可見光傳感器ＬＸ１９７０的原理及應用

潘　建

LX1970是一款采用新技術、具有模仿人眼感光效應的光傳感器。該器件是專為監視平板顯示器的亮度控制系統的環境光線而設計的。它有一個獨特的光電二極管陣列，在520nm時有一個尖峰響應而在紫外和紅外波長時就急劇衰減。這個光電二極管陣列具有非常精確、線性和可重復的電流轉換功能。光電流通過內部集成的一個高增益的運放后從電流源和電流接收兩個管腳輸出。這些電流通過在一個或兩個管腳之間增加一個電阻就能轉換成電壓，電壓增益決定于電阻值，典型的取值范圍在10～50ｋΩ之間。圖1所示為LX1970的管腳排列。它具有像人眼一樣靈敏、無需濾光器、只需一個外加元件、無需外加放大器和低成本易使用的優點，可廣泛應用于對任何光照或顯示應用的自動亮度控制系統中。

工作原理

LX1970的引腳功能如附表所示。為了把光能量從μW/cm2轉換成cd/m2就必須詳細說明一下光電系統。光電系統可以看作是光能的傳遞和接收系統，輻射能從目標(輻射源)發出后經過中間介質、光學系統，最后被光電器件接收。光能的強弱是否能使接收器感受，這是光電系統一個很重要的指標。光度學研究對可見光的能量的計算，它使用的參量稱為光度量。以人的視覺習慣為基礎建立。cd/m2是衡量點亮的平板表面亮度強弱的單位。μW/cm2是衡量可見的和不可見的光通量和電磁輻射通量強度的單位。轉換的第一步就是把發光強度轉換成通過了一個對應的濾波片的照明通量。在正常環境中使用的是光適應曲線，在黑暗環境中使用的是暗適應曲線。如果光波僅僅只有一種波長，只需一張表就會給出從μW/m2轉換到lx(lumens/m2)的轉換因數。如果多使用一種光波，光的光譜就必須采用合適的濾光片才能測定總的照度。對于適應于人眼的正常光線而言，最靈敏的波長是555nm。在555nm，轉換的因數為683lx=1W/m2=100μW/cm2，因此，555nm時，14.6μW/cm2=100lx。轉換的下一步就是把照度變成亮度。照度的單位是lx或者lumens/m2。亮度的單位是cd/m2或者lumens/m2-球面度。假設一束光照在一個理想的全反射的球面上，那么從lx到cd/m2的轉換因數就是3.14lx產生1cd/m2。

如果光傳感器有一個真實的光電響應，它就會產生和該束光強度相對應的輸出電流，而不管這束光的顏色。

應用實例

圖2是一個沒有用戶干預的，應用LX1970進行自動減低亮度的實例。根據所需要的最小亮度范圍和斜率選擇電阻R1和R2的值，選擇C2來調整響應時間。Vdd接3.3V或者5V，VOUT接轉換器的亮度輸入或者LED的驅動控制器。