關鍵詞： 環境光傳感器 , RGB傳感器

平板電腦和智能手機市場的發展表明，具有新穎獨到的工業設計能力有助于原始設備制造商（OEM）確立牢固的市場地位。隨著智能手表等可穿戴產品日益流行，時尚的創意產品設計將倍受青睞。

創造新穎設計的難點在于需要在顯示屏上以用戶為重點下一番功夫：用戶界面本身。由于色彩豐富的液晶或有機LED顯示器與電容式觸摸屏結合非常強大，這使其理所當然地成為了主流設計。但這并不意味著所有產品設計都需要采用透明和銀色玻璃。有色玻璃為產生與眾不同的用戶體驗提供了諸多可能。

圖1：RGB傳感器能形成差異化產品設計。

盡管玻璃色彩會改變用戶界面的外觀，但顯示面板本身可以對此進行補償——改變像素的色彩平衡，從而通過顯示屏玻璃產生清晰的顯示效果。不僅如此，顯示屏設計不但能夠對彩色玻璃進行補償，而且可在不同環境光照條件下變化，如從陽光下的藍色光，變為某些室內照明條件下的黃色或紅色色調。

這種能力的關鍵要求是以準確的紅、綠、藍（RGB）環境光傳感器，取代目前智能手機使用的簡單的白色環境光傳感器，幫助確定顯示屏所需的亮度。通過全面考慮色彩以及環境亮度，顯示器將更便于閱讀，更能使人在使用上感覺舒適(圖1)。

手機和平板電腦環境光RGB檢測的第二個優點，體現在與內置相機傳感器結合使用時。環境光傳感器為自動白平衡計算提供重要信息反饋，確保用戶拍攝圖片逼真的膚色和顏色一致性。利用精確的色彩反饋，運算甚至可以確定可能的光源，如熒光燈或多云的天空，幫助計算取得更好畫面效果的曝光度。此外，通過確定光源和光強，還可以優化閃光燈輸出和驅動電流，從而延長電池續航時間。

這項技術還可有利于汽車應用中的儀表盤設計，在迅速經過黃色鈉燈與其他光源照明條件快速變化的夜間道路上，提高儀表盤的可讀性和醒目性。

高質量RGB傳感器也可以用于其他應用場合。集成到電視中，傳感器可用來提示顯示電子設備因器件老化導致的任何變化。例如，在有機發光二極管（OLED）顯示器中，隨著器件老化，藍色像素的色彩往往比紅色和綠色像素變化快。通過這種顏色的感應，RGB傳感器有助于在電視的整個使用壽命期間保持更加一致的顯示效果。

圖2：色彩歸一到綠色的例子。

為感應環境光和有色玻璃色彩過濾的效果，傳感器通常裝在玻璃面板下面。這樣可以提供各種光源照射條件下顯示的準確色彩參考，供顯示驅動器用來調整RGB有效像素的平衡，補償濾光效果以及環境光照條件，如過紅或其他有色光。

為克服閃爍的影響，傳感器設計采用集成式ADC可濾掉50Hz或60Hz對人造光源的影響或相機閃光燈的影響。樣本數據可采用串行接口（如I2C）傳送到顯示驅動控制器。

安裝的傳感器應能夠通過顯示屏接收光線，對整體像素輸出變化做出反應。例如，固件可以利用給定輸出圖像接收光線與工廠校準讀數的比較，增加或減少紅、綠或藍色，保持產品整個生命周期色彩輸出的一致性——例如，假定OLED面板在畫面上可以體現出一致的老化效果。

彩色打印機也需要精確的傳感器，用以確保校準和打印期間，紙面上有準確的油墨量——這是打印彩色圖片的基本要求。  
        
由于物理結構設計對其中大量應用非常重要，因此，RGB環境光傳感器需要體積小、精度高。如果器件邊長小于 2毫米，很容易封裝在圖像傳感器附近，或將其裝在顯示屏玻璃面板框架內不顯眼的位置，而不會減小顯示屏的有效使用面積。

傳感器還需要能夠在許多不同情況下靈活安裝，如裝在電視機紅外（IR）遙控端口或移動設備感應用戶觸控功能紅外信號的接近傳感器使用的專用暗色玻璃后面。與標準玻璃不同，這種材料紅外信號傳輸的有效距離比大多數其他形式的玻璃更遠。紅外濾光或補償可以防止強紅外信號影響可見光測量。

一種方法是將紅外濾光片放在RGB傳感器自身上面，但這會增加成本和結構的復雜性。另一種方法不僅將可見光光電二極管，而且將紅外傳感器集成在設備上，使處理電子器件可以進行數字補償。這種方法優于紅外濾光的一個主要優點是，提高了光照檢測的智能水平。不同類型的可見光源產生的紅外光成分存在很大差別。例如，白熾燈光源生成大量紅外光，而熒光燈產生的紅外光非常弱，并且一般低于自然光中的紅外光。通過解讀這種數據，軟件可以根據不同照明條件進行圖像補償。

因為紅外玻璃濾除了大部分可見光，所以需要高靈敏度的RGB光電二極管陣列，確保這些條件下使用的傳感器準確的顏色響應。傳感器需要能夠在光照度低至0.005lux的黑暗環境中測量顏色（例如在紅外玻璃下面工作），但同時需要支持玻璃透光率非常高、光照度高達10,000lux的應用。為便于使用，傳感器應直接與該設備的核心處理器連接，根據當前的照明條件不斷調整光亮度，保持顯示器顏色的一致性和理想亮度。

圖3：RGB傳感器典型應用圖。

精度和可重復性對于確保產品有一致的用戶體驗，而生產過程中又不必耗費大量時間進行校準至關重要。偏差小于 10%足以保證環境色度有效匹配。因為有許多RGB傳感器應用在移動設備中，所以必須保證低功耗。不僅需要降低模擬前端的工作電流，而且在不使用時，傳感器電子器件能夠進入低功耗待機模式也十分重要。由于光照條件不太可能迅速變化，在接近傳感器的LED光電二極管出現閃爍等情況中，在短時間內做幾次讀數是使用這類器件的有效策略。一旦取得了所需要的讀數，即可讓傳感器掉電等候，直至幾秒種后的下一個周期。該策略可使傳感器子系統的能耗降低幾個數量級。

能夠利用軟件工具驗證傳感器性能也十分重要。開發人員通過顯示，了解環境光讀數與工業標準CIE 1931色度圖的相符程度，可以更加方便地評估一塊特定玻璃對讀數的影響，并調整最終產品所需的色度補償。軟件還可以顯示，IC傳感器的精度能夠與專用手持色度儀的精度有多接近。

圖4：色度測試GUI圖示例。

Intersil ISL29125便是一款滿足這種快速增長市場需求的RGB傳感器。這款傳感器可在掉電模式下低功耗運行。它采用標準I2C接口向主機傳送數據。ISL29125還提供0.005lux至10,000lux的寬動態范圍，從而使設計人員能夠將其應用到廣泛的工作環境和應用中。在掉電模式下，Intersil RGB傳感器消耗的電流小于0.5μA；在工作模式下，其流耗約為85μA。

圖5：ISL29125 RGB傳感器方框圖。

除高精度和出色的性能之外，ISL29125傳感器還是業內體積最小的6引腳RGB傳感器。設備設計中只需極小的孔徑，即可獲得足以準確測量色溫所需的環境光，從而極大地改善了工業設計。評估板支持軟件按CIE色度圖解碼顯示器讀數，為開發提供幫助。

通過集成和高效的IC設計，新一代RGB傳感器可顯著改善消費、汽車和工業類應用的用戶界面閱讀體驗。