CN1670492A - 用于消除颜色传感器电路中的暗光电流的系统和方法 - Google Patents

用于消除颜色传感器电路中的暗光电流的系统和方法 Download PDF

Info

Publication number
CN1670492A
CN1670492A CNA2005100018909A CN200510001890A CN1670492A CN 1670492 A CN1670492 A CN 1670492A CN A2005100018909 A CNA2005100018909 A CN A2005100018909A CN 200510001890 A CN200510001890 A CN 200510001890A CN 1670492 A CN1670492 A CN 1670492A
Authority
CN
China
Prior art keywords
color sensor
coupled
voltage
sensor circuit
color
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CNA2005100018909A
Other languages
English (en)
Other versions
CN1670492B (zh
Inventor
陈文杰
何起文
林练力
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Godo Kaisha IP Bridge 1
Original Assignee
Agilent Technologies Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Agilent Technologies Inc filed Critical Agilent Technologies Inc
Publication of CN1670492A publication Critical patent/CN1670492A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN1670492B publication Critical patent/CN1670492B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/42—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
    • G01J1/44—Electric circuits
    • G01J1/46—Electric circuits using a capacitor
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/02—Details
    • G01J1/0252—Constructional arrangements for compensating for fluctuations caused by, e.g. temperature, or using cooling or temperature stabilization of parts of the device; Controlling the atmosphere inside a photometer; Purge systems, cleaning devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02—Details
    • G01J3/0286—Constructional arrangements for compensating for fluctuations caused by temperature, humidity or pressure, or using cooling or temperature stabilization of parts of the device; Controlling the atmosphere inside a spectrometer, e.g. vacuum
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/60—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise
    • H04N25/63—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise applied to dark current
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/42—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
    • G01J1/44—Electric circuits
    • G01J2001/444—Compensating; Calibrating, e.g. dark current, temperature drift, noise reduction or baseline correction; Adjusting

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Amplifiers (AREA)
  • Spectrometry And Color Measurement (AREA)

Abstract

本发明公开了一种用于消除颜色传感器电路中的暗光电流的系统和方法。所描述的颜色传感器包括颜色传感器电路、暗色传感器电路和差分放大器电路。所述颜色传感器电路从光输入的颜色分量中接收光电流。所述颜色传感器电路输出指示了颜色分量的强度的第一电压。所述暗色传感器电路接收暗光电流，并且输出指示了偏移电压的第二电压。差分放大器电路耦合到颜色传感器电路和暗色传感器电路。所述差分放大器电路接收第一和第二电压，并且输出在第一电压中消除了由暗光电流所引起的偏移电压成分的最终输出。

Description

用于消除颜色传感器电路中的暗光电流的系统和方法
技术领域
本发明涉及颜色传感器的领域，更具体地说，本发明涉及用于消除颜色传感器中的暗电流(dark current)偏移和温度变化的系统和方法。
背景技术
颜色传感器的核心是光电探测器。光电探测器的目的是要捕获电磁辐射，并且将电磁辐射转换成电信号。通常，所产生的电信号与入射光的强度成比例。传统的颜色传感器电路采用p-i-n或pn结光电二极管作为光电探测器。一般，光电二极管捕获和吸收光能。所产生的载流子扫过光电二极管的p-i-n或pn结，并且产生可以被检测的小的光电流。通常，光电二极管在很大的操作范围内呈现线性响应。
在颜色传感器中，使用转阻放大器(transimpedance amplifier)将光电流转换为电压信号。由于转阻放大器提供了高效的输入阻抗，从而可以在保持比具有相似的输入阻抗特性的传统放大器低得多的R-C时间常数的同时，产生合适的电压电平，因此转阻放大器是有利的。此外，转阻放大器还提供了线性响应，并且不会损害光电二极管固有的高线性。
但是，在传统的颜色传感器中，存在暗电流零点偏移(null offset)和温度变化的问题，这些问题会对来自颜色传感器的转阻放大器的电压响应产生不利的影响。现有技术图1A示出了颜色传感器中的温度变化和暗色偏移的影响。现有技术1B示出了图示出暗电流零偏移的现有技术图1A的放大区域100B。
具体地说，在颜色传感器中，代表了暗光能量的暗电流造成电压偏移。如现有技术图1B所示，在一种情况下，检测到的光电流为0安培处的暗电流电压偏移约为4mV。该暗电流电压偏移会对颜色传感器的DC响应产生不利的影响。就是说，暗电流电压偏移会对来自颜色传感器的输出电压产生消极的影响，从而给出与光能输入的强度相对应的错误的电压读数。
此外，暗电流电压偏移速率随温度而变化。现有技术1A示出了暗电流电压偏移的变化对颜色传感器的转阻放大器的电压响应的影响。具体地说，暗电流偏移速率随温度的升高而增大。该暗电流电压偏移速率的改变会影响转阻放大器响应中的线性斜率。就是说，指出颜色传感器在T＝100摄氏度时的操作的直线的斜率要大于指出颜色传感器在T＝25摄氏度时的操作的直线的斜率。同样，指出颜色传感器在T＝25摄氏度时的操作的直线的斜率要大于指出颜色传感器在T＝负40摄氏度时的操作的直线的斜率。这样，由于在一段温度范围上，来自颜色传感器的电压读数没有提供恒定的线性响应，因此颜色传感器对温度敏感，这会对颜色传感器中的转阻放大器的响应产生不利的影响。
这样一来，因为传统的颜色传感器放大器在其电压输出中呈现出暗电流零点偏移，因此传统的颜色传感器的一个缺点在于减弱了颜色传感器的DC响应(零偏移)。另外，另一个缺点在于，颜色传感器的转阻放大器的电压响应中的温度变化造成线性响应的斜率变化，这会不利地导致颜色传感器的电压响应在一段温度范围上的变化。
因此，现有技术的系统和方法所提供的颜色传感器会受到暗电流电压偏移和较低的温度鲁棒性的不利影响。
发明内容
本发明公开了一种用于消除颜色传感器电路中的暗光电流的系统和方法。所描述的颜色传感器包括颜色传感器电路、暗色传感器电路和差分放大器电路。所述颜色传感器电路从光输入的颜色分量中接收光电流。所述颜色传感器电路输出指示了颜色分量的强度的第一电压。所述暗色传感器电路接收暗光电流，并输出指示了偏移电压的第二电压。差分放大器电路耦合到颜色传感器电路和暗色传感器电路。所述差分放大器电路接收第一和第二电压，并且输出在第一电压中消除了由暗光电流所引起的偏移电压成分的最终输出。
附图说明
现有技术图1A是示出了一段温度范围上暗电流电压偏移的不利影响的图。
现有技术图1B是示出了暗电流电压偏移的不利影响的图。
图2A是根据本发明的一个实施例，用于捕获来自颜色分量的光能的颜色传感器电路的示意图。
图2B是根据本发明的一个实施例，用于测量暗电流的暗色传感器电路的示意图。
图2C是根据本发明的一个实施例，用于消除暗电流电压偏移的差分电路的示意图。
图3是根据本发明的一个实施例，包括了一个用于消除暗电流电压偏移的差分电路的颜色传感器电路的示意图。
图4是根据本发明的一个实施例，包括了多个用于消除暗电流电压偏移的差分电路的颜色传感器电路的示意图。
图5是示出了根据本发明的一个实施例，在用于消除颜色传感器电路中的暗电流电压偏移的方法中的步骤的流程图。
具体实施方式
因此，本发明公开了用于消除暗电流电压偏移的系统和方法，该系统和方法提供了增强的温度鲁棒性。具体地说，本发明的实施例能够消除各个颜色分量的颜色传感器的电压输出中的暗电流电压偏移的影响。这样一来，本发明的实施例通过呈现出增强的颜色传感器的DC响应而改善了传统的颜色传感器。另外，作为消除了暗电流电压偏移的另一个益处，由于颜色传感器的转阻放大器的电压响应的斜率不随温度而变化，因此本发明的实施例呈现出增强的温度鲁棒性。
现在参考图2A、2B和2C，根据本发明的实施例，所公开的示意图提供了用于消除颜色传感器中的暗电流电压偏移的电路。图2A、2B和2C中的示意图克服了和暗电流电压偏移相关联的问题，因此提供了更好的颜色传感器DC响应(零偏移)和增强的温度鲁棒性。图2A、2B和2C中所描述的本发明的实施例在颜色分量的上下文中进行描述。虽然本发明的实施例的描述使用了红色、绿色和蓝色的颜色分量，但是本发明的其他实施例也适用于其他的颜色分量。
图2A是根据本发明的一个实施例的颜色传感器电路200A的示意图，所述颜色传感器电路200A测量输入光能的颜色分量的光电流和所产生的输出电压，该输出电压包括了暗电流电压偏移。颜色传感器电路200A从光输入205的颜色分量中产生光电流。在本发明的实施例中，颜色分量包括红色、绿色和蓝色。颜色传感器电路200A在节点225处输出电压VCCOUT，该电压指示出被测量的光输入的颜色分量的强度。
颜色传感器电路200A包括光电探测器210(例如光电二极管)，其捕获来自输入光能205的电磁辐射。光电探测器从电磁辐射中产生光电流。将作为所产生的光电流的光电探测器的输出发送到转阻放大器220的负输入端。转阻放大器220的正输入端耦合到地。由电源VDD和地加偏压于转阻放大器220。在一个实施例中，VDD的范围大约从3.3伏特到5.0伏特。转阻放大器220将来自光电探测器210的光电流转换为节点225处的输出电压VCCOUT，其提供了输入光能的各个颜色分量的强度。
节点225处的VCCOUT的值依赖于转阻放大器220的增益。输出电压VCCOUT如下列等式1所述：
                VCCOUT＝ATIA(IColor Component+IDark)    (1)
参数ATIA是转阻放大器220的增益。而且，IColor Component是从输入光能205的颜色分量所测量的电流。IDark是由颜色传感器电路200A所测量的暗电流。
如图中200A所示，检测各个颜色分量的光电流的光电探测器210包括光电探测器输入端，其耦合到地，并且耦合到转阻放大器220的正输入端。而且，光电探测器210包括耦合到转阻放大器220的负输入端的光电探测器输出端。
另外，颜色传感器电路200A包括反馈电阻器组件230。反馈电阻器组件230的值依赖于参数的变化，所述参数例如是所测量的颜色分量、滤波器响应、光电二极管光谱响应等等。反馈电阻器组件230的选择还依赖于光照度(光度测定的)测量或辐射(辐射测定的)功率强度测量所需的动态范围。在一个实施例中，反馈电阻器组件230的值的范围是从0.5兆欧到200兆欧。
根据本发明的一个实施例，反馈电阻器组件230包括增益选择。这些数字输入组合根据用户的偏好来设置不同的电阻值。电阻值的选择依赖于感知颜色分量所需要的增益。通常，反馈电阻器组件的值越高，增益越高，并且因此颜色传感器电路200A对颜色强度的变化越敏感。
如图2A所示，反馈电阻器组件230包括耦合到节点225处的输出VCCOUT的一个端点。另外，反馈电阻器组件230包括耦合到转阻放大器220的负输入端的另一个端点。
颜色传感器电路200A还包括补偿电容器235。补偿电容器235稳定颜色传感器电路200A的整体系统性能。补偿电容器235的典型值的范围大约从2皮法到400皮法。而且，被测量的颜色分量将影响补偿电容器235中所需的电容。通常，反馈电阻器组件230的电阻越高，补偿电容器235的电容则越高。
如图2A所示，补偿电阻器235与反馈电阻器组件230并联耦合到节点225处的输出电压VCCOUT和转阻放大器220的负输入端。
图2B是测量暗电流电压偏移的颜色传感器电路200B的示意图。现在图2A、2B和2C的颜色传感器并入了附加的转阻放大器以转换暗光电流，作为图2A的电压输出VCCOUT中的某种形式的基准消除(referencecancellation)。就是说，根据本发明的一个实施例，颜色传感器电路200B测量输入光能的光电流和所产生的输出偏移电压，所述电流和电压来自不存在的电磁辐射，是“暗”的。这样，颜色传感器电路200B产生暗光电流，并且在节点255处输出指示出暗电流强度的暗电流偏移电压VDOUT。颜色传感器200B的配置与颜色传感器200A的配置相同。但是，颜色传感器电路200A被设计成用于检测与输入光能的颜色分量相对应的光能，而颜色传感器电路200B被设计成用于检测暗光电流。
颜色传感器电路200B包括用于捕获电磁辐射的光电探测器240(例如光电二极管)。当在图2B中由画圈的X示出不存在作为输入的电磁辐射时，在颜色传感器电路200B中存在暗电流，在节点255处，所述暗电流作为输出VDOUT被检测和测量。光电探测器240产生暗光电流。将作为所产生的光电流的光电探测器的输出发送到转阻放大器250的负输入端。转阻放大器250的正输入端耦合到地。由电源VDD和地加偏压于转阻放大器250。转阻放大器250将来自光电探测器240的暗光电流转换为节点255处的输出电压VDOUT，该输出电压VDOUT提供了诸如颜色传感器电路200A一类的在相同条件下进行操作的典型颜色传感器的偏移电压。
节点255处的VDOUT的值依赖于转阻放大器250的增益。在如下的等式2中示出了输出电压VDOUT：
                 VDOUT＝ATIA(IDark)(2)
参数ATIA是转阻放大器250的增益。IDark是由颜色传感器电路200B所测量的暗电流。
如图中200B所示，光电探测器240检测暗光电流，并且光电探测器的输入端耦合到地和转阻放大器250的正输入端。而且，光电探测器240的输出端耦合到转阻放大器250的负输入端。
另外，颜色传感器电路200B包括反馈电阻器组件260。反馈电阻器组件260的值依赖于参数的变化，所述参数例如是滤波器响应、光电二极管光谱响应等等。反馈电阻器组件260的选择还依赖于光照度(光度测定的)测量或辐射(辐射测定的)功率强度测量所需要的动态范围。在一个实施例中，反馈电阻器组件260的值的范围是从0.5兆欧到200兆欧。
根据本发明的一个实施例，反馈电阻器组件260包括增益选择。这些数字输入组合根据用户的偏好来设置不同的电阻值。电阻值的选择依赖于感知暗光电流所需要的增益。通常，反馈电阻器组件的值越高，增益越高，并且因此颜色传感器电路200B越敏感。
如图2B所示，反馈电阻器组件260的一端耦合到节点255处的输出VDOUT。另外，反馈电阻器组件260的另一端耦合到转阻放大器250的负输入端。
颜色传感器电路200B还包括补偿电容器265。补偿电容器265稳定颜色传感器电路200B的整体系统性能。补偿电容器265的典型值的范围大约从2皮法到400皮法。通常，反馈电阻器组件260的电阻越高，补偿电容器265的电容则越高。
如图2B所示，补偿电阻器265与反馈电阻器组件260并联耦合到节点255处的输出电压VDOUT和转阻放大器250的负输入端。
图C是根据本发明的一个实施例的差分放大器电路200C的示意图，所述差分放大器200C消除了由暗光电流所引起的输出电压VCCOUT中的暗电流偏移的成分。具体地说，差分放大器电路200C接收来自颜色传感器电路200A的输出电压VCCOUT和来自颜色传感器电路200B的输出电压VDOUT，并且在输出节点275处输出最终的输出VCCOUT_FINAL，该最终的输出VCCOUT_FINAL消除了由暗光电流所引起的偏移电压的成分。
差分放大器电路200C包括差分运算放大器270。差分运算放大器270在节点275处输出如图2A所示的输入光能205的颜色分量的最终输出电压VCCOUT_FINAL，该最终输出电压VCCOUT_FINAL补偿了暗电流电压偏移。
假设电阻器280A、280B、280C和280D的电阻值相等，则节点275处的VCCOUT_FINAL的值如下列等式3所示：
VCCOUT_FINAL＝VCCOUT-VDOUT    (3)
这样，由于电压VCCOUT本质上是暗光电流和由输入光能205的各个颜色分量所产生的光电流两者的电压增益总和，因此消除了暗光电流的影响。这样一来，也消除了来自暗电流偏移电压的相对温度系数的影响，从而增强了并入了颜色传感器电路200A、200B和200C的颜色传感器的温度鲁棒性。
如图2C所示，差分运算放大器270通过电阻器280B，在其负输入端处接收来自颜色传感器电路200A的颜色传感器输出节点225的输出电压VCCOUT。另外，差分运算放大器270通过电阻器280C，在其正输入端处接收来自颜色传感器电路200B的颜色传感器输出节点255的输出电压VDOUT。另外，差分运算放大器270的正输入端还通过另一个电阻器280D耦合到地。
另外，差分放大器电路200C包括反馈电阻器280A。在图2C中，反馈电阻器280A的一端耦合到差分运算放大器270的负输入端，并且其另一端耦合到提供了电压信号VCCOUT_FINAL的输出节点275。
在一个实施例中，电阻器280A、280B、280C和280D的电阻值相同。具体地说，该电阻值和被设计为检测各个颜色分量的颜色传感器电路200A的各个反馈电阻器组件230的电阻值相匹配。
图3是根据本发明的一个实施例的颜色传感器300的示意图，所述颜色传感器300当产生作为各个颜色分量的强度的量度的输入光能的电压时，能够消除暗电流电压偏移。颜色传感器300并入了如图2A、2B和2C所公开的本发明的实施例。
颜色传感器300包括多个颜色传感器电路。所述多个颜色传感器电路中的每一个从输入光源305的各个颜色分量中产生光电流。另外，所述多个颜色传感器电路中的每一个输出相关联的电压，该电压指示出其各自颜色分量的强度。例如，如图3所示，所述多个颜色传感器电路包括红色传感器电路310、绿色传感器电路320和蓝色传感器电路330。在一个实施例中，将颜色传感器电路310、320和330中的每一个都配置成与颜色传感器电路200A一样。
但是，对颜色传感器电路310、320和330中的每一个进行不同的设计，以捕获不同波长的光。例如，对如颜色传感器电路200A一样配置的颜色传感器电路310进行设计，以检测来自输入光源305的红色光谱的电磁辐射。颜色传感器电路310输出电压输出VROUT。并且，对如颜色传感器电路200A一样配置的颜色传感器电路320进行设计，以检测来自输入光源305的绿色光谱的电磁辐射。颜色传感器电路320输出电压输出VGOUT。另外，对如颜色传感器电路200A一样配置的颜色传感器电路330进行设计，以检测来自输入光源305的蓝色光谱的电磁辐射。颜色传感器电路330输出电压输出VBOUT。
来自颜色传感器电路310、320和330的输出电压中的每一个都由选择器350(例如多路转接器)接收。选择器350选择信号VROUT、VGOUT和VBOUT中的一个来测量来自输入光源305的相应颜色分量的强度。例如，如果选择器350选择了VROUT，则在颜色传感器300中测量输入光源305的红色分量的强度。
另外，颜色传感器300包括暗色传感器电路340。暗色传感器电路340产生暗光电流，并且输出暗电流偏移电压VDOUT。暗色传感器电路340具有与图2B的颜色传感器电路200B相似的配置。暗色传感器电路340将暗光电流转换成某种形式的参考偏移电压，以用于之后从选择器350所选择的电压输出中消除。这样一来，暗色传感器电路340产生暗光电流，并且输出指示了暗电流强度的暗电流偏移电压VDOUT。
传感器电路300包括差分放大器电路360。差分放大器电路360能够消除由暗光电流所引起的正被测量的输出电压VCCOUT中暗电流偏移的成分。差分放大器电路360具有与图2C的差分放大器电路200C相似的配置。具体地说，差分放大器电路360接收来自选择器350的所选择的电压输出VCCOUT，以及来自暗色传感器电路340的暗电流电压偏移VDOUT。差分放大器电路360在节点365处输出最终输出VCCOUT_FINAL，所述最终输出VCCOUT_FINAL消除了由暗光电流所引起的偏移电压的成分。
如图3所示，由于电压VCCOUT本质上是暗光电流和由输入光源305的各个颜色分量所产生的光电流两者的电压增益总和，因此在差分放大器电路360中消除了暗光电流的影响。这样一来，也消除了来自暗电流偏移电压的相对温度系数的影响，从而增强了颜色传感器300的温度鲁棒性。
如前所述，差分放大器电路360中的电阻器的电阻值应该与测量各个颜色分量的各个颜色传感器电路310、320和330中的反馈电阻器的电阻相匹配。但是，由于只存在一个差分放大器360，因此该差分放大器360中的电阻值应该与红色传感器电路310、绿色传感器电路320和蓝色传感器电路330的反馈电阻器组件之中，具有最低电阻器增益选择的电阻相匹配。
在一个实施例中，使用适当的转换器，可以以数字形式或模拟形式来提供最终输出VCCOUT。为了利用来自每个颜色分量的必需的VCCOUT信息重建输入光源305，可以将该最终输出提供给处理器(例如微处理器)，以用于进一步的处理。
图4是颜色传感器400的示意图，所述颜色传感器400当产生作为各个颜色分量的强度的量度的输入光源的电压时，能够消除暗电流电压偏移。颜色传感器400并入了如图2A、2B和2C所公开的本发明的实施例。
颜色传感器400包括多个颜色传感器电路。所述多个颜色传感器电路中的每一个从输入光源405的各个颜色分量中产生光电流。另外，所述多个颜色传感器电路中的每一个输出相关联的电压，该电压指示出其各自颜色分量的强度。例如，如图4所示，所述多个颜色传感器电路包括红色传感器电路410、绿色传感器电路420和蓝色传感器电路430。在一个实施例中，将颜色传感器电路410、420和430中的每一个都配置成与颜色传感器电路200A一样。
但是，对颜色传感器电路410、420和430中的每一个进行不同的设计，以捕获不同波长的光。例如，对如颜色传感器电路200A一样配置的颜色传感器电路410进行设计，以检测来自输入光源405的红色光谱的电磁辐射。颜色传感器电路410输出电压输出VROUT。并且，对如颜色传感器电路200A一样配置的颜色传感器电路420进行设计，以检测来自输入光源405的绿色光谱的电磁辐射。颜色传感器电路420输出电压输出VGOUT。另外，对如颜色传感器电路200A一样配置的颜色传感器电路430进行设计，以检测来自输入光源405的蓝色光谱的电磁辐射。颜色传感器电路430输出电压输出VBOUT。
另外，颜色传感器400包括暗色传感器电路440。暗色传感器电路440产生暗光电流，并且输出暗电流偏移电压VDOUT。暗色传感器电路440具有与图2B的颜色传感器电路200B相似的配置。暗色传感器电路440将暗光电流转换成某种形式的参考偏移电压，以用于之后从来自颜色传感器410、420和430的相应的电压输出中消除。这样，暗色传感器电路440产生暗光电流，并且输出指示了暗电流强度的暗电流偏移电压VDOUT。
颜色传感器400还包括多个差分放大器电路415、425和435。所述多个差分放大器电路中的每一个与所述多个颜色传感器电路中相关联的颜色传感器电路相对应。这就是要使差分放大器电路中的电阻器的电阻值与相应的颜色传感器电路中的反馈电阻器组件的电阻相匹配。例如，差分放大器电路415与红色传感器电路410相关联，并且被设计成其中的电阻值与红色传感器电路410中的电阻值相匹配。而且，差分放大器电路425与绿色传感器电路420相关联，并且被设计成其中的电阻值与绿色传感器电路420中的电阻值相匹配。另外，差分放大器电路435与蓝色传感器电路430相关联，并且被设计成其中的电阻值与蓝色传感器电路430中的电阻值相匹配。
所述多个差分放大器电路415、425和435中的每一个都能够消除由暗光电流所引起的正被测量的相关联的输出电压VCCOUT中暗电流偏移的成分。所述多个差分放大器电路中的每一个都具有与图2C的差分放大器电路200C相似的配置，并且输出补偿了由暗光电流所引起的暗电流电压偏移的最终输出电压。
具体地说，差分放大器电路415接收来自红色传感器电路410的电压输出VROUT，以及来自暗色传感器电路440的暗电流电压偏移VDOUT。差分放大器电路415在节点417处输出测量输入光源405中的红色分量的强度的最终输出VROUT_FINAL。所述最终输出VROUT_FINAL消除了由暗光电流所引起的偏移电压的成分。
另外，差分放大器电路425接收来自绿色传感器电路420的电压输出VGOUT，以及来自暗色传感器电路440的暗电流电压偏移VDOUT。差分放大器电路425在节点427处输出测量输入光源405中的绿色分量的强度的最终输出VGOUT_FINAL。所述最终输出VGOUT_FINAL消除了由暗光电流所引起的偏移电压的成分。
而且，差分放大器电路435接收来自蓝色传感器电路430的电压输出VBOUT，以及来自暗色传感器电路440的暗电流电压偏移VDOUT。差分放大器电路435在节点437处输出测量输入光源405中的蓝色分量的强度的最终输出VBOUT_FINAL。所述最终输出VBOUT_FINAL消除了由暗光电流所引起的偏移电压的成分。
在一个实施例中，使用适当的转换器，可以以数字形式或模拟形式来提供最终输出VROUT_FINAL、VGOUT_FINAL和VBOUT_FINAL。为了包括输入光源405的重建，可以将这些最终输出提供给处理器(例如微处理器)，以用于进一步的处理。
图5示出了根据本发明的一个实施例，用于消除颜色传感器中的暗电流偏移电压的方法的步骤的流程图500。流程图500的方法能够克服与暗电流电压偏移相关联的问题，因此提供了颜色传感器中更好的颜色传感器DC响应(零偏移)和增强的温度鲁棒性。
在510处，本实施例测量与输入光源的颜色分量的强度相关联的第一电压。如前所述，该第一电压包括了来自输入光源的颜色分量的电磁能量，以及来自暗电流电压偏移的成分。
在520处，本实施例测量与影响了第一电压的测量的暗光电流相关联的暗电流电压偏移，或暗电流偏移。这是通过转换暗光电流来实现的。然后，使用暗电流电压偏移作为参考偏移电压，以用于之后从第一电压中消除。
在530处，本实施例从第一电压中减去暗电流偏移电压，从而在第一电压中消除暗电流偏移的影响。这样，则获得了补偿了暗电流电压偏移的代表相应的颜色分量的真正强度的最终输出电压。
在另一个实施例中，所述方法从多个颜色传感器电路中消除多个暗电流电压偏移。就是说，本实施例测量了与输入光源的各个颜色分量的强度相关联的多个电压。也测量了与暗光电流相关联的暗电流电压偏移。然后，使用暗电流电压偏移作为参考偏移电压，以用于之后从所述多个电压中的每一个中消除。然后，本实施例从所述多个电压中的每一个中减去偏移电压，从而消除暗电流电压偏移。这样，本实施例获得了代表各个颜色分量的强度的多个最终输出电压，这些最终输出电压每个都补偿了暗电流电压偏移。
虽然流程图500所示的实施例的方法示出了明确的步骤顺序和数量，但是本发明适用于其他实施例。例如，本发明不一定需要该方法中所提供的所有步骤。此外，可以在本实施例所示出的步骤中添加附加的步骤。同样地，可以依赖于应用而修改步骤的顺序。
这样，就描述了本发明，即用于消除颜色传感器中的暗电流电压偏移的系统和方法的优选实施例。虽然已经以特定实施例的方式描述了本发明，但是应该了解，本发明不应该局限于这些实施例来解释，而是应根据所附的权利要求书来解释。

Claims (21)

1.一种颜色传感器，包括：
从光输入的颜色分量中产生光电流的颜色传感器电路，其中所述颜色传感器电路输出指示了所述颜色分量的强度的第一电压；
用于产生暗光电流并且输出指示了偏移电压的第二电压的暗色传感器电路；以及
耦合到所述颜色传感器电路和所述暗色传感器电路的差分放大器电路，所述差分放大器电路用于接收所述第一和第二电压，并且输出在所述第一电压中消除了由所述暗光电流所引起的所述偏移电压的成分的最终输出。
2.如权利要求1所述的颜色传感器，其中所述颜色传感器电路包括：
转阻放大器，其包括输出端、负输入端和正输入端，所述输出端用于输出所述第一电压；
反馈电阻器，其一端耦合到所述输出端，并且其另一端耦合到所述负输入端；
补偿电容器，其以与所述反馈电阻器并联的形式耦合到所述输出端和所述负输入端；以及
用于检测所述颜色分量的所述光电流的光电探测器，其包括耦合到地和所述正输入端的光电探测器输入端，以及耦合到所述负输入端的光电探测器输出端。
3.如权利要求1所述的颜色传感器，其中所述暗色传感器电路包括：
转阻放大器，其包括输出端、负输入端和正输入端，所述输出端用于输出所述第二电压；
反馈电阻器，其一端耦合到所述输出端，并且其另一端耦合到所述负输入端；
补偿电容器，其以与所述反馈电阻器并联的形式耦合到所述输出端和所述负输入端；以及
用于检测所述暗光电流的光电探测器，其包括耦合到地和所述正输入端的光电探测器输入端，以及耦合到所述负输入端的光电探测器输出端。
4.如权利要求1所述的颜色传感器，其中所述差分放大器电路包括：
差分放大器，其包括输出端、正输入端和负输入端，所述输出端用于输出所述最终输出；
具有一个电阻值的反馈电阻器，其一端耦合到所述负输入端，并且其另一端耦合到所述输出端；
具有所述电阻值的第一电阻器，其与输出了所述第一电压的颜色传感器输出端和所述负输入端串联耦合；
具有所述电阻值的第二电阻器，其与输出了所述第二电压的所述暗色传感器电路的暗传感器输出端和所述正输入端串联耦合；以及
具有所述电阻值的第三电阻器，其串联耦合到所述正输入端和地。
5.如权利要求4所述的颜色传感器，其中所述电阻值约等于所述颜色传感器电路中的反馈电阻器的电阻。
6.如权利要求1所述的颜色传感器，其中所述颜色分量包括红色。
7.如权利要求1所述的颜色传感器，其中所述颜色分量包括绿色。
8.如权利要求1所述的颜色传感器，其中所述颜色分量包括蓝色。
9.一种颜色传感器，包括：
多个颜色传感器电路，每个颜色传感器电路从光输入的各自的颜色分量中产生光电流，并且每个颜色传感器电路输出指示了所述各自的颜色分量的强度的相关联的电压；
用于产生暗光电流和输出偏移电压的暗色传感器电路；
耦合到所述多个颜色传感器电路和所述暗色传感器电路的至少一个差分放大器电路，所述差分放大器电路用于接收所述相关联的电压和所述偏移电压，并且输出在所述各自的颜色分量的所述电压中消除了由所述暗光电流所引起的所述偏移电压成分的最终输出。
10.如权利要求9所述的颜色传感器，还包括：
包括所述至少一个差分放大器电路的多个差分放大器电路，其中所述多个差分放大器电路中的每一个对应于所述多个颜色传感器电路中相关联的颜色传感器电路，并且所述多个差分放大器电路中的每一个耦合到所述相关联的颜色传感器电路和所述暗色传感器电路，并且其中所述多个差分放大器电路中的每一个包括：
差分放大器，其包括输出端、正输入端和负输入端，所述输出端用于输出所述最终输出；
具有一个电阻值的反馈电阻器，其一端耦合到所述负输入端，并且其另一端耦合到所述输出端，其中所述电阻值约等于所述相关联的颜色传感器电路中的反馈电阻器的电阻；
具有所述电阻值的第一电阻器，其与所述负输入端和输出了所述相关联的颜色传感器电路的所述相关联的电压的颜色传感器输出端串联耦合；
具有所述电阻值的第二电阻器，其与所述正输入端和输出了所述偏移电压的所述暗色传感器电路的暗传感器输出端串联耦合；以及
第三电阻器，其串联耦合到所述正输入端和地。
11.如权利要求9所述的颜色传感器，其中所述多个颜色传感器电路中的每一个都包括：
转阻放大器，其包括输出端、负输入端和正输入端，所述输出端用于输出所述相关联的电压；
反馈电阻器，其一端耦合到所述输出端，并且其另一端耦合到所述负输入端；
补偿电容器，其以与所述反馈电阻器并联的形式耦合到所述输出端和所述负输入端；以及
用于检测所述颜色分量的所述光电流的光电探测器，其包括耦合到地和所述正输入端的光电探测器输入端，以及耦合到所述负输入端的光电探测器输出端。
12.如权利要求9所述的颜色传感器，其中所述暗色传感器电路包括：
转阻放大器，其包括输出端、负输入端和正输入端，所述输出端用于输出所述偏移电压；
反馈电阻器，其一端耦合到所述输出端，并且其另一端耦合到所述负输入端；
补偿电容器，其以与所述反馈电阻器并联的形式耦合到所述输出端和所述负输入端；以及
用于检测所述暗光电流的光电探测器，其包括耦合到地和所述正输入端的光电探测器输入端，以及耦合到所述负输入端的光电探测器输出端。
13.如权利要求9所述的颜色传感器，其中所述颜色分量包括红色。
14.如权利要求9所述的颜色传感器，其中所述颜色分量包括绿色。
15.如权利要求9所述的颜色传感器，其中所述颜色分量包括蓝色。
16.一种用于感测颜色的方法，包括：
测量与光输入的颜色分量的强度相关联的第一电压；
测量与影响所述第一电压的测量的暗电流偏移相关联的偏移电压；以及
从所述第一电压中减去所述偏移电压以消除所述第一电压中的所述暗电流偏移，以便获得补偿了所述暗电流偏移的代表所述强度的最终输出电压。
17.如权利要求16所述的方法，还包括：
使差分放大器电路中的电阻器的电阻值与用来测量所述第一电压的颜色传感器电路中的反馈电阻器的电阻相匹配，其中所述差分放大器电路接收所述第一电压和所述偏移电压并且输出所述最终输出电压。
18.如权利要求16所述的方法，还包括：
测量与所述光输入的各个颜色分量的强度相关联的多个电压；以及
从所述多个电压的每一个中减去所述偏移电压以消除所述暗电流偏移，以便获得代表了所述各个颜色分量的强度的多个最终输出电压，其中所述多个最终输出电压中的每一个都补偿了所述暗电流偏移。
19.如权利要求16所述的方法，其中所述颜色分量包括红色。
20.如权利要求16所述的方法，其中所述颜色分量包括绿色。
21.如权利要求16所述的方法，其中所述颜色分量包括蓝色。
CN2005100018909A 2004-03-15 2005-01-24 用于消除颜色传感器电路中的暗光电流的系统和方法 Active CN1670492B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US10/801,204 2004-03-15
US10/801,204 US7773134B2 (en) 2004-03-15 2004-03-15 System and method for canceling dark photocurrent in a color sensor circuit

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1670492A true CN1670492A (zh) 2005-09-21
CN1670492B CN1670492B (zh) 2012-06-27

Family

ID=34920833

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2005100018909A Active CN1670492B (zh) 2004-03-15 2005-01-24 用于消除颜色传感器电路中的暗光电流的系统和方法

Country Status (3)

Country Link
US (2) US7773134B2 (zh)
JP (1) JP2005265846A (zh)
CN (1) CN1670492B (zh)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102261956A (zh) * 2011-04-11 2011-11-30 诸荩锋 采用两条传输线的光线颜色传感器及其使用方法
CN102809432A (zh) * 2012-08-23 2012-12-05 北京信息科技大学 一种便携光电式测色仪
CN103487601A (zh) * 2012-06-15 2014-01-01 中国航天科工集团第三研究院第八三五八研究所 一种自适应多传感器动态匹配滤波器调试方法
CN105444879A (zh) * 2015-12-16 2016-03-30 天津津芯微电子科技有限公司 一种激光能量采集方法及装置
CN106525233A (zh) * 2016-09-29 2017-03-22 天津大学 消除暗电流影响的光敏检测电路
CN107393457A (zh) * 2016-05-16 2017-11-24 苹果公司 用于电子设备的彩色环境光传感器电路
CN114174782A (zh) * 2019-07-30 2022-03-11 ams国际有限公司 减少光学设备中的暗电流

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1863091A3 (en) 2006-05-30 2012-11-21 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device and electronic device using the same
US20080245954A1 (en) * 2007-04-03 2008-10-09 Lite-On Semiconductor Corporation Color sensitive device with temperature compensation and variable gain and display system using the same
KR20120058057A (ko) * 2010-11-29 2012-06-07 삼성전자주식회사 오프셋 제거 회로, 샘플링 회로 및 이미지 센서
US9404795B2 (en) 2013-10-03 2016-08-02 Infineon Technologies Ag Opitical detector with adjustable spectral response
US9407843B2 (en) * 2013-10-23 2016-08-02 General Electric Company Detector system and module for compensating dark current
KR101438194B1 (ko) * 2014-03-17 2014-11-04 (주)에이앤아이 실시간 영점조절이 가능한 색차계모듈 및 이를 이용한 색상계측기
FR3032853B1 (fr) * 2015-02-12 2017-02-17 Soc Francaise De Detecteurs Infrarouges - Sofradir Dispositif de detection ameliore
NL2014896B1 (en) 2015-06-01 2017-01-31 Univ Delft Tech Read-out circuit and method for reading out large-array resistive sensors.
US10145734B2 (en) * 2016-08-22 2018-12-04 Semiconductor Components Industries, Llc Methods and apparatus for a light sensor
JP2023518457A (ja) * 2020-03-17 2023-05-01 ベクトン・ディキンソン・アンド・カンパニー 光検出のための利得一致した増幅器
KR102419806B1 (ko) * 2020-05-14 2022-07-14 (주)에이앤아이 필터유닛을 포함하는 색상 및 휘도 측정장치
TWI735399B (zh) * 2020-12-24 2021-08-01 神煜電子股份有限公司 具消除暗電流的光感測裝置
US11747197B2 (en) * 2021-09-15 2023-09-05 Endress+Hauser Conducta, Inc. Photometer and method of performing photometric measurements with a photometer

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3737571A (en) * 1971-05-12 1973-06-05 Gte Sylvania Inc Automatic dark current control
JPH03139957A (ja) * 1989-10-25 1991-06-14 Canon Inc 画像読取装置
US5502488A (en) * 1991-05-07 1996-03-26 Olympus Optical Co., Ltd. Solid-state imaging device having a low impedance structure
US5329111A (en) * 1991-06-27 1994-07-12 Omron Corporation Image reader with adjustable contrast range
WO1995027369A1 (en) * 1994-03-31 1995-10-12 Minnesota Mining And Manufacturing Company Imaging system employing variable electrode geometry and processing
JPH08223356A (ja) * 1994-12-13 1996-08-30 Fuji Xerox Co Ltd カラーリニアイメージセンサ及び画像処理装置
JP3319905B2 (ja) * 1995-03-24 2002-09-03 株式会社モリタ製作所 デジタルｘ線撮影装置
US5633679A (en) * 1995-05-19 1997-05-27 Xerox Corporation Photosensitive chip having transfer circuits which compensate for shielded test photosensors
US5654755A (en) * 1996-01-05 1997-08-05 Xerox Corporation System for determining a video offset from dark photosensors in an image sensor array
JP3142239B2 (ja) * 1996-06-11 2001-03-07 キヤノン株式会社 固体撮像装置
US6166831A (en) * 1997-12-15 2000-12-26 Analog Devices, Inc. Spatially offset, row interpolated image sensor
US6445413B1 (en) * 1998-08-24 2002-09-03 Xerox Corporation System for determining a video offset from dark photosensors in an image sensor array
US6596981B1 (en) * 2002-01-14 2003-07-22 Texas Advanced Optoelectronic Solutions, Inc. Method and apparatus for optical detector with special discrimination
US6552605B1 (en) * 2002-02-11 2003-04-22 Intel Corporation Differential transimpedance amplifier for optical communication
US6974973B2 (en) * 2002-11-08 2005-12-13 Micron Technology, Inc. Apparatus for determining temperature of an active pixel imager and correcting temperature induced variations in an imager
US7209172B2 (en) * 2003-03-13 2007-04-24 Motorola, Inc. Multicolor light sensing pixel structure

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102261956A (zh) * 2011-04-11 2011-11-30 诸荩锋 采用两条传输线的光线颜色传感器及其使用方法
CN102261956B (zh) * 2011-04-11 2014-06-11 诸荩锋 采用两条传输线的光线颜色传感器及其使用方法
CN103487601A (zh) * 2012-06-15 2014-01-01 中国航天科工集团第三研究院第八三五八研究所 一种自适应多传感器动态匹配滤波器调试方法
CN103487601B (zh) * 2012-06-15 2016-05-04 中国航天科工集团第三研究院第八三五八研究所 一种自适应多传感器动态匹配滤波器调试方法
CN102809432A (zh) * 2012-08-23 2012-12-05 北京信息科技大学 一种便携光电式测色仪
CN102809432B (zh) * 2012-08-23 2014-11-19 北京信息科技大学 一种便携光电式测色仪
CN105444879A (zh) * 2015-12-16 2016-03-30 天津津芯微电子科技有限公司 一种激光能量采集方法及装置
CN107393457A (zh) * 2016-05-16 2017-11-24 苹果公司 用于电子设备的彩色环境光传感器电路
CN107393457B (zh) * 2016-05-16 2021-01-05 苹果公司 用于电子设备的彩色环境光传感器电路
CN106525233A (zh) * 2016-09-29 2017-03-22 天津大学 消除暗电流影响的光敏检测电路
CN114174782A (zh) * 2019-07-30 2022-03-11 ams国际有限公司 减少光学设备中的暗电流

Also Published As

Publication number Publication date
JP2005265846A (ja) 2005-09-29
US7773134B2 (en) 2010-08-10
CN1670492B (zh) 2012-06-27
US7889249B2 (en) 2011-02-15
US20050200732A1 (en) 2005-09-15
US20100277624A1 (en) 2010-11-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1670492A (zh) 用于消除颜色传感器电路中的暗光电流的系统和方法
CN107949911A (zh) 固态摄像元件和摄像装置
JP5800264B2 (ja) 光検出装置及び光電子増倍管にバイアスをかける方法
KR20150035622A (ko) 조도와 물체의 거리를 측정하는 광 센서
CN109642819B (zh) 光学传感器装置和用于光学感测的方法
CN1881597A (zh) 光电转换器件和电子设备
CN103759824A (zh) 用于可见光传感器的光电转换电路
CN1534865A (zh) 低噪声光接收器
EP2518660B1 (en) Circuit and method for performing arithmetic operations on current signals
EP3715803A1 (en) Optical detection circuit
CN111854937B (zh) 基于不同发光波长的led对特定波长范围的光的探测方法
CN218673908U (zh) 一种平衡光电探测器
WO2016080016A1 (ja) 光検出器
Khiarak et al. A 17-bit 104-dB-DR high-precision low-power CMOS fluorescence biosensor with extended counting ADC and noise cancellation
CN106569249B (zh) 一种星载Si-APD探测器反向偏压自动调节方法
CN1091302C (zh) 光检测装置及其制造方法
CN210774350U (zh) 一种雷电光辐射探测器
CN1661343A (zh) 亮度传感器
US11754443B2 (en) Photoconductor readout circuit
JPH04174566A (ja) 光検出装置
CN114487579A (zh) 电流检测电路
CN108877614B (zh) 一种led电路、显示屏、电子设备和检测方法
CN114038411A (zh) 一种采集电路及其驱动方法、显示装置
CN114827504B (zh) 图像传感器及其操作方法
CN217112943U (zh) 一种液晶响应时间测量电路

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20061201

Address after: Singapore Singapore

Applicant after: Annwa high tech ECBU IP (Singapore) Pte Ltd

Address before: Singapore Singapore

Applicant before: Avago Technologies General IP (Singapore) Pte. Ltd.

C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
ASS Succession or assignment of patent right

Owner name: AVAGO TECHNOLOGIES GENERAL IP (SINGAPORE) CORPORAT

Effective date: 20130507

C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20130507

Address after: Singapore Singapore

Patentee after: Avago Technologies Fiber IP Singapore Pte. Ltd.

Address before: Singapore Singapore

Patentee before: Avago Technologies ECBU IP (Singapore) Sdn Bhd

TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20171016

Address after: Tokyo City

Patentee after: GODO KAISHA IP BRIDGE 1

Address before: Singapore Singapore

Patentee before: Avago Technologies Fiber IP Singapore Pte. Ltd.

TR01 Transfer of patent right