光电二极管光传感器制造技术

具有宽动态范围的光传感器被用在各种应用中。宽动态范围光传感器（４８，５２）包括暴露光电二极管光转换器（１０６），其按照入射在积分期间（１５８）内的光（１０４）的比例积累电荷。传感器逻辑（３０６）在积分开始之前确定光积分期间（１５８）并且复位电荷。测量由暴露光转换器（１０６）在光积分期间（１５８）内积累的电荷并在积累电荷的基础上确定具有一定宽度（１７０）的脉冲（１２２）。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及含有作为光转换器的电荷积分光电二极管的光传感器。
技术介绍
光传感器产生指示入射到光传感器上的光强的输出信号。光传感器包括把光转换为电信号的光转换器，并且也可包括用于信号调节的电子装置，诸如温度的横向灵敏度的补偿，和输出信号格式。光传感器用于很广泛的应用范围内，包括遥感，通讯和控制。光传感器的一种应用是用于自动变暗车辆后视镜。车辆驾驶人员利用车内和车外的后视镜观察车辆后的情景，不需要面向后方，并且观察另外被车辆结构阻挡住的车辆周围的区域。如上述，对车辆驾驶人员来说后视镜是一种重要的信息源。在车辆后面的情景中出现的明亮光线，例如来自后面接近的另一车辆，可在后视镜中产生闪光，能在视觉上暂时损害驾驶人员或使其目眩。当车辆驾驶人员的眼睛已适应黑暗时，在诸如发生在晚上的弱周围光线的情况中这个问题通常变得严重。自动变暗后视镜消除了驾驶人员手动转换镜子的需要。最早的设计使用朝向后方的单眩光传感器，以检测冲击镜子的光的程度。由于驾驶人员对变暗镜子感觉的阈值，即眩光阈值作为周围光线程度的函数而改变，因此该设计证明是不适当的。一种改进包括用于检测周围光线程度的第二光传感器。这些系统中的眩光阈值是基于检测的周围光线的数量的。在建议的双传感器设计中，包括在Platzer的U.S.专利Nos.3,601,614；Brean等人的3,746,430；Bechtel等人的4,580,875；Gahan等人的4,793,690；Molyneux等人的4,886,960；Bechtel等人的4,917,477；Bechtel的5,204,778；Bechtel等人的5,451,822；和Schierbeek等人的5,715,093中描述的那些设计，每一个专利在此作为参考。在自动变暗镜子设计中关键元件是用于执行周围光线和眩光检测的光转换器的类型。在选择光转换器类型中的重要的基本特征是动态范围。明亮阳光和月光的强度之比约为1,000,000∶1，指出了必须被周围光线传感器检测的宽量程。周围光线和眩光传感器都必须在车辆乘客车厢内经受的温度，湿度，冲击和振动范围内操作。如果传感器要被安装在外面的镜子中，要料想到更加苛刻的操作条件。传感器和支持的电子装置也必须是便宜的，以允许自动变暗镜子的成本降低到汽车购买者认为能够接受的范围内。转换器应该具有良好的抗扰性或与传感器中的噪声补偿电子装置在弱光程度时敏感性相匹配。转换器还应具有与人眼频率响应相类似的光谱响应。作为最后的所需特征，传感器必须容易地集成到通常在汽车应用中见到的数字控制系统类型中。光电二极管光传感器包括硅基光电二极管和单衬底上的调节电子装置。光电二极管以与入射光的量成比例的速率产生电荷。在积分期间收集光诱导电荷。由此引起的电势表明在积分期间内传感器暴露于光线的程度。具有积分电荷收集的光传感器具有很多优点。通过改变积分时间，传感器的动态范围被大大扩展了。而且，在光电二极管增加抗扰性并允许传感器输出被格式化以被数字电路使用时，能够在相同衬底上结合另外的电子装置。组件集成另外减小了系统的成本。硅光传感器是相对温度恒定的并且可以被封装以提供对湿度，冲击和振动必要的保护。硅基光转换器的一个缺点是频率响应不同于人眼的频率响应。已描述各种电荷积分光电二极管器件，包括在Nishibe等人的U.S.专利Nos.4,916,307；Yang等人的5,214,274；Enomoto等人的5,243,215；Enomoto等人的5,338,691；Street的5,789,737中的那些，每一个专利在此作为参考。所有类型的光传感器的一个难点是在高温时操作异常的发生。一些器件在高温时变得极端非线性。一些器件在操作特征上可遭受永久变化。由于过多的热噪声器件甚至可以提供完全错误的读数，例如在弱光情况下指示明亮光线。常规上，处理该问题的唯一方法是把一种温度传感器和相联系的电子装置结合到使用光传感器的系统中。因此，需要的是一种具有宽动态范围的光传感器，其可以结合到诸如自动变暗后视镜的灵敏数字系统中。光传感器应补偿温度横向灵敏度，并且优选提供光传感器温度的指示。具有外部确定积分期间的电荷积分光传感器也是所需的。
技术实现思路
本专利技术的一个目的在于提供一种具有宽动态范围的电荷积分光传感器。本专利技术的另一目的在于提供一种可经济生产的封装光传感器。本专利技术的还一目的在于提供一种容易连接数字电子装置的电荷积分光传感器。本专利技术的还一目的在于提供具有指示入射光强度和传感器温度的输出信号的电荷积分光传感器。本专利技术的还一目的在于提供一种具有外部确定积分期间的电荷积分光传感器。在执行本专利技术上述目的和其它目的以及特征时，提供一种光传感器。光传感器包括按入射到积分期间内的光的比例积累电荷的暴露光电二极管光转换器。在积分开始之前传感器逻辑确定光积分期间。在光积分期间开始时积累在暴露光转换器中的电荷被复位。测量在积分期间内由暴露光转换器积累的电荷并且在积累电荷的基础上确定具有一定宽度的脉冲。在本专利技术的实施方案中，光传感器包括具有连接到暴露光转换器的输入以及连接到交换电容器电路的其它输入的比较器。当开关关闭时开关电容器电路对电容器充电到一固定电压，并且当开关打开时以恒定速率对该电容器放电。传感器逻辑在光积分期间关闭开关并在光积分期间后打开开关，从而在比较器输出中产生脉冲。在经过改进的装置中，光传感器还包括具有连接到固定电压的输入以及连接到开关电容器电路的其它输入的第二比较器。如果扫描电压低于该固定电压，第二比较器输出禁止确定脉冲的输出。在本专利技术的另一实施方案中，光传感器包括屏蔽光的光电二极管光转换器。屏蔽光转换器按积分期间内噪声的比例积累电荷。传感器逻辑复位在光积分期间开始时积累在屏蔽的光转换器中的电荷。测量由屏蔽光转换器在积分期间积累的电荷并且在暴露光转换器电荷和屏蔽光转换器电荷差异的基础上确定具有一定宽度的输出脉冲。在本专利技术的还一实施方案中。光传感器具有用于接收积分信号的输入。由于噪声依靠光传感器温度，输出脉冲可用于指示传感器温度。在噪声程度的基础上，在一持续时间后接收的积分信号结束后发送输出脉冲。在本专利技术的还一实施方案中，可从传感器逻辑接收的控制信号的赋值部分确定光积分期间或在传感器控制中由循环通过预定时间期间的顺序确定光积分期间。在本专利技术的还一实施方案中，光传感器至少包括一种额外的暴露光电二极管光转换器。每个暴露光转换器按在积分期间入射的光的比例以不同于其它任何暴露光转换器的速率积累电荷。在每个额外的暴露光转换器积累电荷的基础上，传感器逻辑输出具有一定宽度的脉冲。在经过改进的装置中，每个暴露光转换器具有不同的集电极面积。在另一个改进的装置中，每个暴露光转换器具有不同的光接纳面积的孔径。还提供一种光传感器封装。该封装包括具有用于接收光线的窗口的外壳。该外壳接纳电源引脚，地引脚和输出引脚。在外壳中，暴露光电二极管光转换器按通过窗口入射到积分期间内的接收光的比例积累电荷。在暴露光转换器积累的电荷的基础上光电压电路输出光电压信号。电压脉冲电路在输出引脚上输出脉冲。脉冲的宽度是基于光电压信号的。还提供一种具有覆盖在衬底之上的光电二极管的光转换器。在光电二极管下面的衬底区域中形成的光电二极管阱中，光电二极管积累由入射到光电二极管上的光本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光传感器，包括： 暴露于光的光电二极管光转换器，暴露光转换器作用为按照积分期间内入射的光的比例积累电荷；以及 与暴露光转换器联系的传感器逻辑，该传感器逻辑作用为 （ａ）在积分开始之前确定光积分期间， （ｂ）在确定的光积分期间开始时复位积累在暴露光转换器中的电荷， （ｃ）测量暴露光转换器在确定的光积分期间内积累的电荷，以及 （ｄ）在测量的积累的暴露光转换器电荷的基础上确定具有一定宽度的脉冲。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：罗伯特H尼克松，埃里克R佛萨姆，约汉H贝什泰尔，
申请(专利权)人：金泰克斯公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]