[发明专利]定向光电探测器和光学传感器装置

说明书

一种定向光电探测器，包括光敏元件(P)和光选择器(LS、LS’)。所述光敏元件(P)包括单光子雪崩二极管SPAD、或一组SPAD或SPAD阵列。所述光选择器(LS、LS’)布置在所述光敏元件(P)上或上方，特别地在光敏元件(P)的有效表面上或上方。光选择器(LS、LS’)被配置为至少对于波长在特定波长范围内的光限制所述光敏元件(P)的视场。所述光选择器(LS、LS’)被配置为通过主要使入射方向在所述光选择器(LS、LS’)的通过方向范围内的光通过来限制视场。

本发明涉及定向光电探测器以及涉及光学传感器装置，特别地用于飞行时间测量的光学传感器装置。

由于能够被单光子触发，单光子雪崩二极管(SPAD)可以被用作特别敏感的光电探测器设备。例如在光学飞行时间(TOF)测量系统或传感器装置中，基于SPAD的探测器可以用于距离测量。

当大量入射光子在可能不能探测到光子的SPAD恢复期间碰撞SPAD时，可以到达了SPAD的饱和。照射在SPAD上的不期望的或者不必要的光可能驱动SPAD进入饱和。因此，可能不再可靠地探测到期望的光。特别地，当SPAD处于饱和时，SPAD计数率可以不是与所探测到的光水平线性地关联。而且，光电探测器的信噪比可能降低，并且SPAD可能损坏。特别地在光学TOF传感器装置中，不期望的或者不必要的光可以例如包括光学串扰、环境光或背景光。

因此，目标在于提供用于基于一个或更多个SPAD的定向光电探测器的改进构思，其中避免了由于不期望的或者不必要的光所导致的饱和。

该目的通过独立权利要求的主题来实现。另外的实施方式和实施例是从属权利要求的主题。

根据所述改进构思，光选择器布置在SPAD或SPAD阵列上方。光选择器使入射方向在通过方向范围内的光通过并且阻挡其它光。如此，获得了定向光电探测器，其中从不需要的或者不期望的入射方向到达光电探测器的光子被过滤掉。

根据所述改进构思，提供了一种包括光敏元件和光选择器的定向光电探测器。光敏元件包括单光子雪崩二极管(SPAD)，或者一组SPAD或者SPAD阵列。光选择器布置在光敏元件上或者上方，特别地在光敏元件的有效表面上或者上方。光选择器被配置为至少针对波长在特定波长范围内的光限制光敏元件的视场。光选择器被配置为通过主要地或者专门地使入射方向在光选择器的通过方向范围内的光通过来限制所述视场。

在本文中，“光”指的是光敏元件和进一步的所涉及的光敏元件对其敏感的电磁辐射。例如，“光”可以指可见光、紫外辐射和/或红外辐射。特别地，“光”可以指红外辐射。

在一些实施方式中，特定波长范围对应于其光应被定向光电探测器探测到的光发射器的发射光谱。

在一些实施方式中，光敏元件的视场对应于立体角(solid angle)、立体角范围或几个立体角范围的结合，在该立体角内，光敏元件对电磁辐射敏感。

表述“主要地使入射方向在通过方向范围内的光通过”指的是使从通过方向范围内的方向上照射在光选择器上的光通过，并且阻挡从通过方向范围以外的方向上照射在光选择器上的光。

光的通过可能涉及光衰减。光的阻挡可能涉及光的完全阻挡或消除，或者可能涉及光的强衰减。特别地，与光通过的情况相比，光阻挡情况下的光衰减是更强的，特别是显著更强的。

在一些实施方式中，光选择器的通过方向范围对应于光的入射方向范围。其中，例如从通过方向范围内的方向照射到光选择器上的光通过，并且从通过方向范围以外的方向上照射在光选择器上的光被阻挡。至少对于在特定波长范围内的光是这样的。

在一些实施方式中，限定光选择器的通过方向范围的入射方向范围对应于例如相对于光敏元件的有效表面的法线方向测量的入射角的特定范围或几个特定范围。入射角的特定范围可以对于所有入射平面是不变的，或者对于不同的入射平面可以不同。

在一些实施方式中，对于一组彼此平行的入射平面，入射角的特定范围可以是不变的。