中所述性能包括所述 顯示裝置的伽瑪值。
52. —種光傳感器，包括檢測光電傳感器和參考光電傳感器，所述 參考光電傳感器用于補償投射在所述檢測光電傳感器上的散射光，并 且所述傳感器適于至少部分地利用所述參考光電傳感器來確定施加到 所述檢測光電傳感器上的偏置電壓。
53. —種顯示裝置，包括背光源和如權利要求52所述的用于確定 環境光等級的光傳感器、以及用于根據確定的環境光等級來控制所述 背光源的強度的裝置。
54. 如權利要求53所述的顯示裝置，其中所述散射光來自所述背 光源。
55. 如權利要求53或54所述的顯示裝置，包括在其上設置有顯示電路的顯示基板，并且其中所述光傳感器設置在所述顯示基板上。
56.如任何在前權利要求所述的方法、傳感器或裝置，其中詞語"電壓"改寫為"電流"，反之亦然。
全文摘要
本發明提供一種補償具有檢測光電傳感器(7)和參考光電傳感器(20)的光傳感器中的散射光的方法，參考光電傳感器(7)用于補償投射在檢測光電傳感器(20)上的散射光。該方法包括至少部分地利用參考光電傳感器(20)來確定施加到檢測光電傳感器(7)上的偏置電壓。基于該方法，提供一種包括背光源和用于確定環境光等級的光傳感器的顯示裝置，其中利用用于根據確定的環境光等級來控制背光源強度的裝置，基本消除來自背光源的散射光的影響。
文檔編號G02F1/1335GK101589477SQ200880002940
公開日2009年11月25日 申請日期2008年4月21日 優先權日2007年4月20日
發明者B·J·哈德文, C·J·布朗, M·P·庫爾森, P·希彼德 申請人:夏普株式會社