[发明专利]用于改进的太阳光谱和UV指数估计的多通道UV检测

说明书

本公开内容描述了一种被配置为检测目标UV光谱(例如，UVB光谱)的紫外线(UV)传感器。所述UV传感器包括具有第一UV光谱响应的第一光电二极管和具有第二UV光谱响应的第二光电二极管。具有分级光谱响应的滤波器层形成于所述第二光电二极管之上，并且所述第二UV光谱响应受到所述滤波器层的受控参数(例如，厚度)的影响。所述UV传感器还包括与所述第一光电二极管和所述第二光电二极管耦合的减法电路。所述减法电路被配置为基于所述第一UV光谱响应与所述第二UV光谱响应之间的差来提供差分响应。所述滤波器层的受控参数可以被选择为使得所述差分响应提供所述目标光谱的所检测的光谱响应。

相关申请的交叉引用

本申请依据35U.S.C§119(e)而要求于2014年11月6日提交的标题为“MULTI-CHANNEL UV DETECTION FOR IMPROVED SOLAR SPECTRUM AND UV INDEX ESTIMATION”的美国临时申请序列No.62/076028的权益。通过引用的方式将美国临时申请序列No.62/076028的全部内容并入本文。

背景技术

紫外线(UV)光以有利的方式(例如，维生素D和晒黑)和有害的方式(例如，皮肤起皱、皮肤癌和晒伤或红斑)二者来影响人体。因为光谱含量比可见光弱得多并且短的波长给UV传感器系统带来很多挑战，所以UV光典型地比可见光和近红外光更难以测量。

UV光谱由三个区域组成：UVA、UVB和UVC。太阳UVC辐射被地球的大气层阻挡。太阳UVB光的一部分被平流层臭氧层阻挡，并且太阳UVA光大部分透射。UVA光和UVB光二者历经显著的瑞利散射——该现象是使天空为蓝色的原因。UVB光谱范围(～280-315nm)包括比UVA光谱范围(～315-400nm)更短的波长，并且是晒伤、皮肤癌和维生素D产生的主要原因。UVA包括导致晒黑、雀斑和皮肤老化作用的较长波长。

为了有效的UV指数的计算，UV传感器必须能够精确地估计入射在地面的太阳光谱。太阳光谱随诸如天顶角、大气臭氧浓度、海拔和云量等环境变量而变化。现有的UV传感器技术典型地使用采用诸如完全耗尽(薄膜)绝缘体上硅技术、氮化镓或碳化硅技术等工艺技术所制造的、为检测280nm至400nm范围内的波长而优化的光电二极管。在大部分情况下，应用额外的滤波以进一步提高对UV波长的选择性。通常可以使用晶片级加工技术将这些滤波器直接应用在传感器上，和/或可以将这些滤波器集成到最终产品或设备的外壳内。

发明内容

本公开内容描述了被配置为检测目标UV光谱(例如，UVB光谱)的紫外线(UV)传感器。UV传感器包括具有第一UV光谱响应的第一光电二极管以及具有第二UV光谱响应的第二光电二极管。在第二光电二极管之上形成具有分级光谱响应的滤波器层，并且由滤波器层的受控参数(例如，厚度)来影响第二UV光谱响应。UV传感器还包括与第一光电二极管和第二光电二极管耦合的减法电路。减法电路被配置为基于第一UV光谱响应与第二UV光谱响应之间的差来提供差分响应。可以选择滤波器层的受控参数，使得差分响应提供目标光谱的所检测的光谱响应。

在一些实施例中，在多通道UV传感器中实施UV传感器电路。例如，第一光电二极管的输出可以提供与第一UV光谱响应(例如，UVA光谱响应)相关联的第一通道，而减法电路的输出可以提供与第二目标UV光谱响应(例如，UVB光谱响应)相关联的第二通道。就这一点而言，多通道UV传感器可以提供例如UVA传感器通道和UVB传感器通道。用UVA和UVB通道，可以由多通道UV传感器所检测的环境照度来近似UV指数和/或其它生物学相关的光谱。在其它实施例中，每个通道具有相应的光电二极管组和相应的减法电路，以使能目标光谱检测和/或泄漏电流消除。在一些实施例中，共享一个或多个部件以减少所需部件的总数。此外，可以应用一个或多个晶片级滤波器(例如，UVA和/或UVB滤波器)以对传感器通道进行更大的控制。

提供此发明内容以用于以简化形式引入下文在具体实施方式中进一步描述的一系列概念。此发明内容并不旨在识别所要求的主题的关键特征或本质特征，也不旨在作为确定所要求的主题的范围的辅助。