周囲光センサは人間の目を模倣

どれだけ明るければ明るいですか？ 輝度、または光の明るさは、ルクスで測定されます。 直射日光は100,000ルクスと測定され、一方街路灯は単に20ルクスです。 眼精疲労は、あまりにも長い間、明るくまぶしいディスプレイを見つめることに起因し、そして最近まで、コンピュータやその他の家電ギアでの作業の避けられない副作用であると考えられていました。 しかしながら、今日の周囲光センサは潜在的な不快感や疲労を大量に取り除きます。 「光検出器」と呼ばれるこれらの電子部品は、環境内の光の量を検出し、継続して測定して、できるだけ人間の目のものに近いようにして明るさを感知します。 これらの目標は典型的には、調光により明るさを調整し、人間の目の要件に合わせることで、結果として目の疲れを減少させます。

周囲光センサは、暗くなると、街路灯が自動的に点灯され、夕暮れ時に明るさが減少する場合やトンネルに入る際に、自動車のヘッドライトを制御し、車の内部でのインストルメントパネルを暗くし、光条件の変化するにつれドライバーがよく見ることができるように働きます。 同様に、タッチパッドの番号表示では、周囲光センサは、プロセッサが利用可能な照明の量を決定してバックライトを開始し、環境光が人間の目に十分であるときにはバックライトを不要とし、自動調光を可能にするのに役立ちます。 これらは常に継続した測定を行い、照明条件に関係なく出力が同じになるように表示するために、ディスプレイを暗くするように実行します。

周囲光センサは、自然の太陽光から蛍光灯、そして白熱灯などの各種光源で動作し、ユーザーエクスペリエンスを向上させ、光源が何であれ、どれほど迅速に変化するかにかかわらず、ディスプレイを快適に見ることができるように最適化することによって省電力を実現します。

実世界の例

今日市販されている光センサには多くの異なる周囲光の種類があり、それぞれが独自の長所と短所を持ちます。 それでは、人の目を模倣する技術上でわずかに異なる方法をとる、いくつかの代表的な光センサを見てみましょう。

ams-TAOS USAのTSL2591（図1）は、光度をI2Cインターフェースを通して直接送信できるデジタル信号出力に変換する、非常に高感度な光/デジタルコンバータです。 このデバイスは、1つの広帯域フォトダイオード（可視および赤外線）および1つの赤外線応答フォトダイオードを、単一のCMOS集積回路に組み合わせています。 2つの内蔵のADCは、フォトダイオード電流を、各チャンネルで測定される放射照度を表すデジタル出力に変換します。 この出力は、マイクロプロセッサに入力することができ、人間の目の応答に近似するために実験式を使用して、ルクス単位での周囲光レベルが得られます。 TSL2591は、ファームウェアがクリアするまでアサート状態を維持する従来レベルスタイルの割り込みをサポートしています。



このデバイスは人間の目の応答を近似し、柔軟な運用を可能にします。 したがって、暗色のガラスの背後での使用に適しており、低い動作オーバーヘッドを特長とし、3.0μAのでの低消費電力を有しています。

TSL2591は2つのフォトダイオードからの電流を統合する2つのADCを含んでいます。 両チャンネルの統合は同時に行われます。 変換サイクルが完了すると、変換結果はそれぞれチャンネル0とチャンネル1のデータレジスタに転送されます。 転送はダブルバッファされ、データの整合性が維持されることが保証されます。 転送後、デバイスは自動的に次の統合サイクルを開始します。 信号調整のために、外付け回路は必要ありません。 デバイスの出力がデジタルであるため、出力はアナログ的なアプローチと比較した場合、ノイズから効果的に影響を避けると主張されています。

ROHMのBH1603FVCアナログ電流出力型の周囲光センサIC（図2）は、アナログ電流出力周囲光センサであり、LCDおよび携帯電話のキーパッドのバックライトを調整するための周囲光のデータを取得するために非常に適しています。 このセンサは、電力の節約および改善された可視性を提供します。

特長としては、3.0×1.6mmのコンパクトな面実装パッケージ、人間の目に近い分光感度、明るさに比例した出力電流、2.4Vの最小電源電圧、および内蔵のシャットダウン機能があります。



このデバイスは3.0×1.6mmのコンパクトな面実装パッケージに収納され、人間の目に近い分光感度、明るさに比例した出力電流を特長とし、そして2.4Vの最小電源電圧を使用します。

アプリケーションには携帯電話、液晶テレビ、ノートPC、携帯ゲーム機、デジタルカメラ、PDA、およびLCDディスプレイなどが含まれます。 エンジニアを支援するために、ROHMはその周囲光センサを紹介するためのプロダクトトレーニングモジュールを提供しています。 セッションはBH1603FVCだけでなく、デジタルバージョンのBH1710FVCもカバーします。

目標として、低消費電力を必要とするアプリケーションのために、MaximのMAX44009（図3）は、I²Cデジタルインターフェースを備えたフォトダイオードとADCを特長とします。 ダイは周囲の光を測定するために、光学的に透明なパッケージに収納されています。 IC内部に位置するフォトダイオードは、光を電流に変換し、低電力回路によってデジタルビットストリームに処理されます。 オンチッププログラマブル割り込み機能は、データのためのデバイスの継続的なポーリングを排除し、これがデバイスが提供する省電力化のレベルの基本となります。1μA未満の動作電流で、デバイスは業界で最も低い消費電力周囲光センサであるとサプライヤによって主張されています。

超低消費電流に加えて、デバイスは、0.045ルクスから188,000ルクス以上の4,000,000:1範囲に延びる広いダイナミック光範囲を提供します。

この部品は、センサ技術が人間の目の能力を模倣する長い道のりを歩んできたことを示します。これは目が行うのと同じ方法で明るさを検出します。 センサは、目と同様の分光感度を備えています。 目は、560nm（緑色）にピーク感度を有しているのに対し、青色（～470nm）および赤色（～630nm）に対しては有意に低くなります。 目は、赤外線（>700nm）および紫外線（<400nm）放射に盲目です。



この赤外放射の一部はシリコンフォトダイオードによってピックアップされるので、光スペクトルの差は明るさ測定に影響を与えます。 太陽光などの高いIRコンテンツを持つ光源は、私たちの目が知覚するよりも、はるかに明るい環境を示唆します。 MAX44009は、これらの影響を最小限に抑え、正確なルクス応答を与えるために、優れた赤外線除去と内部のIR補償方式を提示します。

周囲光センサは、可視光に反応するが、紫外光または赤外光に反応しないようにする必要があります。VishayのTEMT6200FX01もまた、密接に人間の目の分光感度と一致することを目指しています。 小型で、面実装用の透明0805のパッケージに収容されたシリコンNPNエピタキシャルプレーナフォトトランジスタは、550nmのピーク感度で、人間の目のように可視光に対して敏感です。 デバイスは、可視範囲を超えた光に最小限の感度を示すと言われる赤外線フィルタエポキシ技術を採用しています。 これは、自然光と白熱灯やハロゲン電球のような人工照明の赤外成分からの干渉を防ぐのに役立ちます。 Vishayの周囲光センサの製品トレーニングモジュールは、DigiKeyのウェブサイトに掲載されています。

照明を制御することからLCDの視認性を最適化する、またはキーパッドのバックライト照明を制御することによってバッテリ電力を節約するために、エンジニアは、そのアプリケーションのすべての要件を満たす利用可能な周囲光センサの多種多様な製品を見つけることができます。

この記事で扱っている部品の詳細については、このページにあるリンクを使用して、DigiKeyウェブサイトの製品情報ページにアクセスしてください。