[发明专利]光电二极管光传感器

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

本发明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。

本发明的另一目的在于提供一种可经济生产的封装光传感器。

本发明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。