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光電二極管光傳感器的制作方法

文檔序號(hào):6099702閱讀:317來(lái)源:國(guó)知局
專(zhuān)利名稱(chēng):光電二極管光傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及含有作為光轉(zhuǎn)換器的電荷積分光電二極管的光傳感器。
背景技術(shù)
光傳感器產(chǎn)生指示入射到光傳感器上的光強(qiáng)的輸出信號(hào)。光傳感器包括把光轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的光轉(zhuǎn)換器,并且也可包括用于信號(hào)調(diào)節(jié)的電子裝置,諸如溫度的橫向靈敏度的補(bǔ)償,和輸出信號(hào)格式。光傳感器用于很廣泛的應(yīng)用范圍內(nèi),包括遙感,通訊和控制。
光傳感器的一種應(yīng)用是用于自動(dòng)變暗車(chē)輛后視鏡。車(chē)輛駕駛?cè)藛T利用車(chē)內(nèi)和車(chē)外的后視鏡觀察車(chē)輛后的情景,不需要面向后方,并且觀察另外被車(chē)輛結(jié)構(gòu)阻擋住的車(chē)輛周?chē)膮^(qū)域。如上述,對(duì)車(chē)輛駕駛?cè)藛T來(lái)說(shuō)后視鏡是一種重要的信息源。在車(chē)輛后面的情景中出現(xiàn)的明亮光線,例如來(lái)自后面接近的另一車(chē)輛,可在后視鏡中產(chǎn)生閃光,能在視覺(jué)上暫時(shí)損害駕駛?cè)藛T或使其目眩。當(dāng)車(chē)輛駕駛?cè)藛T的眼睛已適應(yīng)黑暗時(shí),在諸如發(fā)生在晚上的弱周?chē)饩€的情況中這個(gè)問(wèn)題通常變得嚴(yán)重。
自動(dòng)變暗后視鏡消除了駕駛?cè)藛T手動(dòng)轉(zhuǎn)換鏡子的需要。最早的設(shè)計(jì)使用朝向后方的單眩光傳感器,以檢測(cè)沖擊鏡子的光的程度。由于駕駛?cè)藛T對(duì)變暗鏡子感覺(jué)的閾值,即眩光閾值作為周?chē)饩€程度的函數(shù)而改變,因此該設(shè)計(jì)證明是不適當(dāng)?shù)?。一種改進(jìn)包括用于檢測(cè)周?chē)饩€程度的第二光傳感器。這些系統(tǒng)中的眩光閾值是基于檢測(cè)的周?chē)饩€的數(shù)量的。在建議的雙傳感器設(shè)計(jì)中,包括在Platzer的U.S.專(zhuān)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中描述的那些設(shè)計(jì),每一個(gè)專(zhuān)利在此作為參考。
在自動(dòng)變暗鏡子設(shè)計(jì)中關(guān)鍵元件是用于執(zhí)行周?chē)饩€和眩光檢測(cè)的光轉(zhuǎn)換器的類(lèi)型。在選擇光轉(zhuǎn)換器類(lèi)型中的重要的基本特征是動(dòng)態(tài)范圍。明亮陽(yáng)光和月光的強(qiáng)度之比約為1,000,000∶1,指出了必須被周?chē)饩€傳感器檢測(cè)的寬量程。周?chē)饩€和眩光傳感器都必須在車(chē)輛乘客車(chē)廂內(nèi)經(jīng)受的溫度,濕度,沖擊和振動(dòng)范圍內(nèi)操作。如果傳感器要被安裝在外面的鏡子中,要料想到更加苛刻的操作條件。傳感器和支持的電子裝置也必須是便宜的,以允許自動(dòng)變暗鏡子的成本降低到汽車(chē)購(gòu)買(mǎi)者認(rèn)為能夠接受的范圍內(nèi)。轉(zhuǎn)換器應(yīng)該具有良好的抗擾性或與傳感器中的噪聲補(bǔ)償電子裝置在弱光程度時(shí)敏感性相匹配。轉(zhuǎn)換器還應(yīng)具有與人眼頻率響應(yīng)相類(lèi)似的光譜響應(yīng)。作為最后的所需特征,傳感器必須容易地集成到通常在汽車(chē)應(yīng)用中見(jiàn)到的數(shù)字控制系統(tǒng)類(lèi)型中。
光電二極管光傳感器包括硅基光電二極管和單襯底上的調(diào)節(jié)電子裝置。光電二極管以與入射光的量成比例的速率產(chǎn)生電荷。在積分期間收集光誘導(dǎo)電荷。由此引起的電勢(shì)表明在積分期間內(nèi)傳感器暴露于光線的程度。具有積分電荷收集的光傳感器具有很多優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)改變積分時(shí)間,傳感器的動(dòng)態(tài)范圍被大大擴(kuò)展了。而且,在光電二極管增加抗擾性并允許傳感器輸出被格式化以被數(shù)字電路使用時(shí),能夠在相同襯底上結(jié)合另外的電子裝置。組件集成另外減小了系統(tǒng)的成本。硅光傳感器是相對(duì)溫度恒定的并且可以被封裝以提供對(duì)濕度,沖擊和振動(dòng)必要的保護(hù)。硅基光轉(zhuǎn)換器的一個(gè)缺點(diǎn)是頻率響應(yīng)不同于人眼的頻率響應(yīng)。已描述各種電荷積分光電二極管器件,包括在Nishibe等人的U.S.專(zhuān)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,每一個(gè)專(zhuān)利在此作為參考。
所有類(lèi)型的光傳感器的一個(gè)難點(diǎn)是在高溫時(shí)操作異常的發(fā)生。一些器件在高溫時(shí)變得極端非線性。一些器件在操作特征上可遭受永久變化。由于過(guò)多的熱噪聲器件甚至可以提供完全錯(cuò)誤的讀數(shù),例如在弱光情況下指示明亮光線。常規(guī)上,處理該問(wèn)題的唯一方法是把一種溫度傳感器和相聯(lián)系的電子裝置結(jié)合到使用光傳感器的系統(tǒng)中。
因此,需要的是一種具有寬動(dòng)態(tài)范圍的光傳感器,其可以結(jié)合到諸如自動(dòng)變暗后視鏡的靈敏數(shù)字系統(tǒng)中。光傳感器應(yīng)補(bǔ)償溫度橫向靈敏度,并且優(yōu)選提供光傳感器溫度的指示。具有外部確定積分期間的電荷積分光傳感器也是所需的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種具有寬動(dòng)態(tài)范圍的電荷積分光傳感器。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種可經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)的封裝光傳感器。
本發(fā)明的還一目的在于提供一種容易連接數(shù)字電子裝置的電荷積分光傳感器。
本發(fā)明的還一目的在于提供具有指示入射光強(qiáng)度和傳感器溫度的輸出信號(hào)的電荷積分光傳感器。
本發(fā)明的還一目的在于提供一種具有外部確定積分期間的電荷積分光傳感器。
在執(zhí)行本發(fā)明上述目的和其它目的以及特征時(shí),提供一種光傳感器。光傳感器包括按入射到積分期間內(nèi)的光的比例積累電荷的暴露光電二極管光轉(zhuǎn)換器。在積分開(kāi)始之前傳感器邏輯確定光積分期間。在光積分期間開(kāi)始時(shí)積累在暴露光轉(zhuǎn)換器中的電荷被復(fù)位。測(cè)量在積分期間內(nèi)由暴露光轉(zhuǎn)換器積累的電荷并且在積累電荷的基礎(chǔ)上確定具有一定寬度的脈沖。
在本發(fā)明的實(shí)施方案中,光傳感器包括具有連接到暴露光轉(zhuǎn)換器的輸入以及連接到交換電容器電路的其它輸入的比較器。當(dāng)開(kāi)關(guān)關(guān)閉時(shí)開(kāi)關(guān)電容器電路對(duì)電容器充電到一固定電壓,并且當(dāng)開(kāi)關(guān)打開(kāi)時(shí)以恒定速率對(duì)該電容器放電。傳感器邏輯在光積分期間關(guān)閉開(kāi)關(guān)并在光積分期間后打開(kāi)開(kāi)關(guān),從而在比較器輸出中產(chǎn)生脈沖。在經(jīng)過(guò)改進(jìn)的裝置中,光傳感器還包括具有連接到固定電壓的輸入以及連接到開(kāi)關(guān)電容器電路的其它輸入的第二比較器。如果掃描電壓低于該固定電壓,第二比較器輸出禁止確定脈沖的輸出。
在本發(fā)明的另一實(shí)施方案中,光傳感器包括屏蔽光的光電二極管光轉(zhuǎn)換器。屏蔽光轉(zhuǎn)換器按積分期間內(nèi)噪聲的比例積累電荷。傳感器邏輯復(fù)位在光積分期間開(kāi)始時(shí)積累在屏蔽的光轉(zhuǎn)換器中的電荷。測(cè)量由屏蔽光轉(zhuǎn)換器在積分期間積累的電荷并且在暴露光轉(zhuǎn)換器電荷和屏蔽光轉(zhuǎn)換器電荷差異的基礎(chǔ)上確定具有一定寬度的輸出脈沖。
在本發(fā)明的還一實(shí)施方案中。光傳感器具有用于接收積分信號(hào)的輸入。由于噪聲依靠光傳感器溫度,輸出脈沖可用于指示傳感器溫度。在噪聲程度的基礎(chǔ)上,在一持續(xù)時(shí)間后接收的積分信號(hào)結(jié)束后發(fā)送輸出脈沖。
在本發(fā)明的還一實(shí)施方案中,可從傳感器邏輯接收的控制信號(hào)的賦值部分確定光積分期間或在傳感器控制中由循環(huán)通過(guò)預(yù)定時(shí)間期間的順序確定光積分期間。
在本發(fā)明的還一實(shí)施方案中,光傳感器至少包括一種額外的暴露光電二極管光轉(zhuǎn)換器。每個(gè)暴露光轉(zhuǎn)換器按在積分期間入射的光的比例以不同于其它任何暴露光轉(zhuǎn)換器的速率積累電荷。在每個(gè)額外的暴露光轉(zhuǎn)換器積累電荷的基礎(chǔ)上,傳感器邏輯輸出具有一定寬度的脈沖。在經(jīng)過(guò)改進(jìn)的裝置中,每個(gè)暴露光轉(zhuǎn)換器具有不同的集電極面積。在另一個(gè)改進(jìn)的裝置中,每個(gè)暴露光轉(zhuǎn)換器具有不同的光接納面積的孔徑。
還提供一種光傳感器封裝。該封裝包括具有用于接收光線的窗口的外殼。該外殼接納電源引腳,地引腳和輸出引腳。在外殼中,暴露光電二極管光轉(zhuǎn)換器按通過(guò)窗口入射到積分期間內(nèi)的接收光的比例積累電荷。在暴露光轉(zhuǎn)換器積累的電荷的基礎(chǔ)上光電壓電路輸出光電壓信號(hào)。電壓脈沖電路在輸出引腳上輸出脈沖。脈沖的寬度是基于光電壓信號(hào)的。
還提供一種具有覆蓋在襯底之上的光電二極管的光轉(zhuǎn)換器。在光電二極管下面的襯底區(qū)域中形成的光電二極管阱中,光電二極管積累由入射到光電二極管上的光產(chǎn)生的電荷。光電二極管具有本征光電二極管電容。具有本征漂移擴(kuò)散電容的漂移擴(kuò)散也形成在襯底中。當(dāng)電荷被復(fù)位時(shí),漂移擴(kuò)散具有在漂移擴(kuò)散之下的襯底區(qū)域中形成的擴(kuò)散阱。當(dāng)電荷被復(fù)位時(shí),漂移擴(kuò)散消除擴(kuò)散阱中的電荷。漂移擴(kuò)散電荷確定輸出電勢(shì)。具有本征傳輸門(mén)電容的傳輸門(mén)被放置在光電二極管和漂移擴(kuò)散之間。在光電二極管之下的襯底區(qū)域和漂移擴(kuò)散之下的襯底區(qū)域之間的襯底區(qū)域中傳輸門(mén)形成傳輸阱。傳輸阱具有比光電二極管阱和擴(kuò)散阱淺的深度。當(dāng)復(fù)位電荷時(shí),在傳輸阱深度之上的光電二極管中的電荷流經(jīng)傳輸阱,通過(guò)漂移擴(kuò)散并且消除。在光積分期間,由入射到光電二極管的光產(chǎn)生的電荷流經(jīng)傳輸阱并進(jìn)入擴(kuò)散阱,產(chǎn)生與漂移擴(kuò)散電容成反比例的輸出電壓。一旦填充擴(kuò)散阱到傳輸阱的深度,由入射到光電二極管的光產(chǎn)生的電荷填充光電二極管阱,傳輸阱,和擴(kuò)散阱,產(chǎn)生與漂移擴(kuò)散電容,光電二極管電容,和傳輸門(mén)電容的和成反比例的輸出電壓。雙電容在電荷只積累在擴(kuò)散阱中的過(guò)程中提供第一靈敏度,并且電荷積累在擴(kuò)散阱,傳輸阱和光電二極管阱中的過(guò)程中提供第二靈敏度。第一靈敏度比第二靈敏度大。
在一個(gè)實(shí)施方案中,光傳感器包括光電二極管和源電壓擴(kuò)散之間的反浮散門(mén)。反浮散門(mén)限定光電二極管之下的襯底區(qū)域和源電壓擴(kuò)散之間的襯底區(qū)域中形成的反浮散阱。反浮散阱具有比傳輸阱淺的深度。
本發(fā)明還提供一種光傳感器,包括具有用于接收光的窗口的外殼,該外殼至少接納電源引腳,地引腳和輸出引腳;以及放置在外殼中的暴露的光轉(zhuǎn)換器,該暴露的光轉(zhuǎn)換器作用為在積分期間與通過(guò)窗口接收的入射到暴露的光轉(zhuǎn)換器的光成比例地積累電荷,其中該光傳感器進(jìn)一步經(jīng)配置以在所述輸出引腳輸出脈沖,該脈沖寬度和積累的電荷成比例。
根據(jù)本發(fā)明的上述光傳感器,進(jìn)一步包括和暴露的光轉(zhuǎn)換器相聯(lián)的光-電壓電路,該光-電壓電路用于根據(jù)暴露的光轉(zhuǎn)換器積累的電荷輸出光電壓信號(hào);以及和光-電壓電路相聯(lián)的電壓-脈沖電路,該電壓-脈沖電路用于在輸出引腳上輸出脈沖,該脈沖寬度基于光電壓信號(hào)。
根據(jù)本發(fā)明的上述光傳感器,進(jìn)一步包括屏蔽于光的光轉(zhuǎn)換器,該屏蔽的光轉(zhuǎn)換器具有與暴露的光轉(zhuǎn)換器基本相同的結(jié)構(gòu),該屏蔽的光轉(zhuǎn)換器用于在積分期間與噪聲成比例地積累電荷;以及與屏蔽的光轉(zhuǎn)換器相聯(lián)的噪聲-電壓電路,該噪聲-電壓電路用于根據(jù)屏蔽的光轉(zhuǎn)換器積累的電荷輸出噪聲電壓信號(hào),其中電壓-脈沖電路用于在輸出引腳上輸出脈沖,脈沖寬度基于光電壓信號(hào)和噪聲電壓信號(hào)之差。
根據(jù)本發(fā)明的上述光傳感器,其中所述光-脈沖電路進(jìn)一步包括傳感器邏輯,該傳感器邏輯放置在外殼內(nèi),并與暴露的光轉(zhuǎn)換器和光-電壓電路相聯(lián),該傳感器邏輯用于執(zhí)行光-脈沖電路的以下功能在光積分期間開(kāi)始時(shí)復(fù)位積累在暴露的光轉(zhuǎn)換器中的電荷;開(kāi)始和結(jié)束積分期間;以及通過(guò)暴露的光轉(zhuǎn)換器在積分期間控制電荷的積累。
根據(jù)本發(fā)明的上述光傳感器,其中該傳感器邏輯用于從在信號(hào)引腳接收的積分信號(hào)的賦值部分確定光積分期間。
根據(jù)本發(fā)明的上述光傳感器,其中該光-脈沖電路開(kāi)始和結(jié)束不同的光積分期間的一個(gè)序列。
根據(jù)本發(fā)明的上述光傳感器,進(jìn)一步包括至少一個(gè)附加的暴露的光轉(zhuǎn)換器,該至少一個(gè)附加的暴露的光轉(zhuǎn)換器作用為在積分期間以不同于其它暴露的光轉(zhuǎn)換器的速率與入射光成比例地積累電荷,傳感器邏輯還用于在光積分期間開(kāi)始時(shí)復(fù)位積累在該至少一個(gè)附加的暴露的光轉(zhuǎn)換器中的電荷,所述光-電壓電路用于測(cè)量由至少一個(gè)附加的暴露的光轉(zhuǎn)換器在光積分期間積累的電荷,且所述電壓-脈沖電路用于輸出附加脈沖,對(duì)于每個(gè)附加的暴露的光轉(zhuǎn)換器,每個(gè)所述附加脈沖具有基于測(cè)量的積累的電荷的寬度。
根據(jù)本發(fā)明的上述光傳感器,其中每個(gè)暴露的光轉(zhuǎn)換器具有不同的收集器面積從而具有不同的電荷積累速率。
根據(jù)本發(fā)明的上述光傳感器,其中每個(gè)暴露的光轉(zhuǎn)換器具有用于接納入射到傳感器的光的孔徑,每個(gè)傳感器孔徑具有不同的接納面積從而給出每個(gè)暴露的光轉(zhuǎn)換器不同的電荷積累速率。
根據(jù)本發(fā)明的上述光傳感器,進(jìn)一步包括與暴露的光轉(zhuǎn)換器聯(lián)系的傳感器邏輯,該傳感器邏輯作用為(a)在光積分期間開(kāi)始時(shí)復(fù)位積累在暴露的光轉(zhuǎn)換器中的電荷(b)測(cè)量暴露的光轉(zhuǎn)換器在光積分期間積累的電荷,以及(c)在測(cè)量的積累的暴露的光轉(zhuǎn)換器電荷的基礎(chǔ)上確定具有一定寬度的脈沖。
根據(jù)本發(fā)明的上述光傳感器,其中積分期間是變量,且所述傳感器邏輯在積分期間的電荷積累開(kāi)始之前確定積分期間的持續(xù)時(shí)間。
根據(jù)本發(fā)明的上述光傳感器,進(jìn)一步包括比較器,其一個(gè)輸入連接到暴露的光轉(zhuǎn)換器,另一個(gè)輸入連接到開(kāi)關(guān)電容器電路,該開(kāi)關(guān)電容器電路可操作以在開(kāi)關(guān)關(guān)閉時(shí)把電容充電至固定電壓并在開(kāi)關(guān)打開(kāi)時(shí)對(duì)電容器放電,其中該傳感器邏輯還作用為在積分期間內(nèi)關(guān)閉開(kāi)關(guān)和在積分期間之后打開(kāi)開(kāi)關(guān),從而在比較器的輸出上產(chǎn)生脈沖。
根據(jù)本發(fā)明的上述光傳感器,進(jìn)一步包括第二比較器,其一個(gè)輸入連接到固定的電壓,而另一個(gè)輸入連接到開(kāi)關(guān)電容器電路,如果斜坡電壓小于該固定電壓,該第二比較器的輸出用來(lái)抑制確定的脈沖的輸出。
根據(jù)本發(fā)明的上述光傳感器,進(jìn)一步包括屏蔽于光的光轉(zhuǎn)換器,該屏蔽的光轉(zhuǎn)換器用于在積分期間與噪聲成比例地積累電荷,其中傳感器邏輯進(jìn)一步用于在光積分期間開(kāi)始時(shí)復(fù)位積累在屏蔽的光轉(zhuǎn)換器中的電荷;測(cè)量由該屏蔽的光轉(zhuǎn)換器在積分期間積累的電荷;以及確定輸出脈沖,其寬度基于測(cè)量到的積累的暴露的光轉(zhuǎn)換器的電荷與測(cè)量到的積累的屏蔽的光轉(zhuǎn)換器的電荷之差。
根據(jù)本發(fā)明的上述光傳感器,其中該光傳感器具有用于接收積分信號(hào)的輸入,且其中該噪聲決定于光傳感器溫度,該傳感器邏輯進(jìn)一步可用于基于該積分信號(hào)確定積分期間;以及在積分信號(hào)末端之后的一個(gè)時(shí)間段后輸出該輸出脈沖,該時(shí)間段基于噪聲水平,因而該時(shí)間段指示光傳感器溫度。
根據(jù)本發(fā)明的上述光傳感器,其中該光積分期間是由通過(guò)傳感器邏輯接收的控制信號(hào)的賦值部分確定的。
根據(jù)本發(fā)明的上述光傳感器,其中傳感器控制作用為通過(guò)循環(huán)通過(guò)預(yù)定的各時(shí)間段的序列來(lái)確定每個(gè)積分期間。
根據(jù)本發(fā)明的上述光傳感器,還包括至少一個(gè)附加的暴露的光轉(zhuǎn)換器,每個(gè)附加的暴露的光轉(zhuǎn)換器作用為以不同與其它暴露的光轉(zhuǎn)換器的速率在積分期間與入射光成比例地積累電荷,傳感器邏輯還起以下作用在確定的光積分期間開(kāi)始時(shí)復(fù)位積累在每一個(gè)所述至少一個(gè)附加的暴露的光轉(zhuǎn)換器中的電荷;測(cè)量由每一個(gè)所述至少一個(gè)附加的暴露的光轉(zhuǎn)換器在確定的光積分期間積累的電荷;以及輸出具有一定寬度的脈沖,該脈沖寬度基于對(duì)每一個(gè)所述至少一個(gè)附加的暴露的光轉(zhuǎn)換器測(cè)量的積累的電荷。
根據(jù)本發(fā)明的上述光傳感器,其中每個(gè)暴露的光轉(zhuǎn)換器具有不同的收集器面積從而具有不同的電荷積累速率。
根據(jù)本發(fā)明的上述光傳感器,其中每個(gè)暴露的光轉(zhuǎn)換器具有用于接納入射到傳感器的光的孔徑,每個(gè)傳感器孔徑具有不同的接納面積從而給出每個(gè)暴露的光轉(zhuǎn)換器不同的電荷積累速率。
根據(jù)本發(fā)明的上述光傳感器,其中該光轉(zhuǎn)換器包括覆蓋在襯底上的光電二極管,該光電二極管作用為在光電二極管下面的襯底區(qū)域中形成的光電二極管阱中積累入射電荷,該光電二極管具有本征光電二極管電容;形成在襯底中的浮置擴(kuò)散,當(dāng)電荷復(fù)位時(shí)該浮置擴(kuò)散具有形成在浮置擴(kuò)散下面的襯底區(qū)域中的擴(kuò)散阱,浮置擴(kuò)散作用為在電荷被復(fù)位時(shí)消除擴(kuò)散阱中的電荷,浮置擴(kuò)散電荷確定輸出電勢(shì),浮置擴(kuò)散具有本征浮置擴(kuò)散電容;以及在光電二極管和浮置擴(kuò)散之間的傳輸門(mén),該傳輸門(mén)限定形成在光電二極管之下的襯底區(qū)域和浮置擴(kuò)散之下的襯底區(qū)域之間的襯底區(qū)域中的傳輸阱,該傳輸阱具有比光電二極管阱和擴(kuò)散阱更淺的深度,該傳輸門(mén)具有本征傳輸門(mén)電容;其中,當(dāng)電荷復(fù)位時(shí),在傳輸阱深度之上的光電二極管阱中的電荷流過(guò)傳輸阱,通過(guò)浮置擴(kuò)散并被消除;以及其中,在確定的光積分期間,由入射到光電二極管上的光產(chǎn)生的電荷流經(jīng)傳輸阱并進(jìn)入到擴(kuò)散阱,產(chǎn)生與浮置擴(kuò)散電容成反比例的輸出電壓,直到擴(kuò)散阱被填充到傳輸阱的深度,其中由入射到光電二極管的光產(chǎn)生的電荷填充光電二極管阱、傳輸阱、和擴(kuò)散阱,產(chǎn)生與浮置擴(kuò)散電容、光電二極管電容和傳輸門(mén)電容的和成反比例的輸出電壓,從而只在擴(kuò)散阱中的電荷積累過(guò)程中提供第一靈敏度和在擴(kuò)散阱,傳輸阱和光電二極管阱中的電荷積累過(guò)程中提供第二靈敏度,第一靈敏度大于第二靈敏度。
根據(jù)本發(fā)明的上述光傳感器,進(jìn)一步包括光電二極管和源極電壓擴(kuò)散之間的反浮散門(mén),該反浮散門(mén)限定形成在光電二極管之下的襯底區(qū)域和源電壓擴(kuò)散之間的襯底區(qū)域中的反浮散阱,該反浮散阱具有比傳輸阱更淺的深度。
根據(jù)本發(fā)明的上述光傳感器,進(jìn)一步包括與暴露的光轉(zhuǎn)換器相聯(lián)的光-脈沖電路,該光-脈沖電路作用為(a)在光積分期間開(kāi)始之前復(fù)位積累在暴露的光轉(zhuǎn)換器中的電荷,(b)開(kāi)始和結(jié)束該光積分期間,(c)測(cè)量暴露的光轉(zhuǎn)換器在光積分期間積累的電荷,以及(d)輸出脈沖,其寬度基于測(cè)量到的積累的暴露的光轉(zhuǎn)換器的電荷。
根據(jù)本發(fā)明的上述光傳感器,其中所述光-脈沖電路包括傳感器邏輯、電容器、第一開(kāi)關(guān)、和比較器,該比較器具有第一輸入和第二輸入,該第一輸入連接到該電容器,該第一開(kāi)關(guān)被耦合到所述暴露的光轉(zhuǎn)換器并耦合在電容器和固定電壓之間,當(dāng)?shù)谝婚_(kāi)關(guān)關(guān)閉時(shí)電容器被充電至該固定電壓,且當(dāng)?shù)谝婚_(kāi)關(guān)打開(kāi)時(shí)電容器被放電,放電速率是積累在暴露的光轉(zhuǎn)換器中的電荷的函數(shù),其中該傳感器邏輯作用為關(guān)閉第一開(kāi)關(guān)以復(fù)位積累在暴露的光轉(zhuǎn)換器中的電荷,和打開(kāi)第一開(kāi)關(guān)以開(kāi)始光積分期間。
根據(jù)本發(fā)明的上述光傳感器,其中所述光-脈沖電路包括第二開(kāi)關(guān),其連接在電容器和暴露的光轉(zhuǎn)換器之間,傳感器邏輯作用為關(guān)閉第二開(kāi)關(guān)以連接電容器至暴露的光轉(zhuǎn)換器,和打開(kāi)第二開(kāi)關(guān)以結(jié)束光積分期間,如果斜坡電壓小于電容器兩端的電壓,連接比較器的第二輸入以接收斜坡電壓,比較器被用來(lái)抑制來(lái)自光-脈沖電路的輸出。
根據(jù)本發(fā)明的上述光傳感器,進(jìn)一步包括屏蔽于光的光轉(zhuǎn)換器,屏蔽的光轉(zhuǎn)換器用于在光積分期間中與噪聲成比例地積累電荷,其中光-脈沖電路進(jìn)一步用于在光積分期間開(kāi)始時(shí)復(fù)位積累在屏蔽的光轉(zhuǎn)換器中的電荷;測(cè)量由屏蔽的光轉(zhuǎn)換器在光積分期間積累的電荷;以及確定輸出脈沖,其寬度基于測(cè)量到的積累的暴露的光轉(zhuǎn)換器的電荷與測(cè)量到的積累的屏蔽的光轉(zhuǎn)換器的電荷之差。
根據(jù)本發(fā)明的上述光傳感器,其中光-脈沖電路接收積分信號(hào),并且其中噪聲依賴(lài)于光傳感器溫度,光-脈沖電路進(jìn)一步用于根據(jù)積分信號(hào)確定光積分期間;以及在積分信號(hào)末端之后的一個(gè)時(shí)間段后輸出輸出脈沖,該時(shí)間段基于噪聲水平,因而該時(shí)間段指示光傳感器溫度。
根據(jù)本發(fā)明的上述光傳感器,其中光積分期間是從光-脈沖電路接收的積分信號(hào)的賦值的部分確定的。
根據(jù)本發(fā)明的上述光傳感器,其中光-脈沖電路開(kāi)始和結(jié)束不同積分期間的一個(gè)序列。
根據(jù)本發(fā)明的上述光傳感器,進(jìn)一步包括至少一個(gè)附加的暴露的光轉(zhuǎn)換器,該至少一個(gè)附加的暴露的光轉(zhuǎn)換器作用為以不同與其它暴露的光轉(zhuǎn)換器的速率在積分期間與入射光成比例地積累電荷,光-脈沖電路還起以下作用在光積分期間開(kāi)始時(shí)復(fù)位積累在每一個(gè)所述至少一個(gè)附加的暴露的光轉(zhuǎn)換器中的電荷;測(cè)量由每一個(gè)所述至少一個(gè)附加的暴露的光轉(zhuǎn)換器在光積分期間積累的電荷;以及輸出具有一定寬度的附加脈沖,該脈沖寬度基于對(duì)分別每一個(gè)附加的暴露的光轉(zhuǎn)換器測(cè)量的積累電荷。
根據(jù)本發(fā)明的上述光傳感器,其中每個(gè)暴露的光轉(zhuǎn)換器具有不同的收集器面積,由此具有不同的電荷積累速率。
根據(jù)本發(fā)明的上述光傳感器,其中每個(gè)暴露的光轉(zhuǎn)換器具有用于接納入射到光轉(zhuǎn)換器的光的傳感器孔徑,每個(gè)傳感器孔徑具有不同的接納面積從而給出每個(gè)暴露的光轉(zhuǎn)換器不同的電荷積累速率。
本發(fā)明還提供一種光傳感器,包括覆蓋在襯底上的光轉(zhuǎn)換器,該光轉(zhuǎn)換器作用為積累由入射到光轉(zhuǎn)換器阱中的光轉(zhuǎn)換器上的光生成的電荷,該光轉(zhuǎn)換器阱形成在鄰近光轉(zhuǎn)換器的襯底區(qū)域中,該光轉(zhuǎn)換器具有本征光轉(zhuǎn)換器電容;形成在襯底中的浮置擴(kuò)散,該浮置擴(kuò)散具有當(dāng)電荷復(fù)位時(shí)形成在浮置擴(kuò)散下面的襯底區(qū)域中的擴(kuò)散阱,浮置擴(kuò)散作用為在電荷被復(fù)位時(shí)消除擴(kuò)散阱中的電荷,浮置擴(kuò)散電荷確定輸出電勢(shì),浮置擴(kuò)散具有本征浮置擴(kuò)散電容;以及在光轉(zhuǎn)換器和浮置擴(kuò)散之間的傳輸門(mén),形成在光轉(zhuǎn)換器之下的襯底區(qū)域和浮置擴(kuò)散之下的襯底區(qū)域之間的襯底區(qū)域中的傳輸阱,該傳輸阱具有比光轉(zhuǎn)換器阱和擴(kuò)散阱更淺的深度,該傳輸門(mén)具有本征傳輸門(mén)電容;其中,當(dāng)電荷復(fù)位時(shí),在傳輸阱深度之上的光轉(zhuǎn)換器阱中的電荷流動(dòng)通過(guò)傳輸阱,通過(guò)浮置擴(kuò)散并被消除;以及其中,在光積分期間,由入射到光轉(zhuǎn)換器上的光產(chǎn)生的電荷流經(jīng)傳輸阱并進(jìn)入到擴(kuò)散阱,產(chǎn)生與浮置擴(kuò)散電容成反比例的輸出電壓,直到擴(kuò)散阱被填充到傳輸阱的深度,其中由入射到光轉(zhuǎn)換器的光產(chǎn)生的電荷填充光轉(zhuǎn)換器阱、傳輸阱和擴(kuò)散阱,產(chǎn)生與浮置擴(kuò)散電容、光轉(zhuǎn)換器電容和傳輸門(mén)電容的和成反比例的輸出電壓;從而只在擴(kuò)散阱中的電荷積累過(guò)程中提供第一靈敏度,并在擴(kuò)散阱、傳輸阱和光轉(zhuǎn)換器阱中的電荷積累過(guò)程中提供第二靈敏度,第一靈敏度大于第二靈敏度。
本發(fā)明還提供一種光傳感器,包括封裝體,所述封裝體接納通信引腳;暴露的光轉(zhuǎn)換器,其至少部分地包含在所述封裝體中,且用來(lái)在積分期間和在暴露的光轉(zhuǎn)換器上接收的光成比例地積累電荷;光轉(zhuǎn)換器,其至少部分地包含在所述封裝體中,并屏蔽于光,所述屏蔽的光轉(zhuǎn)換器具有與暴露的光轉(zhuǎn)換器相同的構(gòu)造,屏蔽的光轉(zhuǎn)換器用于在所述積分期間與噪聲成比例地積累電荷。
當(dāng)聯(lián)系附圖,通過(guò)下面詳細(xì)描述用于執(zhí)行本發(fā)明的最好方式,很容易明白本發(fā)明的上述目的和其它目的,性能以及優(yōu)點(diǎn)。


圖1示出了可體現(xiàn)本發(fā)明的車(chē)輛后視鏡;圖2是本發(fā)明一種實(shí)施方案的框圖;
圖3是示出可用于執(zhí)行本發(fā)明的光傳感器的積分控制和傳感器輸出的時(shí)序圖;圖4是允許變暗邏輯和光傳感器被運(yùn)輸積分控制和傳感器輸出的單線相互聯(lián)系的電路圖的示意圖;圖5是示出圖4的電路圖操作的計(jì)時(shí)圖;圖6根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的具有內(nèi)部和外部后視鏡的后視鏡系統(tǒng)的框圖;圖7是示出變暗邏輯的實(shí)施方案的示意圖;圖8是示出電色(electrochromic)元件透射比控制操作的示意圖;圖9是示出電色元件透射比控制的計(jì)時(shí)圖;圖10是示出減光器(變暗元件)反射率隨著減光器控制信號(hào)占空度變化的圖表;圖11是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的變暗邏輯操作的流程圖;圖12是示出在變暗邏輯的實(shí)施方案中執(zhí)行的二進(jìn)制對(duì)數(shù)近似的圖表;圖13是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的具有脈沖輸出的光傳感器操作的示意圖;圖14是示出圖13中的光傳感器操作的計(jì)時(shí)圖;圖15是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的具有噪聲補(bǔ)償?shù)墓鈧鞲衅鞑僮鞯氖疽鈭D;圖16是示出圖15中的光傳感器操作的計(jì)時(shí)圖;圖17是使用光電二極管作為光轉(zhuǎn)換器的圖15的光傳感器執(zhí)行的示意圖;圖18-21是光傳感器封裝,輸出,和控制的各種實(shí)施方案的框圖;圖22是用于在內(nèi)部確定積分期間信號(hào)的傳感器邏輯的框圖;圖23是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的具有不同有效面積以得到增加動(dòng)態(tài)范圍的光轉(zhuǎn)換器應(yīng)用的框圖;圖24是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的具有不同孔徑以得到增加動(dòng)態(tài)范圍的光轉(zhuǎn)換器應(yīng)用的框圖;
圖25是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案對(duì)不同光入射電荷數(shù)量以得到增加動(dòng)態(tài)范圍的不同轉(zhuǎn)換器電容的示意圖;圖26是圖25的轉(zhuǎn)換器的輸出電勢(shì)隨著積累入射光變化的圖表;圖27是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的包含反浮散門(mén)的光電二極管轉(zhuǎn)換器的示意圖;圖28是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的光傳感器外殼的示意圖;圖29是示出光傳感器視野隨著光轉(zhuǎn)換器與鏡頭的距離變化的圖表;圖30是示出光傳感器光學(xué)增益隨著光轉(zhuǎn)換器與鏡頭的距離變化的圖表;圖31是示出人眼頻率響應(yīng)的圖表;圖32是示出典型光轉(zhuǎn)換器頻率響應(yīng)的圖表;以及圖33是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案包含紅外過(guò)濾器的外殼的附圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在參考圖1,示出了可體現(xiàn)本發(fā)明的車(chē)輛后視鏡。汽車(chē)20由駕駛?cè)藛T22駕駛。駕駛?cè)藛T22使用車(chē)內(nèi)后視鏡24和一個(gè)或多個(gè)車(chē)外后視鏡26以觀察后方的情景,后方總體以28示出。時(shí)常,駕駛?cè)藛T22通過(guò)擋風(fēng)玻璃30向前看。因此駕駛?cè)藛T22的眼睛適應(yīng)于通常來(lái)自前方的周?chē)饩€32。在后方情景28中相對(duì)明亮的光線源可產(chǎn)生光線,其可以從鏡子24,26上反射過(guò)來(lái),暫時(shí)在視覺(jué)上損害,干擾或使駕駛?cè)藛T22目眩。相對(duì)強(qiáng)的光線被稱(chēng)為眩光34。
為減小眩光34對(duì)駕駛?cè)藛T22的影響,鏡子24,26的反射率要減小。優(yōu)先于自動(dòng)變暗鏡子,內(nèi)后視鏡24應(yīng)包含可被駕駛?cè)藛T22手動(dòng)轉(zhuǎn)換的棱鏡反射元件。自動(dòng)變暗鏡子包括用于眩光34,并且典型地用于周?chē)饩€32的傳感器,并且應(yīng)眩光34的程度變暗一個(gè)或多個(gè)鏡子24,26。
現(xiàn)在參考圖2,示出了本發(fā)明實(shí)施方案的框圖。通常以40示出的變暗元件,包括可變透射率元件42和反射表面44。變暗元件40放置得使得通過(guò)可變透射率元件42觀察反射表面44。變暗元件40應(yīng)變暗元件控制信號(hào)46的要求顯示光的可變反射率。放置周?chē)饩€傳感器48以接收通常來(lái)自車(chē)輛20前方的周?chē)饩€32。周?chē)饩€傳感器48產(chǎn)生離散周?chē)饩€信號(hào)50,該信號(hào)指示在周?chē)饩€積分期間內(nèi)入射到周?chē)饩€傳感器48上的周?chē)饩€32的數(shù)量。放置眩光傳感器52以檢測(cè)通常來(lái)自車(chē)輛20后方的眩光34,并且可選擇地放置以通過(guò)可變透射率元件42觀察眩光34。眩光傳感器52產(chǎn)生離散眩光信號(hào)54,該信號(hào)指示在眩光積分期間內(nèi)入射到眩光傳感器52上的眩光34的數(shù)量。變暗邏輯56接收離散周?chē)饩€信號(hào)50并且確定周?chē)饩€程度。在周?chē)饩€32程度的基礎(chǔ)上變暗邏輯56確定眩光積分期間。變暗邏輯56接收眩光信號(hào)54并且確定眩光34的程度。變暗邏輯56輸出變暗元件控制信號(hào)46,設(shè)置變暗元件40的反射率以減小駕駛?cè)藛T22感覺(jué)到的眩光34的影響。
或者眩光傳感器52,周?chē)饩€傳感器48,或者這兩者優(yōu)選為具有積分電荷收集的半導(dǎo)體光傳感器。所述傳感器包括把入射光轉(zhuǎn)換為電荷的光轉(zhuǎn)換器。在積分期間內(nèi)收集電荷以產(chǎn)生由傳感器48,52轉(zhuǎn)換為離散輸出的電勢(shì)。在Nishibel等人的名稱(chēng)為“具有暗電流補(bǔ)償?shù)墓鈴?qiáng)度探測(cè)電路”的U.S.專(zhuān)利No.4,916,307,Yang等人的名稱(chēng)為“具有閾電壓探測(cè)器和帶電存儲(chǔ)電容的圖象傳感器陣列”的U.S.專(zhuān)利No.5,214,274中描述了適合該應(yīng)用的設(shè)計(jì),其每一個(gè)在此作為參考。根據(jù)下面的圖13-33描述光傳感器48,52的優(yōu)選實(shí)施方案。
硅基傳感器的一種難點(diǎn)是硅和人眼之間的光譜靈敏度的差異。周?chē)饩€過(guò)濾器58可放置在周?chē)饩€傳感器48之前或結(jié)合在其中。相似地,眩光過(guò)濾器60可放置在眩光傳感器52之前或結(jié)合在其中。過(guò)濾器58,60衰減包括可見(jiàn)光,紅外和紫外射線在內(nèi)的光譜的特定部分,使得沖擊傳感器48,52的光線結(jié)合傳感器48,52中的光轉(zhuǎn)換器的頻率響應(yīng),以更加接近人眼的響應(yīng)并補(bǔ)償諸如擋風(fēng)玻璃30的車(chē)輛視窗的著色。根據(jù)下面的圖31-33描述過(guò)濾器58,60的使用以補(bǔ)償傳感器48,52中的光轉(zhuǎn)換器的光譜靈敏度。
可使用各種器件實(shí)現(xiàn)可變透射率元件42。如在Jordan等人的名稱(chēng)為“光電控制的后視鏡”的U.S.專(zhuān)利No.3,680,951,和Bauer等人的名稱(chēng)為“汽車(chē)的自動(dòng)后視鏡”的U.S.專(zhuān)利No.4,443,057中描述的,可機(jī)械地得到變暗,每一個(gè)專(zhuān)利在此作為參考。使用如在Ohmi等人的名稱(chēng)為“眩光屏蔽型反射鏡”的U.S.專(zhuān)利No.4,632,509中描述的液晶元件,可形成可變透射率元件42,該專(zhuān)利在此作為參考??勺兺干渎试?2優(yōu)選為電色元件,其應(yīng)施加控制電壓的要求改變透射率,諸如在Byker的名稱(chēng)為“單室,自清除液相電色器件,在此使用的溶液,及其應(yīng)用”的U.S.專(zhuān)利No.4,902,108中描述的,該專(zhuān)利在此作為參考。可使用許多其它的電色器件執(zhí)行變暗元件40,其中的一些在該申請(qǐng)的背景技術(shù)部分中提及過(guò)了。如本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到的,本發(fā)明不依靠變暗元件40的類(lèi)型或結(jié)構(gòu)。如果變暗元件40包括電色可變透射率元件42,反射表面44可結(jié)合到可變透射率元件42中或可在可變透射率元件42的外部。
每個(gè)內(nèi)后視鏡24和外后視鏡26必須包括用于自動(dòng)變暗的變暗元件40。內(nèi)后視鏡24優(yōu)選還包括變暗邏輯56,光傳感器48,52,及如果使用的話,過(guò)濾器58和60。根據(jù)下面的圖6描述用于控制外后視鏡26的各種實(shí)施方案。
現(xiàn)在參考圖3,示出了一種計(jì)時(shí)圖(時(shí)序圖),該圖示出了可用于執(zhí)行本發(fā)明的光傳感器的積分控制和傳感器輸出。電荷積累光傳感器48,52通過(guò)可變積分期間而顯示增加的動(dòng)態(tài)范圍??傮w以70示出的控制信號(hào),被用于指定積分期間。引起總體以72示出的傳感器輸出,包括每個(gè)積分期間的輸出脈沖。限制可被有效測(cè)量的光誘導(dǎo)電荷的總數(shù)。因此,在明亮光線出現(xiàn)時(shí),需要短的積分時(shí)間以阻止飽和。然而,如果在弱光線情況中使用短的積分時(shí)間,電荷信號(hào)可消失在傳感器48,52固有的噪聲中。
控制信號(hào)70包括一序列具有不同長(zhǎng)度的積分期間。在圖3示出的實(shí)施例中,產(chǎn)生具有短積分期間76的短積分脈沖74。由于噪聲半導(dǎo)體光傳感器可在完全黑暗的環(huán)境中輸出短脈沖。因此,忽略持續(xù)時(shí)間小于閾值的傳感器輸出72中的任何脈沖,諸如短脈沖78。接下來(lái),產(chǎn)生具有中等積分期間82的中等積分脈沖80。引起的中等信號(hào)脈沖84具有指示中等積分期間82中入射到傳感器48,52上的光的數(shù)量的持續(xù)時(shí)間。產(chǎn)生具有長(zhǎng)積分期間88的長(zhǎng)積分脈沖86。如果光傳感器48,52足夠明亮,將導(dǎo)致飽和。因此,也忽略持續(xù)時(shí)間比閾值大的長(zhǎng)信號(hào)脈沖90。
可在光傳感器48,52的外部產(chǎn)生控制信號(hào)70,或者通過(guò)光傳感器48,52中的控制邏輯產(chǎn)生。如果在外部產(chǎn)生,控制信號(hào)70和傳感器輸出72可共用普通信號(hào)線或可使用各自的信號(hào)線。根據(jù)下面的圖4-28描述各種選擇和實(shí)施方案。
現(xiàn)在參考圖4,示出了允許變暗邏輯和光傳感器被運(yùn)輸積分控制和傳感器輸出的單線相互連接的電路的示意圖。光傳感器48,52包括具有允許光104入射到暴露的光轉(zhuǎn)換器106上的窗口102的外殼100。外殼100接納電源引腳108,地引腳110和信號(hào)引腳112。只使用這三個(gè)引腳108,110,112大大減小了光傳感器48,52的成本。根據(jù)下面的圖28描述用于實(shí)現(xiàn)光傳感器48,52的三引腳封裝。
通過(guò)光傳感器48,52中的信號(hào)引腳112和變暗邏輯56中的信號(hào)引腳116之間的互相連接信號(hào)114,光傳感器48,52連接到變暗邏輯56上。如下述,信號(hào)引腳112,116是允許相互連接信號(hào)114提供光傳感器48,52的輸入和光傳感器48,52輸出的三態(tài)端口。變暗邏輯56可包括連接在信號(hào)引腳116和地之間的FET Q1。FET Q1由連接到Q1基極上的控制線118控制。緩沖器120也連接到信號(hào)引腳116上。
在光傳感器48,52中,F(xiàn)ET Q2連接到信號(hào)引腳112和地之間。FET Q2由連接到Q2的門(mén)的輸出脈沖122控制。恒定電源124連接到信號(hào)引腳112上使得如果Q1不開(kāi)Q2也不開(kāi),相互連接信號(hào)114被升高。恒定電源124標(biāo)稱(chēng)提供大約0.5mA,以停止相互連接信號(hào)114。Schmidt觸發(fā)脈沖反相器126的輸入連接到信號(hào)引腳112。Schmidt觸發(fā)脈沖反相器126的后面串聯(lián)有反相器128和130。反相器130的輸出計(jì)時(shí)D觸發(fā)器132。多路調(diào)制器134的輸出連接到觸發(fā)器132的D輸入。多路調(diào)制器134的選擇輸入由輸出脈沖122驅(qū)動(dòng),使得當(dāng)輸出脈沖122被賦值時(shí),觸發(fā)器134的D輸入是未賦值的,并且當(dāng)輸出脈沖122未被賦值時(shí),觸發(fā)器134的D輸入被賦值。NAND門(mén)136的輸出連接到觸發(fā)器132的下賦值復(fù)位138。觸發(fā)器132的輸出是積分脈沖140。積分脈沖140和反相器128的輸出被輸入到NAND門(mén)136。光脈沖電路142接收積分脈沖140和暴露光轉(zhuǎn)換器106的輸出并產(chǎn)生輸出脈沖122。根據(jù)下面的圖13-17和23-27描述光脈沖電路142的實(shí)施方案。
在優(yōu)選實(shí)施方案中,光傳感器48,52包括不接收光104的屏蔽光轉(zhuǎn)換器144。光脈沖電路142使用屏蔽光轉(zhuǎn)換器144的輸出以減小暴露光轉(zhuǎn)換器106中的噪聲影響。
現(xiàn)在參考圖5,示出了圖4的電路圖操作的計(jì)時(shí)圖。最初,低賦值相互連接信號(hào)114是高的。觸發(fā)器132的態(tài)必須為零,用于賦值復(fù)位138和迫使觸發(fā)器132的態(tài)至零,如果態(tài)為一,到NAND門(mén)136的兩個(gè)輸入會(huì)高。
在時(shí)間150,變暗邏輯56賦值把晶體管Q1打開(kāi)的控制線118。然后在時(shí)間152減弱相互連接信號(hào)114。反相器130的輸出從低轉(zhuǎn)換到高,設(shè)置觸發(fā)器132的態(tài)至一,導(dǎo)致積分脈沖在時(shí)間154變得賦值。光脈沖電路142開(kāi)始積分入射到暴露光轉(zhuǎn)換器106上的光104。在時(shí)間156,降低控制線118關(guān)閉晶體管Q1。時(shí)間156和時(shí)間150之間的區(qū)別在于變暗邏輯56所需的積分期間158。由于Q1和Q2都關(guān)閉了,在時(shí)間160電源124提高相互連接信號(hào)114。由于反相器128的輸出和積分脈沖140都是高的,賦值復(fù)位138,導(dǎo)致觸發(fā)器132的態(tài)變至零并且積分脈沖140在時(shí)間162變得未賦值。這向光至脈沖電路光脈沖電路142發(fā)信號(hào)以停止積分入射到暴露光轉(zhuǎn)換器106上的光104。
在時(shí)間164,光脈沖電路142賦值輸出脈沖122以開(kāi)始輸出光強(qiáng)度信息。賦值輸出脈沖122把晶體管Q2打開(kāi),在時(shí)間166把相互連接信號(hào)114降低。這導(dǎo)致反相器130輸出作為觸發(fā)器132態(tài)的計(jì)時(shí)為零低至高轉(zhuǎn)換。光脈沖電路142在時(shí)間168去賦值輸出脈沖122。時(shí)間168和時(shí)間164的區(qū)別在于指示積分期間158內(nèi)入射到暴露光轉(zhuǎn)換器106上的光104的數(shù)量的光強(qiáng)度期間170。當(dāng)輸出脈沖122在時(shí)間168變低時(shí)關(guān)閉晶體管Q2。由于晶體管Q1和Q2都被關(guān)閉,在時(shí)間172提高相互連接信號(hào)114。變暗邏輯56中的緩沖器120在時(shí)間166和172檢測(cè)相互連接信號(hào)114中的轉(zhuǎn)換。時(shí)間172和166之間的時(shí)間區(qū)別(時(shí)間差)被變暗邏輯56使用以確定光傳感器48,52接收的光104的強(qiáng)度。
如果屏蔽光轉(zhuǎn)換器144被包括在光傳感器48,52中,在時(shí)間162的積分脈沖140的去賦值和在時(shí)間164的輸出脈沖122的賦值之間的時(shí)間區(qū)別(時(shí)間差)部分起因于光傳感器48,52中的熱噪聲。該區(qū)別被表示為熱噪聲期間174。熱噪聲期間174可被變暗邏輯56使用以確定光傳感器48,52的溫度或更加簡(jiǎn)單地用于確定傳感器48,52中的噪聲程度對(duì)可靠讀數(shù)是否過(guò)高。如果光傳感器48,52的溫度超過(guò)了預(yù)置界限時(shí),變暗邏輯56可使變暗元件40的自動(dòng)變暗失效。根據(jù)下面的圖15-17,描述光傳感器48,52使用屏蔽光轉(zhuǎn)換器144以產(chǎn)生指示光傳感器48,52中的熱噪聲數(shù)量的輸出脈沖122的能力。
現(xiàn)在參考圖6,示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的具有內(nèi)和外后視鏡的后視鏡系統(tǒng)的框圖。如根據(jù)上述根據(jù)圖2描述的內(nèi)后視鏡24中的變暗元件40進(jìn)行操作。每個(gè)外后視鏡26包括具有在外反射平面184的反射之前和之后對(duì)變?nèi)鮼?lái)自后面情景28中的光起作用的外可變透射率元件182的外變暗元件180。在外變暗元件控制信號(hào)186的基礎(chǔ)上,外變暗元件180提供可變反射率。外變暗元件180可以根據(jù)變暗元件40描述的任何方式操作,并且優(yōu)選為電色鏡子。外鏡控制188產(chǎn)生外變暗元件控制信號(hào)186。外鏡控制188可以是外后視鏡26,內(nèi)后視鏡24的一部分,或放置在任何鏡子24,26的外部。控制外變暗元件180的各種實(shí)施方案依靠傳感的數(shù)量并控制以被包括在外后視鏡26中。
在一個(gè)實(shí)施方案中,在周?chē)饩€傳感器48和眩光傳感器52的輸出的基礎(chǔ)上,內(nèi)后視鏡24中的變暗邏輯56確定外變暗元件控制信號(hào)186。在變暗邏輯56中計(jì)算的并通過(guò)內(nèi)鏡信號(hào)190傳輸?shù)酵忡R控制188的反射程度的基礎(chǔ)上,變暗邏輯56可直接產(chǎn)生外變暗元件控制信號(hào)186或外鏡控制188可產(chǎn)生外變暗元件控制信號(hào)186。
在另一實(shí)施方案中,外后視鏡26包括外眩光傳感器192,其在眩光積分期間內(nèi)入射到眩光傳感器192上的眩光34的數(shù)量的基礎(chǔ)上,放置得以接收來(lái)自后面情景28中的眩光34,并對(duì)輸出外眩光信號(hào)194起作用。由于具有硅基電荷積累轉(zhuǎn)換器106,144的光傳感器48,52具有對(duì)溫度的低橫向靈敏度,在車(chē)輛20外部安裝光傳感器48,52比光轉(zhuǎn)換器的其它類(lèi)型要更加實(shí)際。變暗邏輯56使用外眩光信號(hào)194和周?chē)饩€信號(hào)50以確定外變暗元件180的反射程度。再次,在包含在內(nèi)鏡信號(hào)190中的反射程度的基礎(chǔ)上,外變暗元件控制信號(hào)186可由變暗邏輯56直接產(chǎn)生或由外鏡控制188形成。和眩光過(guò)濾器60相似的外眩光過(guò)濾器196,可被放置在外眩光傳感器192之前或做在外眩光傳感器192中以提供具有和人眼響應(yīng)接近的響應(yīng)的外眩光傳感器192。內(nèi)鏡信號(hào)190和外眩光信號(hào)194可以是脈沖寬度調(diào)制信號(hào),脈沖密度信號(hào),串行數(shù)據(jù)流的形式,或在諸如CAN總線的自動(dòng)總線上數(shù)字化和通信。
在另一實(shí)施方案中,外眩光傳感器192產(chǎn)生眩光信號(hào)198,其被直接發(fā)送到外鏡控制188。在外眩光信號(hào)198和周?chē)饩€32程度由變暗邏輯56確定和通過(guò)內(nèi)鏡信號(hào)190發(fā)送到外鏡控制188的基礎(chǔ)上,外鏡控制188確定變暗元件控制信號(hào)186。
在另一實(shí)施方案中,外后視鏡26確定外變暗元件180的反射率,不依賴(lài)于由內(nèi)后視鏡24檢測(cè)到的眩光34或周?chē)饩€32。在該實(shí)施方案中,外后視鏡26根據(jù)上述圖2描述的進(jìn)行操作。
現(xiàn)在參考圖7,示出了變暗邏輯的實(shí)施方案的示意圖。該電路描述了一種對(duì)自動(dòng)變暗內(nèi)后視鏡24有效而便宜的執(zhí)行。變暗邏輯56利用以U1示出的小的低成本微控制器,諸如Microchip Technology,Inc.of Chandler,Arizona的PICI6C620。周?chē)饩€傳感器48通過(guò)連接到微控制器輸入RB0的相互連接信號(hào)114和微控制器U1聯(lián)絡(luò)。相似地,眩光傳感器52通過(guò)連接到微控制器輸入RB2的單獨(dú)相互連接信號(hào)114a和微控制器U1聯(lián)絡(luò)。如根據(jù)上述圖4和5所描述的,每個(gè)相互連接信號(hào)114傳輸從光傳感器48,52到微控制器U1的積分期間158以及傳輸從微控制器U1到光傳感器48,52的光強(qiáng)度期間170。連接在VDD和地之間的電阻器R29和電容器C4對(duì)光傳感器48,52提供過(guò)濾過(guò)的電源。
平行電阻器R15和二極管D5被連接在VDD和節(jié)點(diǎn)208之間。電容器C12被連接在節(jié)點(diǎn)208和地之間。電阻器R6連接共同節(jié)點(diǎn)208到微控制器U1的輸入/MCLR。元件D5,R15,R6和C12形成通電復(fù)位電路,總體以210示出。通過(guò)點(diǎn)火線212電源施加到變暗邏輯56。二極管D1保護(hù)點(diǎn)火線212上的反極性并且二極管D2固定來(lái)自點(diǎn)火線212的電壓近似為5伏特。電容器C2,C7和C11,電阻器R3以及鐵氧體元件E1形成電源調(diào)節(jié)電路,通常以214示出。當(dāng)車(chē)輛20反向放置時(shí),反向線216被賦值。電容器C10和電阻器R8,R9以及R27形成反向信號(hào)調(diào)節(jié)電路,總體以218示出。反向信號(hào)調(diào)節(jié)電路218低通濾過(guò)反向線216并對(duì)微控制器U1上的數(shù)字輸入引腳RB6提供靜電釋放保護(hù)。只要車(chē)輛20反向放置微控制器U1使用反向線216上的信號(hào)以清除可變透射率元件42。微控制器U1由連接在OSC1引腳和VDD之間的電阻器R2形成的RC振蕩器和連接在OSC1引腳和地之間的電容器C1計(jì)時(shí)。串聯(lián)連接在VDD和微控制器U1的漏極開(kāi)路輸出RA4的電阻器R30和LED D3形成指示燈,其可被安裝在內(nèi)后視鏡24上以警告變暗邏輯56的操作狀態(tài)的駕駛?cè)藛T22。開(kāi)關(guān)S1和S2分別連接到微控制器U1的數(shù)字輸入RB1和RB3以允許選擇控制選擇項(xiàng)。
現(xiàn)在參考圖8,示出了電色變暗控制的操作的示意圖。已重新畫(huà)出變暗邏輯56的一部分,以更加清楚地示出電色可變透射率元件42的控制。在操作上電色可變透射率元件42優(yōu)選相似于在Byker的名稱(chēng)為“單室,自清除液相電色器件,在此使用的溶液,及其應(yīng)用”的U.S.專(zhuān)利No.4,902,108中描述的,該專(zhuān)利在此作為參考。電色可變透射率元件42應(yīng)施加在輸入節(jié)點(diǎn)220的控制電壓的要求變暗。如果除去施加的控制電壓,電色可變透射率元件42將自放電,傳送光的增加數(shù)量。電色可變透射率元件42可被短輸入節(jié)點(diǎn)220迅速清除至地。盡管描述的應(yīng)用特別適合自動(dòng)后視鏡,本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)明白變暗邏輯的全部或部分可用在多種電色鏡子和窗口應(yīng)用中。
電阻器R17連接輸入節(jié)點(diǎn)220到在節(jié)點(diǎn)222的復(fù)合晶體管對(duì)(達(dá)林頓對(duì)晶體管)Q10的發(fā)射極。通過(guò)典型為27Ω的電流限制電阻R5,Q10的集電極被連接到電源上。通過(guò)電阻器R1和R7,復(fù)合晶體管對(duì)Q10的基極連接到微控制器U1的數(shù)字輸出RB4。通過(guò)電阻器R4和通過(guò)電阻器R7和電容器C16,Q10的基極也連接到地。應(yīng)繼續(xù)微控制器U1的軟件產(chǎn)生的脈沖控制226的要求,由脈沖輸出224驅(qū)動(dòng)數(shù)字輸出引腳RB4。脈沖輸出224可產(chǎn)生例如諸如脈沖寬度可調(diào)整信號(hào)的脈沖信號(hào)。脈沖輸出224優(yōu)選起開(kāi)關(guān)的作用,一旦在如根據(jù)下面的圖9描述的每個(gè)傳輸期間中,設(shè)置輸出引腳RB4至高電壓或低電壓。電容器C16和電阻器R1,R4和R7形成低通過(guò)濾器,總體以227示出,以平緩出現(xiàn)在數(shù)字輸出RB4上的信號(hào)。該平緩導(dǎo)致了固定所需控制程度的在輸入節(jié)點(diǎn)220的基本恒定的施加控制電壓。另外,基極發(fā)射器二極管訪問(wèn)Q10連同形成在電阻器R4和設(shè)置電色可變透射率元件42的操作電壓的電阻器R1和R7和之間的電壓分配器。元件的標(biāo)準(zhǔn)值為R1和R4是1KΩ,R7是100Ω,C16是100μF。由于數(shù)字輸出RB4在5伏特,并且由電色可變透射率元件42引起的標(biāo)稱(chēng)電流,輸入節(jié)點(diǎn)220近似為1.2伏特。
可通過(guò)在輸入節(jié)點(diǎn)220施加控制電壓的電色可變透射率元件42的反饋,提高變暗邏輯56的性能。微控制器U1包括比較邏輯,如果施加控制電壓比所需控制程度高,以引起脈沖輸出224,釋放低電壓否則釋放高電壓。典型地,高電壓接近VDD,低電壓接近地。通過(guò)比較代表所需控制程度的數(shù)位和使用數(shù)模轉(zhuǎn)換器得到的數(shù)字化施加控制電壓,可作出該比較。另一方面,使用數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)228和比較器230。響應(yīng)微控制器U1上運(yùn)行的軟件提供的DAC控制232上的所需控制程度的要求,DAC228產(chǎn)生模擬輸出AN2上的所需電壓電平。電阻器R31連接到模擬輸出AN2和節(jié)點(diǎn)234之間,電阻器R26連接到節(jié)點(diǎn)234和地之間。在模擬輸入AN3的比較器230的輸入連接到輸入節(jié)點(diǎn)234。在模擬輸入AN0的比較器230的其他輸入連接到輸入節(jié)點(diǎn)220。比較器230的輸出指示所需電壓電平是否大于施加的控制電壓。選擇電阻器R31和R26的值,使得節(jié)點(diǎn)234的電壓在輸入節(jié)點(diǎn)220的期望的施加控制電壓的范圍內(nèi),遍及所需的DAC228的控制電壓輸出的范圍。R31和R26的典型值分別為390KΩ和200KΩ。
通過(guò)連接電阻器R24到節(jié)點(diǎn)234和節(jié)點(diǎn)222之間得到正反饋。使用電阻器R17以探測(cè)通過(guò)電色可變透射率元件42的驅(qū)動(dòng)電流,并且因此電阻器典型為低值,諸如10Ω。電阻器R24典型為高值,諸如1.3MΩ。隨著通過(guò)電阻器R17的驅(qū)動(dòng)電流增加,電阻器R17兩端的電壓增加,阻止節(jié)點(diǎn)234的電壓。比較器230的正輸入端上的電壓增加具有增加脈沖輸出224占空度的再生效果。當(dāng)電色可變透射率元件42具有增加的電流牽拉連同最大操作電壓的增加時(shí),該再生效果提供在較高溫度響應(yīng)的較好系統(tǒng)。正反饋也補(bǔ)償在電色可變透射率元件42中的內(nèi)電阻效果。
現(xiàn)在參考圖9,示出了電色可變透射率控制的計(jì)時(shí)圖。在自動(dòng)變暗操作中,在轉(zhuǎn)變點(diǎn)開(kāi)始微控制器U1中執(zhí)行的軟件,一個(gè)轉(zhuǎn)變點(diǎn)以240示出,被固定轉(zhuǎn)變期間242分開(kāi)。所需控制程度244指示所需的電色可變透射率元件42的透射率程度。所需控制程度244可為模擬值,或優(yōu)選為微控制器U1確定的數(shù)位。通過(guò)比較邏輯比較所需的控制程度244和施加控制電壓246。比較器230接收施加控制電壓246和出現(xiàn)在節(jié)點(diǎn)234的所需控制電壓。比較器輸出236產(chǎn)生差異信號(hào)248,當(dāng)代表所需控制程度244的所需電壓電平大于比施加控制電壓246時(shí),該信號(hào)被賦值。比較器輸出236用于產(chǎn)生輸出RB4上的控制信號(hào)250。如果所需控制程度244大于施加的控制電壓246時(shí),數(shù)字輸出RB4被轉(zhuǎn)換到高。如果所需控制程度244小于施加控制電壓246,數(shù)字輸出RB4被轉(zhuǎn)換到低。低通過(guò)濾器277優(yōu)選過(guò)濾控制信號(hào)250以產(chǎn)生施加控制電壓246。
設(shè)置轉(zhuǎn)換期間242的持續(xù)時(shí)間以抑制例如可被車(chē)輛駕駛?cè)藛T22覺(jué)察到的電色元件42中的閃爍。轉(zhuǎn)換期間242可優(yōu)選在兩秒和兩微秒之間。對(duì)根據(jù)上述的圖7和圖8描述的系統(tǒng),轉(zhuǎn)換期間242可用5毫秒。
現(xiàn)在參考圖10,示出了變暗反射隨著施加控制電壓變化的圖表。曲線254繪出了作為包含電色可變透射率元件42的變暗元件40的百分比反射隨著施加控制電壓256變化的情況。曲線254指示隨著施加控制電壓從大約0.2伏特增加到大約0.9伏特,反射從大約86%減小到大約8%。圖10也包括曲線256,該曲線示出典型電色可變透射率元件42的電流隨著施加控制電壓256變化的情況。
現(xiàn)在參考圖7,提供另外的電路以迅速清除可變透射率電色元件40。晶體管Q11被連接在可變透射率電色元件40的兩端,集電極連接在節(jié)點(diǎn)220,發(fā)射極連接在地。通過(guò)電阻器R23晶體管Q11的基極連接到數(shù)字輸出RB7。當(dāng)數(shù)字輸出RB7被賦值時(shí),晶體管Q11打開(kāi),作為一種開(kāi)關(guān),以迅速放電電色可變透射率元件42。電容器C6被連接到晶體管Q11的集電極和基極之間以減小晶體管Q11開(kāi)關(guān)時(shí)產(chǎn)生的電磁干涉。晶體管Q12被連接到晶體管Q11的基極和地之間并且也被數(shù)字輸出RB7所控制。晶體管Q11和Q12打開(kāi),以關(guān)閉晶體管Q10,從而同時(shí)阻止試圖變暗和清除電色可變透射率元件42。電阻器R7被放置在電容器C16和晶體管Q12的集電極之間,以限制電容器C16通過(guò)晶體管Q12的放電電流。
現(xiàn)在參考圖11,示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的變暗邏輯操作的流程圖。如本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的,示出的操作不是必需的連續(xù)操作。而且,雖然該操作被微控制器U1中執(zhí)行的軟件優(yōu)選執(zhí)行,但操作可被軟件,硬件,或兩者的結(jié)合執(zhí)行。本發(fā)明超越任何具體實(shí)施并且為容易說(shuō)明,以連續(xù)流程圖的方式示出了各個(gè)方面。
讀取周?chē)饩€讀數(shù)并且在塊260中初始化平均周?chē)饩€。當(dāng)自動(dòng)變暗系統(tǒng)最初被通電時(shí),通過(guò)使用周?chē)饩€傳感器48讀取周?chē)饩€32的第一讀數(shù),初始化平均周?chē)饩€程度。分別根據(jù)下面的塊262和270描述周?chē)饩€讀數(shù)和平均周?chē)饩€程度的獲得。
讀取周?chē)饩€讀數(shù)并且在塊262中求出周?chē)饩€讀數(shù)的對(duì)數(shù)。具有積分電荷收集的半導(dǎo)體周?chē)饩€傳感器48的使用產(chǎn)生對(duì)周?chē)饩€程度32的寬范圍具有良好分辨率的周?chē)饩€信號(hào)50。如根據(jù)上述圖3描述的,這是通過(guò)使用不同的積分期間76,82,88讀取周?chē)饩€32各種讀數(shù)而完成的。在優(yōu)選實(shí)施方案中,使用四個(gè)單獨(dú)的積分期間,例如,諸如600μs,2.4ms,9.6ms和38.4ms。這些積分期間的每一個(gè)和鄰近的期間差因子4。因此,例如,2.4ms的積分期間導(dǎo)致周?chē)饩€傳感器48對(duì)周?chē)饩€32產(chǎn)生的敏感性多于600μs的積分期間產(chǎn)生的4倍。典型地,周?chē)饩€傳感器48首先使用最短的積分脈沖74以產(chǎn)生短信號(hào)脈沖78。變暗邏輯56測(cè)量短信號(hào)脈沖78的寬度。由于在完全黑暗中的周?chē)饩€傳感器48可仍然形成寬度小于100μs的短信號(hào)脈沖78,設(shè)置最小閾值用于接收作為精確反映周?chē)饩€32程度的短信號(hào)脈沖78。該閾值典型可為300μs。如果短信號(hào)脈沖78未超過(guò)該閾值,周?chē)饩€傳感器48使用下一個(gè)最長(zhǎng)的積分期間。如果最長(zhǎng)的積分期間未產(chǎn)生合適的長(zhǎng)信號(hào)脈沖,周?chē)饩€32是在極端弱的程度并且鏡子24,26可被操作在對(duì)眩光34的最大靈敏度上。
使用周?chē)饩€信號(hào)50的對(duì)數(shù)允許使用一種便宜的微控制器,例如U1,其可只具有8位內(nèi)寄存器并且沒(méi)有乘法指令。由于微控制器是二進(jìn)位器件,以2為底的對(duì)數(shù)比以10為底的對(duì)數(shù)或自然對(duì)數(shù)需要對(duì)計(jì)算機(jī)較少的指令。為得到具有代表整數(shù)部分的最有效四位和代表小數(shù)部分的剩余有效四位的8位二進(jìn)制對(duì)數(shù),先描述一種運(yùn)算法則。以最有效位開(kāi)始一位一位地檢查由合適積分期間產(chǎn)生的8位周?chē)饩€信號(hào)50,直到發(fā)現(xiàn)第一個(gè)二進(jìn)制的1。包含第一個(gè)二進(jìn)制1的位的位置變成對(duì)數(shù)的整數(shù)部分。在包含第一二進(jìn)制1的位的位置后的四個(gè)最有效位變成對(duì)數(shù)的小數(shù)部分。該值增加1/16以更好接近對(duì)數(shù)。現(xiàn)在提供二進(jìn)制對(duì)數(shù)近似的例子。假設(shè)周?chē)饩€信號(hào)50被確定為44(以2為底的00101101)。最有效賦值位是位5,因此結(jié)果值的整數(shù)部分是二進(jìn)制的0101。位5后面的接下來(lái)的四位是0110,因此結(jié)果值的小數(shù)部分是0110,總值是0101.0110。增值后,二進(jìn)制對(duì)數(shù)近似變成0101.0111。
現(xiàn)在參考圖12,示出了根據(jù)上述運(yùn)算法則的二進(jìn)制對(duì)數(shù)近似的圖表。對(duì)1和255之間的N值畫(huà)出了二進(jìn)制對(duì)數(shù)。曲線290示出了精確的二進(jìn)制對(duì)數(shù)。曲線292示出了近似的二進(jìn)制對(duì)數(shù)。
必須定標(biāo)周?chē)饩€信號(hào)50以補(bǔ)償不同的可能積分期間。這可通過(guò)增加比例系數(shù)到周?chē)饩€信號(hào)50的二進(jìn)制對(duì)數(shù)而完成。例如,如果使用最長(zhǎng)的積分時(shí)間(38.4ms)測(cè)量周?chē)饩€32,加入為0的比例系數(shù)。如果使用下一個(gè)最長(zhǎng)的積分時(shí)間(9.6ms),加入為2的比例系數(shù)。如果使用下一個(gè)最長(zhǎng)的積分時(shí)間(2.4ms),加入為4的比例系數(shù)。如果使用最短的積分時(shí)間(600μs),加入為6的比例系數(shù)。由于由二進(jìn)制對(duì)數(shù)近似產(chǎn)生的最大值為8(1000.0000),加入比例系數(shù)沒(méi)有產(chǎn)生溢出。
現(xiàn)在參考圖11,在塊264中比較周?chē)饩€程度和日檢測(cè)程度。使用日檢測(cè)程度以在諸如車(chē)輛20從隧道進(jìn)入到日光中的從黑暗到明亮的快速轉(zhuǎn)變中,阻止變暗元件40的變暗或更加迅速地對(duì)其清除。如果周?chē)饩€32的對(duì)數(shù)超過(guò)了預(yù)置的日檢測(cè)程度,清除可變透射率元件42以在塊266中設(shè)置變暗元件40到最大反射。于是在塊268中處理延遲了。進(jìn)入一種等待循環(huán),該循環(huán)具有足夠長(zhǎng)的時(shí)間以使讀取周?chē)饩€讀數(shù)間的期間等于恒定周?chē)饩€循環(huán)延遲。例如該期間可為400ms。在塊268中的等待后面,在塊262中讀取周?chē)饩€32的另一讀數(shù)。如果周?chē)饩€32的對(duì)數(shù)未超過(guò)該日檢測(cè)程度,在塊270中得到一平均值。
在塊270中確定周?chē)饩€程度的對(duì)數(shù)的平均值。首先轉(zhuǎn)換為周?chē)饩€32對(duì)數(shù)的平均讀數(shù)從顯著偏移的否則黑暗周?chē)饩€32的平均讀數(shù)中減小了車(chē)輛20前面的暫時(shí)的明亮光線的影響。可由諸如下面等式1描述的數(shù)字低通過(guò)濾器得到周?chē)饩€信號(hào)50的對(duì)數(shù)的連續(xù)平均值。
y(n)=164x(n)+6364y(n-1)---(1)]]>其中x(n)是最近得到的對(duì)積分期間正確測(cè)量的周?chē)饩€信號(hào)50的二進(jìn)制對(duì)數(shù)近似,y(n-1)是先前的過(guò)濾器輸出,并且y(n)是電流過(guò)濾器輸出。在Bechtel的名稱(chēng)為“自動(dòng)后視鏡的控制系統(tǒng)”的U.S.專(zhuān)利No.5,204,778中,描述具有模擬光線信號(hào)的平均對(duì)數(shù)的使用,該專(zhuān)利在此作為參考。
在塊272中比較周?chē)饩€程度的對(duì)數(shù)的平均與閾值。如果周?chē)饩€32足夠明亮,車(chē)輛駕駛?cè)藛T22將不會(huì)被允許鏡子24,26設(shè)置為最大反射的任何適當(dāng)量的眩光34所眩目。因此,如果周?chē)饩€信號(hào)50的對(duì)數(shù)的平均不小于閾值,在塊266中清除變暗元件40并且執(zhí)行塊268的等待。如果周?chē)饩€信號(hào)50的對(duì)數(shù)的平均小于該閾值,眩光處理在塊274開(kāi)始發(fā)生。典型地,用于在塊272中比較的閾值小于在塊264的比較中使用的日檢測(cè)程度。
在塊274中確定眩光積分期間。在周?chē)饩€信號(hào)50的基礎(chǔ)上確定眩光傳感器52的積分期間。如下面的等式2描述的,眩光積分期間與周?chē)饩€信號(hào)50的對(duì)數(shù)的平均值的二進(jìn)制逆對(duì)數(shù)成反比例。
TG(n)=antilog2(K1-y(n))-K2(2)其中TG(n)是在取樣時(shí)間n的過(guò)濾器輸出的傳感器52的積分期間,K1是倍增常數(shù),K2是附加常數(shù)。常數(shù)K1和K2由實(shí)驗(yàn)確定。如果周?chē)饩€信號(hào)50的對(duì)數(shù)的平均低于一特定程度,使用最大靈敏度積分期間。
在塊276中設(shè)置眩光計(jì)數(shù)。該眩光計(jì)數(shù)指示周?chē)饩€讀數(shù)間讀取的眩光讀數(shù)的數(shù)目。眩光計(jì)數(shù)和眩光循環(huán)延遲的乘積應(yīng)該等于讀取周?chē)饩€讀數(shù)間的時(shí)間。例如,眩光計(jì)數(shù)可為3并且讀取眩光讀數(shù)之間的時(shí)間可為133ms。
在塊278中讀取眩光讀數(shù)。對(duì)在塊274中確定的眩光積分期間測(cè)量從眩光傳感器52返回的作為眩光信號(hào)54的脈沖寬度。
在塊280中設(shè)置變暗元件值。使用眩光信號(hào)54以確定設(shè)置變暗元件40反射所需的控制程度244。例如這可通過(guò)使用檢視表而得到。眩光34的程度和可變透射率元件42的設(shè)置之間的精確關(guān)系依靠包括鏡子24,26結(jié)構(gòu),車(chē)輛20的配置以及駕駛?cè)藛T22的優(yōu)選設(shè)置在內(nèi)的各種因素。如根據(jù)上述圖7-10描述的,所需的控制程度244可用于控制可變透射率元件42。
在塊282中對(duì)眩光計(jì)數(shù)進(jìn)行檢查。如果眩光計(jì)數(shù)為零,在塊262中讀取下一個(gè)周?chē)饩€讀數(shù)。如果眩光計(jì)數(shù)不為零,在塊284中縮減眩光計(jì)數(shù)。然后在塊286中進(jìn)入等待循環(huán)。設(shè)置眩光循環(huán)延遲期間使得在正常預(yù)定的間隔讀取眩光讀數(shù)。
現(xiàn)在參考圖13,示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的具有脈沖輸出的光傳感器的操作示意圖。光脈沖電路300包括用于把入射到暴露光轉(zhuǎn)換器106上的光104轉(zhuǎn)換為積累在以CSL示出的光存儲(chǔ)電容器304中的電荷的光轉(zhuǎn)換器106。暴露光轉(zhuǎn)換器106可為能夠把光104轉(zhuǎn)換為電荷的任何裝置,例如在E.Fossum等人的名稱(chēng)為“具有內(nèi)象素電荷遷移的有源象素傳感器”的U.S.專(zhuān)利No.5,471,515中描述光門(mén)(photogate)傳感器,該專(zhuān)利在此作為參考。光轉(zhuǎn)換器106優(yōu)選為根據(jù)下面的圖25和26描述的光電二極管。除了所指出的,下面的討論不依賴(lài)暴露光轉(zhuǎn)換器106的特殊類(lèi)型或結(jié)構(gòu)。
在傳感器邏輯306的控制下操作光脈沖電路300。傳感器邏輯306產(chǎn)生控制連接在暴露光轉(zhuǎn)換器輸出312和VDD之間的開(kāi)關(guān)316的復(fù)位信號(hào)308。傳感器邏輯306也產(chǎn)生控制暴露光轉(zhuǎn)換器輸出312和光存儲(chǔ)電容器304之間的開(kāi)關(guān)316的取樣信號(hào)314。光存儲(chǔ)電容器304兩端的電壓,即光存儲(chǔ)電容器電壓318被輸入到比較器320的輸入中。比較器320的另一輸入是斜坡電容器324兩端的斜坡電壓322。斜坡電容器324并聯(lián)于產(chǎn)生電流IR的電源326。傳感器邏輯306還產(chǎn)生控制連接在斜坡電壓322和VDD之間的開(kāi)關(guān)330的斜坡控制信號(hào)328。在光存儲(chǔ)電容器電壓318和斜坡電壓322的相對(duì)程度(電平)的基礎(chǔ)上,比較器320產(chǎn)生比較器輸出332。如根據(jù)下面圖18-21描述的在內(nèi)產(chǎn)生的計(jì)時(shí)或在外產(chǎn)生的積分脈沖140的基礎(chǔ)上,傳感器邏輯306可產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)308,取樣信號(hào)314和斜坡控制信號(hào)328。
現(xiàn)在參考圖14,示出了圖13的光傳感器操作的計(jì)時(shí)圖。當(dāng)取樣信號(hào)314被賦值而復(fù)位信號(hào)308被賦值時(shí),在時(shí)間340開(kāi)始測(cè)量循環(huán)。如被光存儲(chǔ)電容器電壓318中的電壓電平342指示的,關(guān)閉開(kāi)關(guān)316以放電光存儲(chǔ)電容器304到VDD。然后在時(shí)間344去賦值復(fù)位信號(hào)308,打開(kāi)開(kāi)關(guān)310并開(kāi)始積分期間346。在積分期間346,入射到暴露光轉(zhuǎn)換器106的光104產(chǎn)生在光存儲(chǔ)電容器電壓318中引起衰退電壓348的負(fù)電荷。在時(shí)間350,斜坡控制信號(hào)328被賦值,關(guān)閉開(kāi)關(guān)330并放電斜坡電容器324,使得斜坡電壓322為如電壓電平352指示的VDD。
在時(shí)間354去賦值取樣信號(hào)314,導(dǎo)致打開(kāi)開(kāi)關(guān)316,從而結(jié)束積分期間346。在時(shí)間354之后的并在下一個(gè)測(cè)量循環(huán)前面的一些時(shí)間356,復(fù)位信號(hào)308必須被賦值關(guān)閉開(kāi)關(guān)310。在時(shí)間358,斜坡控制信號(hào)328被去賦值打開(kāi)開(kāi)關(guān)330。這導(dǎo)致斜坡電容器324以恒定速率通過(guò)如斜坡電壓322中的衰退電壓360所指示的電源放電。最初,如電壓電平362所指示的,由于斜坡電壓322高于光存儲(chǔ)電容器電壓318,比較器輸出332是未賦值的。在時(shí)間364,斜坡電壓322中的衰退電壓360下降到低于光存儲(chǔ)電容器電壓318,導(dǎo)致比較器輸出332變得賦值。比較器輸出332保持賦值直到時(shí)間366當(dāng)斜坡控制信號(hào)328被賦值關(guān)閉開(kāi)關(guān)330并增加斜坡電壓322至VDD時(shí)。以脈沖持續(xù)時(shí)間368指示的時(shí)間366和時(shí)間364的差異與積分期間346中暴露光轉(zhuǎn)換器106接收的光104的數(shù)量反向相關(guān)。
現(xiàn)在參考圖15,示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的具有噪聲補(bǔ)償?shù)墓鈧鞲衅鞑僮鞯氖疽鈭D??傮w以380示出的光脈沖電路通過(guò)結(jié)合屏蔽光轉(zhuǎn)換器144和相關(guān)的電子裝置,改進(jìn)光脈沖電路300。屏蔽光轉(zhuǎn)換器144優(yōu)選具有和暴露光轉(zhuǎn)換器106相同的結(jié)構(gòu)。然而,屏蔽光轉(zhuǎn)換器144不接收光104。因此,由屏蔽光轉(zhuǎn)換器144產(chǎn)生的電荷只是噪聲的函數(shù)。在自然界中噪聲主要是熱量的。如果屏蔽光轉(zhuǎn)換器144具有暴露光轉(zhuǎn)換器106相同的結(jié)構(gòu),由屏蔽光轉(zhuǎn)換器144產(chǎn)生的噪聲信號(hào)將非常接近由暴露光轉(zhuǎn)換器106產(chǎn)生的信號(hào)中的相同噪聲。通過(guò)從暴露光轉(zhuǎn)換器106產(chǎn)生的信號(hào)中減去屏蔽光轉(zhuǎn)換器144產(chǎn)生的信號(hào),可大大減小光轉(zhuǎn)換器106中的噪聲影響。
復(fù)位信號(hào)308控制連接在屏蔽轉(zhuǎn)換器輸出384和VDD之間的開(kāi)關(guān)382。取樣信號(hào)314控制連接在屏蔽轉(zhuǎn)換器輸出384和以CSN示出的噪聲存儲(chǔ)電容器388之間的開(kāi)關(guān)386。噪聲存儲(chǔ)電容器388兩端的電壓,即噪聲存儲(chǔ)電容器電壓390是到比較器392的一個(gè)輸入。到比較器392的第二輸入是斜坡電壓322。比較器392的輸出,噪聲比較器輸出394和比較器輸出332充當(dāng)“異-或”邏輯門(mén)396的輸入?!爱?或”邏輯門(mén)396產(chǎn)生指示光104強(qiáng)度的“異-或”邏輯輸出398。
現(xiàn)在參考圖16,示出了圖15的光傳感器操作的計(jì)時(shí)圖。光脈沖電路380以光脈沖電路300關(guān)于復(fù)位信號(hào)308,取樣信號(hào)314,光存儲(chǔ)電容器電壓318,斜坡電壓322,斜坡控制信號(hào)328和比較器輸出332相同的方式運(yùn)行。在時(shí)間340,在復(fù)位信號(hào)308被賦值時(shí),取樣信號(hào)314被賦值。開(kāi)關(guān)382和386都被關(guān)閉,噪聲存儲(chǔ)電容器電壓390中如電壓電平410所指示的,把噪聲存儲(chǔ)電容器388充電至VDD。在時(shí)間344,復(fù)位信號(hào)308被去賦值,打開(kāi)開(kāi)關(guān)382并引起由于噪聲屏蔽光轉(zhuǎn)換器144產(chǎn)生的電荷中導(dǎo)致噪聲存儲(chǔ)電容器電壓390中的衰退電壓412。在時(shí)間354,取樣信號(hào)314被去賦值,結(jié)束噪聲收集的積分期間346。在時(shí)間358,斜坡控制信號(hào)328被去賦值,在斜坡電壓322中導(dǎo)致衰退電壓360。最初,如電壓電平414所指示的,由于斜坡電壓322大于噪聲存儲(chǔ)電容器電壓390,噪聲比較器輸出394未被賦值。由于比較器輸出332也未被賦值,如電壓電平指示的從比較器396的輸出398未被賦值。在時(shí)間418,斜坡電壓322下降到低于噪聲存儲(chǔ)電容器電壓390的程度,引起噪聲比較器輸出394變得賦值。由于噪聲比較器輸出394和比較器輸出332是不同的,從比較器396的輸出398被賦值。在時(shí)間364,斜坡電壓322下降到低于光存儲(chǔ)電容器電壓318的程度,引起比較器輸出332變得賦值。由于現(xiàn)在噪聲比較器輸出394和比較器輸出332都被賦值,從“異-或”邏輯門(mén)396的輸出398現(xiàn)在變得未被賦值。時(shí)間364和時(shí)間418之間的差異,即輸出脈沖持續(xù)420具有和入射到由屏蔽光轉(zhuǎn)換器144在積分期間346內(nèi)產(chǎn)生較少噪聲的暴露光轉(zhuǎn)換器106上的光104強(qiáng)度成比例的時(shí)間期間。時(shí)間418和時(shí)間358之間的持續(xù),即噪聲持續(xù)422直接與屏蔽光轉(zhuǎn)換器144在積分期間346內(nèi)形成的噪聲的數(shù)量成比例。由于該噪聲的多數(shù)是熱噪聲,噪聲持續(xù)422是屏蔽光轉(zhuǎn)換器144溫度的指示。在時(shí)間366,斜坡控制信號(hào)328被賦值,去賦值噪聲比較器輸出394和比較器輸出332。
現(xiàn)在參考圖17,示出了使用作為光轉(zhuǎn)換器的光電二極管的圖15的光轉(zhuǎn)換器執(zhí)行的示意圖。通過(guò)對(duì)暴露光轉(zhuǎn)換器106使用暴露光電二極管430和對(duì)屏蔽光轉(zhuǎn)換器144使用屏蔽光電二極管432,執(zhí)行光脈沖電路380。暴露光電二極管430的陽(yáng)極連接至地并且陰極通過(guò)晶體管Q20連接到VDD。復(fù)位信號(hào)308控制晶體管Q20的基極。因此,晶體管Q20起開(kāi)關(guān)310的作用。晶體管Q21和Q22串聯(lián)連接在VDD和地之間以形成緩沖器,總體以434示出。晶體管Q21的基極連接到暴露光電二極管430的集電極。負(fù)載晶體管Q22的基極連接到固定電壓VB。緩沖器434的輸出通過(guò)晶體管Q23連接到光存儲(chǔ)電容器304。晶體管Q23的基極被取樣信號(hào)314驅(qū)動(dòng),允許晶體管Q23起開(kāi)關(guān)316的作用。屏蔽光電二極管432的陽(yáng)極連接到地并且陰極通過(guò)晶體管Q24連接到VDD。晶體管Q24的基極被復(fù)位信號(hào)308驅(qū)動(dòng),允許晶體管Q24起開(kāi)關(guān)382的作用。晶體管Q25和晶體管Q26形成緩沖器,總體以436示出,以緩沖器434隔離暴露光電二極管430相同的方式隔離光電二極管432的輸出。晶體管Q27連接緩沖器436的輸出到噪聲存儲(chǔ)電容器388。晶體管Q27的基極被取樣信號(hào)314驅(qū)動(dòng),允許晶體管Q27起開(kāi)關(guān)386的作用。光存儲(chǔ)電容器304和噪聲存儲(chǔ)電容器388典型為2pF。典型為10pF的斜坡電容器324,通過(guò)晶體管Q28充電到VDD。晶體管Q28的基極被斜坡控制信號(hào)328驅(qū)動(dòng),允許晶體管Q28起開(kāi)關(guān)330的作用。當(dāng)晶體管Q28關(guān)閉時(shí),通過(guò)電源326斜坡電容器324以接近0.1μA的恒定電流IR放電。
如果斜坡電壓322下降到低于預(yù)置電壓,提高傳感器加電響應(yīng)并且通過(guò)包括電路到抑制輸出而擴(kuò)充有效動(dòng)態(tài)范圍。光脈沖電路380包括比較斜坡電壓322和初始電壓(VINIT)440的比較器438。比較器輸出442通過(guò)“與”門(mén)444與“異-或”邏輯輸出396相與,以產(chǎn)生“與”門(mén)輸出446。在操作中,如果斜坡電壓322小于初始電壓440,輸出446被去賦值。比較器438和“與”門(mén)444的使用保證了輸出446不是賦值的,不管光至脈沖電路380在加電后的狀態(tài)。在優(yōu)選實(shí)施方案中,初始電壓為0.45V。
在可在內(nèi)產(chǎn)生或從外源提供的積分脈沖140的基礎(chǔ)上,傳感器邏輯306產(chǎn)生控制信號(hào)308,314,328。緩沖器447接收積分脈沖140并產(chǎn)生取樣控制314。通常作為轉(zhuǎn)換器序列448示出的奇數(shù)個(gè)連續(xù)連接的變換器,接收取樣控制314并產(chǎn)生復(fù)位控制308。通常作為反相器序列449示出的第二套奇數(shù)個(gè)連續(xù)連接的轉(zhuǎn)換器,接收復(fù)位信號(hào)308并產(chǎn)生斜坡控制信號(hào)328。在圖17中示出的電路具有至少8位的分辨率和接近每勒秒1伏特的靈敏度。最大輸出脈沖持續(xù)420和積分脈沖140的持續(xù)時(shí)間提供的積分期間346無(wú)關(guān)。
現(xiàn)在參考圖18-21,示出了光傳感器封裝,輸出和控制的各種實(shí)施方案。如根據(jù)上述的圖13-17所描述的,每個(gè)實(shí)施方案可包括光脈沖電路。在圖18中,光傳感器封裝450具有提供電壓VDD,地,積分期間信號(hào)452和輸出信號(hào)454的四個(gè)引腳。積分期間信號(hào)452可為光脈沖電路380使用以產(chǎn)生作為輸出信號(hào)454發(fā)送的輸出398的積分脈沖140。在圖19中,光傳感器封裝456只需要VDD,地和結(jié)合的積分期間和輸出信號(hào)458的三個(gè)引腳。如根據(jù)上述圖4和圖5所描述的,結(jié)合信號(hào)458可為相互連接信號(hào)114。在圖20中,光傳感器封裝460具有輸出信號(hào)454,地和結(jié)合的VDD和積分期間信號(hào)462的三個(gè)引腳。如在本領(lǐng)域中所熟知的,通過(guò)使用過(guò)濾器,結(jié)合信號(hào)452可被隔離成電源電壓VDD和積分期間信號(hào)452。在圖21中,光傳感器封裝464具有VDD,地和輸出信號(hào)454的三個(gè)引腳。如根據(jù)下面的圖22所描述的,積分期間信號(hào)452被產(chǎn)生在光傳感器封裝464中。
現(xiàn)在參考圖22,示出了用于在內(nèi)確定積分期間信號(hào)的傳感器邏輯的框圖。傳感器邏輯306可包括被內(nèi)振蕩器472驅(qū)動(dòng)的空轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)器470。計(jì)數(shù)器470可具有分接頭,其中的一個(gè)以474示出,連接到不同計(jì)數(shù)器位。例如,一個(gè)分接頭474可連接到nth位,下一個(gè)分接頭474連接到nth+2位,下一個(gè)分接頭474連接到nth+4位等等,從而每個(gè)連續(xù)的分接頭提供期間比先前的分接頭474長(zhǎng)四倍的脈沖。傳感器控制信號(hào)發(fā)生器476控制開(kāi)關(guān)478以確定將使用哪一個(gè)分接頭以產(chǎn)生積分脈沖140。典型地,傳感器控制信號(hào)發(fā)生器476通過(guò)每個(gè)分接頭474重復(fù)地排序。如根據(jù)上述的圖17描述的,然后傳感器控制信號(hào)發(fā)生器476使用積分脈沖140以產(chǎn)生諸如復(fù)位信號(hào)308,取樣信號(hào)314和斜坡控制信號(hào)328的控制信號(hào)。
現(xiàn)在參考圖23,示出了具有不同有效區(qū)域以得到增加動(dòng)態(tài)范圍的光轉(zhuǎn)換器的使用的框圖。作為一種選擇或加之改變積分時(shí)間,可使用幾對(duì)具有不同有效面積的暴露光轉(zhuǎn)換器106和屏蔽光轉(zhuǎn)換器144。如果光電二極管430,432被用作光轉(zhuǎn)換器106,144,有效面積是光電二極管集電極面積。小的暴露光轉(zhuǎn)換器490產(chǎn)生由光電壓電路492轉(zhuǎn)換為電壓的電荷。如根據(jù)上述圖15描述的,可通過(guò)使用開(kāi)關(guān)310,316和光存儲(chǔ)電容器304,執(zhí)行光電壓電路492。由小屏蔽光轉(zhuǎn)換器494產(chǎn)生的電荷被噪聲電壓電路496轉(zhuǎn)換為電壓。如根據(jù)上述圖15描述的,可通過(guò)使用開(kāi)關(guān)382,386和噪聲存儲(chǔ)電容器388,執(zhí)行噪聲電壓電路496。由于小屏蔽光轉(zhuǎn)換器494在電壓脈沖電路498的積分期間積分的噪聲,被小屏蔽光轉(zhuǎn)換器494積累的電荷較少的充電,在此基礎(chǔ)上,光電壓電路492和噪聲電壓電路496的輸出被轉(zhuǎn)換為具有一定寬度的脈沖。如根據(jù)上述圖15描述的,可通過(guò)使用比較器320,392,電容器324,電源326和門(mén)396,執(zhí)行電壓至脈沖電路498。中等的暴露光轉(zhuǎn)換器500具有比小暴露光轉(zhuǎn)換器490大的有效面積,導(dǎo)致增加的靈敏度。例如,如果中等暴露光轉(zhuǎn)換器500的有效面積比小暴露光轉(zhuǎn)換器490的有效面積大四倍,對(duì)光104中等暴露光轉(zhuǎn)換器500將比小暴露光轉(zhuǎn)換器490靈敏四倍多。中等屏蔽光轉(zhuǎn)換器502具有中等暴露光轉(zhuǎn)換器500相同的有效面積。在入射到中等暴露光轉(zhuǎn)換器500光104的基礎(chǔ)上,另外的光電壓電路492,噪聲電壓電路496和電壓脈沖電路498產(chǎn)生具有一定寬度的噪聲糾正輸出脈沖。相似地,通過(guò)具有更大的有效面積,大暴露光轉(zhuǎn)換器504和大屏蔽光轉(zhuǎn)換器506仍提供比中等暴露光轉(zhuǎn)換器500和中等屏蔽光轉(zhuǎn)換器502增加的靈敏度。
在傳感器邏輯306控制下的開(kāi)關(guān)508設(shè)置電壓脈沖電路498的哪一個(gè)輸出被用于輸出信號(hào)454。在產(chǎn)生在傳感器邏輯306中的信號(hào)的基礎(chǔ)上或可在傳感器邏輯306的外部提供的信號(hào)的基礎(chǔ)上,選擇輸出信號(hào)454。
在另一實(shí)施方案中,只使用一個(gè)屏蔽光轉(zhuǎn)換器144。在每個(gè)噪聲電壓電路496之前,依照暴露光轉(zhuǎn)換器的不同的有效面積的比例,測(cè)量屏蔽光轉(zhuǎn)換器144的輸出。本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到,雖然在圖23中示出的實(shí)施例具有三對(duì)暴露光轉(zhuǎn)換器106和屏蔽光轉(zhuǎn)換器144,但是可使用任何對(duì)數(shù)。
現(xiàn)在參考圖24,示出了具有不同孔徑以得到增加的動(dòng)態(tài)范圍的光轉(zhuǎn)換器使用的框圖。作為一種選擇或加之指定積分期間,每個(gè)具有相同有效面積的暴露光轉(zhuǎn)換器106可具有對(duì)接納光104的接納面積的不同孔徑。使用阻止光104到達(dá)一部分暴露光轉(zhuǎn)換器106的部分屏蔽520,可產(chǎn)生不同的孔徑。每個(gè)暴露光轉(zhuǎn)換器106產(chǎn)生被相應(yīng)光電壓電路492轉(zhuǎn)換為電壓的電荷。在傳感器邏輯306控制下的開(kāi)關(guān)522選擇光電壓電路492的哪一個(gè)輸出以發(fā)送到電壓脈沖電路498。電壓脈沖電路498產(chǎn)生輸出信號(hào),其補(bǔ)償由屏蔽光轉(zhuǎn)換器144感知和由噪聲電壓電路496處理的噪聲。在內(nèi)產(chǎn)生的控制信號(hào)的基礎(chǔ)上或在傳感器邏輯306的外部接收的控制信號(hào)的基礎(chǔ)上,傳感器邏輯306可選擇光電壓電路492的輸出。
現(xiàn)在參考圖25,示出了為得到增加的動(dòng)態(tài)范圍,對(duì)光誘導(dǎo)電荷的不同數(shù)量的不同轉(zhuǎn)換器電容的示意圖。通過(guò)在p-型襯底534中的n-型擴(kuò)散532形成光電二極管,總體以530示出。入射到光電二極管530的光104產(chǎn)生可被積累在n型擴(kuò)散532下的光電二極管阱538中的電荷536。光電二極管530具有本征光電二極管電容CPD。通過(guò)在襯底534中擴(kuò)散n-型材料也形成漂移擴(kuò)散540。漂移擴(kuò)散540通過(guò)晶體管Q20連接到復(fù)位電壓VRESET。晶體管Q20的門(mén)(柵)連接到傳感器邏輯306的控制下的復(fù)位信號(hào)308。漂移擴(kuò)散540也連接到緩沖器542的輸入。緩沖器542的輸出為轉(zhuǎn)換器輸出VOUT。當(dāng)復(fù)位信號(hào)308被賦值時(shí),漂移擴(kuò)散540限定形成在襯底534區(qū)域中的擴(kuò)散阱544。漂移擴(kuò)散540具有本征漂移擴(kuò)散電容CFD。傳輸門(mén)546被放置在擴(kuò)散532和漂移擴(kuò)散540之間。傳輸門(mén)546被保持在電壓VTG,以在其下形成傳輸阱548。傳輸阱548具有比光電二極管阱538和擴(kuò)散阱544小的深度。傳輸門(mén)546具有本征傳輸門(mén)電容CTG。
當(dāng)復(fù)位信號(hào)308被賦值時(shí),導(dǎo)致漂移擴(kuò)散至VRESET,在擴(kuò)散阱544中消除電荷。此外,當(dāng)在擴(kuò)散阱544中復(fù)位電荷時(shí),在傳輸阱548深度上的光電二極管阱538中的任何電荷536流經(jīng)傳輸阱548,通過(guò)漂移擴(kuò)散540并且消除。在光積分期間,復(fù)位信號(hào)308是未賦值的,在擴(kuò)散阱544中的電荷536數(shù)量的基礎(chǔ)上,導(dǎo)致漂移擴(kuò)散540的電壓漂移。由于光104撞擊擴(kuò)散532,產(chǎn)生電荷536。由于在相當(dāng)于傳輸阱548水平的光電二極管阱538中的電荷536未被電荷復(fù)位消除,由入射光104產(chǎn)生的另外電荷536流經(jīng)光電二極管阱538,通過(guò)傳輸阱548并進(jìn)入到擴(kuò)散阱544。在電荷水平550,在傳輸阱水平548之下,只有擴(kuò)散阱544被充滿(mǎn)電荷536。因此,漂移擴(kuò)散540的電壓反比例于漂移門(mén)電容CFD。當(dāng)已產(chǎn)生足夠電荷536以填充擴(kuò)散阱544在傳輸阱548的水平,例如水平552之上,所有的擴(kuò)散阱544,傳輸阱548和光電二極管阱538充滿(mǎn)電荷536。因此,現(xiàn)在漂移擴(kuò)散540的電壓反比例于漂移擴(kuò)散電容CFD,傳輸門(mén)電容CTG和光電二極管電容CPD的和。
現(xiàn)在參考圖26,示出了圖25的轉(zhuǎn)換器的輸出電勢(shì)隨著積累入射光變化的圖表??傮w以554示出的曲線示出了轉(zhuǎn)換器輸出VOUT在積分期間內(nèi)隨著入射到擴(kuò)散532和可能的漂移擴(kuò)散540變化的情況。在急劇上升段556,電荷536正積累在單獨(dú)的擴(kuò)散阱544中。由于變換增益是只基于漂移擴(kuò)散電容CFD的,光電二極管530顯示具有對(duì)入射光104的高靈敏度。在淺段558,電荷536被積累在擴(kuò)散阱544,傳輸阱548和光電二極管阱538中。由于變換增益現(xiàn)在是依靠電容CFD,CTG和CPD的并聯(lián)組合,光電二極管530現(xiàn)在呈現(xiàn)出對(duì)入射光104較小的靈敏性。通過(guò)調(diào)整電壓VRESET和VTG,可移動(dòng)急劇上升段556和淺段558之間的彎點(diǎn)559,影響動(dòng)態(tài)范圍。例如,如果漂移擴(kuò)散540的最大電壓擺動(dòng)是1伏特CFD對(duì)CFD,CTG和CPD之和的比為1∶100;并且彎點(diǎn)559被設(shè)置為0.5伏特。光電二極管530的動(dòng)態(tài)范圍比無(wú)雙電容的相似光電二極管的動(dòng)態(tài)范圍增加大約50倍。
現(xiàn)在參考圖27,示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的包含反浮散門(mén)的光電二極管轉(zhuǎn)換器的示意圖。反浮散門(mén)形成在擴(kuò)散532和結(jié)合在VDD上的源極電壓擴(kuò)散562之間。反浮散門(mén)560被結(jié)合在反浮散電壓VAB上。在光電二極管阱538和源擴(kuò)散阱566之間的襯底534中反浮散門(mén)560形成反浮散阱564。反浮散電壓VAB小于傳輸門(mén)電壓VTG阱564,使得反浮散阱564比傳輸阱548淺。當(dāng)光電二極管530產(chǎn)生的積累電荷超過(guò)等于反浮散阱564深度的電荷水平568時(shí),多余電荷流經(jīng)反浮散阱560之下進(jìn)入源極電壓擴(kuò)散562中并被消除。在光脈沖電路380中,反浮散門(mén)560阻止輸出電壓VOUT下降到低于比較器320可探測(cè)的水平。
現(xiàn)在參考圖28,示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的光傳感器外殼的示意圖。光傳感器48,52包括具有窗口102用于接納光的外殼100,以570示出其中的一束光線。外殼100接納電源引腳108,地引腳110和信號(hào)引腳112。如根據(jù)上述圖4-5和13-26描述的,密封在外殼100中的半導(dǎo)體芯片572包含光轉(zhuǎn)換器106,144和相關(guān)的電子裝置。引腳108,110,112可為引線鍵合到芯片527,如以電源引腳108的線574和信號(hào)引腳112的線576示出,或者直接連接到芯片527,如以接地引腳110示出。
外殼100優(yōu)選為用于構(gòu)造三端光發(fā)射二極管(LEDs)的相同類(lèi)型。通常優(yōu)選形式被稱(chēng)為T(mén)-13/4或5mm封裝。在光電子生產(chǎn)領(lǐng)域中周知密封在所述外殼中的電子裝置。
總體以578示出的透鏡優(yōu)選用于聚光至暴露光轉(zhuǎn)換器106上。透鏡578可放置在光傳感器48,52的前面或,優(yōu)選結(jié)合到如在圖28中示出的窗口102中。透鏡578限定光傳感器48,52的視場(chǎng)并且通過(guò)光學(xué)增益提供提高的靈敏度。
現(xiàn)在參考圖29,示出了光傳感器視場(chǎng)隨著光轉(zhuǎn)換器到透鏡的距離變換的圖表。在光傳感器48,52中的暴露光轉(zhuǎn)換器106的視場(chǎng)被定義為邊緣光線570關(guān)于通過(guò)暴露光轉(zhuǎn)換器106的光軸580形成的視角θ。球面透鏡578的半角視場(chǎng)以等式3表示
θ=90-arccos(rR)]]>+n2n1·sin(arccos(rR)-arctan(d-(R-R2-r2)r))---(3)]]>其中r是透鏡孔徑半徑,R是透鏡578曲率半徑,n2是外殼100中的材料的折射率,n1是外殼100外的材料的折射率,d是透鏡578中心到暴露光轉(zhuǎn)換器106的距離,并且θ以度數(shù)測(cè)量。典型地,T-13/4外殼100充滿(mǎn)環(huán)氧樹(shù)脂并且傳感器48,52在空氣中操作使得n2對(duì)n1的比例接近為1.5。曲線590示出了具有半徑R為5.0mm的球面透鏡578的T-13/4外殼的半角視場(chǎng)θ隨著距離d變化的情況。隨著光轉(zhuǎn)換器106遠(yuǎn)離透鏡578,視場(chǎng)減小。
現(xiàn)在參考圖30,示出了光傳感器光學(xué)增益隨著光轉(zhuǎn)換器與透鏡的距離變化的圖表。假定對(duì)光線570近軸近似,通過(guò)考慮由具有透鏡578的光轉(zhuǎn)換器106收集的附加光能量和不具有透鏡578的光轉(zhuǎn)換器106收集的光能量的比例,可估計(jì)透鏡578的光學(xué)增益。這可通過(guò)考慮底面在透鏡578的表面和頂點(diǎn)在透鏡578的焦點(diǎn)的光椎計(jì)算出。那么光學(xué)增益G可表示為該光椎的橫截面與光轉(zhuǎn)換器106面積的比例的函數(shù),推導(dǎo)為等式4G=f2(f-d)2---(4)]]>曲線600示出了具有半徑R為5.0mm和焦距f為15.0mm的球面透鏡578的T-13/4外殼的光學(xué)增益G隨著距離d變化的情況。隨著光轉(zhuǎn)換器106遠(yuǎn)離透鏡578,光學(xué)增益增加。
對(duì)于周?chē)饩€傳感器48和眩光傳感器52的光學(xué)性能可調(diào)整透鏡578和光轉(zhuǎn)換器106間的距離d。周?chē)饩€傳感器48應(yīng)具有寬的視場(chǎng)但不需要象眩光傳感器52一樣靈敏。眩光傳感器52應(yīng)具有較窄的視場(chǎng)但必須更加靈敏,因此,得益于較高的光學(xué)增益。對(duì)根據(jù)上述圖29和30描述的透鏡,2mm和3mm間的距離d適合周?chē)饩€傳感器48并且6mm和7mm間的距離d適合眩光傳感器52。除此之外,為修改透鏡參數(shù),諸如非球面,圓柱等的其它透鏡類(lèi)型在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)是可能的。
現(xiàn)在參考圖31,示出了人眼的頻率響應(yīng)的圖表。曲線610是人眼相對(duì)白晝視覺(jué)的或日光頻率響應(yīng)。曲線612是人眼的相對(duì)微光的或黑暗頻率響應(yīng)。除此之外,為對(duì)光強(qiáng)度更加靈敏,微光響應(yīng)612比白晝視覺(jué)響應(yīng)610更移向紫色。為保護(hù)夜視,其在被暴露于光尤其在微光曲線612的范圍內(nèi)時(shí)迅速降低,暴露光轉(zhuǎn)換器106應(yīng)具有和微光曲線612相似的頻率響應(yīng)。如果這不實(shí)際,暴露光轉(zhuǎn)換器106至少應(yīng)具有衰減的紅外響應(yīng)。這是更加重要的,如高強(qiáng)度放電(HID)頭燈,它比白熾燈或鹵素?zé)舭l(fā)出更多的青色光,更受歡迎。
現(xiàn)在參考圖32,示出了典型光轉(zhuǎn)換器的頻率響應(yīng)。典型光電二極管的相對(duì)頻率響應(yīng)示為曲線620。當(dāng)與微光響應(yīng)曲線612比較時(shí),暴露光轉(zhuǎn)換器106的頻率響應(yīng)包含相當(dāng)多的紅外靈敏度。如根據(jù)上述圖2描述的,過(guò)濾器58,60可放置在傳感器48,52之前或結(jié)合到其中,使得暴露光轉(zhuǎn)換器106的輸出更加接近人眼的微光頻率響應(yīng)612。
現(xiàn)在參考圖33,示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的包含紅外過(guò)濾器外殼的附圖。在外殼100中的窗口102包括對(duì)衰減撞擊暴露光轉(zhuǎn)換器106的光線570的紅外成分起作用的紅外過(guò)濾器630。紅外過(guò)濾器630可為從Santa Rosa,California光涂層實(shí)驗(yàn)室有限公司(Optical CoatingLaboratories,Inc.)得到的熱鏡。如根據(jù)上述圖28-30描述的透鏡可放置在紅外過(guò)濾器630之前。在Gahan的名稱(chēng)為“具有過(guò)濾的光傳感器的自動(dòng)后視鏡”的U.S.專(zhuān)利No.4,799,768中描述了暴露光轉(zhuǎn)換器106的另外的過(guò)濾,該專(zhuān)利在此作為參考。
雖然已說(shuō)明和描述了本發(fā)明的實(shí)施方案,但并不意味著這些實(shí)施方案說(shuō)明和描述了本發(fā)明的所有可能的形式。更確切地,意味著權(quán)利要求覆蓋所有的修改和替換設(shè)計(jì)以及等價(jià)表述,它們都在本發(fā)明的精神和范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種光傳感器,包括具有用于接收光的窗口的外殼,該外殼至少接納電源引腳,地引腳和輸出引腳;以及放置在外殼中的暴露的光轉(zhuǎn)換器,該暴露的光轉(zhuǎn)換器作用為在積分期間與通過(guò)窗口接收的入射到暴露的光轉(zhuǎn)換器的光成比例地積累電荷,其中該光傳感器進(jìn)一步經(jīng)配置以在所述輸出引腳輸出脈沖,該脈沖寬度和積累的電荷成比例。
2.如權(quán)利要求1所述的光傳感器,進(jìn)一步包括和暴露的光轉(zhuǎn)換器相聯(lián)的光-電壓電路,該光-電壓電路用于根據(jù)暴露的光轉(zhuǎn)換器積累的電荷輸出光電壓信號(hào);以及和光-電壓電路相聯(lián)的電壓-脈沖電路,該電壓-脈沖電路用于在輸出引腳上輸出脈沖,該脈沖寬度基于光電壓信號(hào)。
3.如權(quán)利要求2所述的光傳感器,進(jìn)一步包括屏蔽于光的光轉(zhuǎn)換器,該屏蔽的光轉(zhuǎn)換器具有與暴露的光轉(zhuǎn)換器基本相同的結(jié)構(gòu),該屏蔽的光轉(zhuǎn)換器用于在積分期間與噪聲成比例地積累電荷;以及與屏蔽的光轉(zhuǎn)換器相聯(lián)的噪聲-電壓電路,該噪聲-電壓電路用于根據(jù)屏蔽的光轉(zhuǎn)換器積累的電荷輸出噪聲電壓信號(hào),其中電壓-脈沖電路用于在輸出引腳上輸出脈沖,脈沖寬度基于光電壓信號(hào)和噪聲電壓信號(hào)之差。
4.如權(quán)利要求2所述的光傳感器,其中所述光-脈沖電路進(jìn)一步包括傳感器邏輯,該傳感器邏輯放置在外殼內(nèi),并與暴露的光轉(zhuǎn)換器和光-電壓電路相聯(lián),該傳感器邏輯用于執(zhí)行光-脈沖電路的以下功能在光積分期間開(kāi)始時(shí)復(fù)位積累在暴露的光轉(zhuǎn)換器中的電荷;開(kāi)始和結(jié)束積分期間;以及通過(guò)暴露的光轉(zhuǎn)換器在積分期間控制電荷的積累。
5.如權(quán)利要求4所述的光傳感器,其中該傳感器邏輯用于從在信號(hào)引腳接收的積分信號(hào)的賦值部分確定光積分期間。
6.如權(quán)利要求4所述的光傳感器,其中該光-脈沖電路開(kāi)始和結(jié)束不同的光積分期間的一個(gè)序列。
7.如權(quán)利要求4所述的光傳感器,進(jìn)一步包括至少一個(gè)附加的暴露的光轉(zhuǎn)換器,該至少一個(gè)附加的暴露的光轉(zhuǎn)換器作用為在積分期間以不同于其它暴露的光轉(zhuǎn)換器的速率與入射光成比例地積累電荷,傳感器邏輯還用于在光積分期間開(kāi)始時(shí)復(fù)位積累在該至少一個(gè)附加的暴露的光轉(zhuǎn)換器中的電荷,所述光-電壓電路用于測(cè)量由至少一個(gè)附加的暴露的光轉(zhuǎn)換器在光積分期間積累的電荷,且所述電壓-脈沖電路用于輸出附加脈沖,對(duì)于每個(gè)附加的暴露的光轉(zhuǎn)換器,每個(gè)所述附加脈沖具有基于測(cè)量的積累的電荷的寬度。
8.如權(quán)利要求7所述的光傳感器,其中每個(gè)暴露的光轉(zhuǎn)換器具有不同的收集器面積從而具有不同的電荷積累速率。
9.如權(quán)利要求7所述的光傳感器,其中每個(gè)暴露的光轉(zhuǎn)換器具有用于接納入射到傳感器的光的孔徑,每個(gè)傳感器孔徑具有不同的接納面積從而給出每個(gè)暴露的光轉(zhuǎn)換器不同的電荷積累速率。
10.如權(quán)利要求1所述的光傳感器,進(jìn)一步包括與暴露的光轉(zhuǎn)換器聯(lián)系的傳感器邏輯,該傳感器邏輯作用為(a)在光積分期間開(kāi)始時(shí)復(fù)位積累在暴露的光轉(zhuǎn)換器中的電荷,(b)測(cè)量暴露的光轉(zhuǎn)換器在光積分期間積累的電荷,以及(c)在測(cè)量的積累的暴露的光轉(zhuǎn)換器電荷的基礎(chǔ)上確定具有一定寬度的脈沖。
11.如權(quán)利要求10所述的光傳感器,其中積分期間是變量,且所述傳感器邏輯在積分期間的電荷積累開(kāi)始之前確定積分期間的持續(xù)時(shí)間。
12.如權(quán)利要求10所述的光傳感器,進(jìn)一步包括比較器,其一個(gè)輸入連接到暴露的光轉(zhuǎn)換器,另一個(gè)輸入連接到開(kāi)關(guān)電容器電路,該開(kāi)關(guān)電容器電路可操作以在開(kāi)關(guān)關(guān)閉時(shí)把電容充電至固定電壓并在開(kāi)關(guān)打開(kāi)時(shí)對(duì)電容器放電,其中該傳感器邏輯還作用為在積分期間內(nèi)關(guān)閉開(kāi)關(guān)和在積分期間之后打開(kāi)開(kāi)關(guān),從而在比較器的輸出上產(chǎn)生脈沖。
13.如權(quán)利要求12所述的光傳感器,進(jìn)一步包括第二比較器,其一個(gè)輸入連接到固定的電壓,而另一個(gè)輸入連接到開(kāi)關(guān)電容器電路,如果斜坡電壓小于該固定電壓,該第二比較器的輸出用來(lái)抑制確定的脈沖的輸出。
14.如權(quán)利要求10所述的光傳感器,進(jìn)一步包括屏蔽于光的光轉(zhuǎn)換器,該屏蔽的光轉(zhuǎn)換器用于在積分期間與噪聲成比例地積累電荷,其中傳感器邏輯進(jìn)一步用于在光積分期間開(kāi)始時(shí)復(fù)位積累在屏蔽的光轉(zhuǎn)換器中的電荷;測(cè)量由該屏蔽的光轉(zhuǎn)換器在積分期間積累的電荷;以及確定輸出脈沖,其寬度基于測(cè)量到的積累的暴露的光轉(zhuǎn)換器的電荷與測(cè)量到的積累的屏蔽的光轉(zhuǎn)換器的電荷之差。
15.如權(quán)利要求14所述的光傳感器,其中該光傳感器具有用于接收積分信號(hào)的輸入,且其中該噪聲決定于光傳感器溫度,該傳感器邏輯進(jìn)一步可用于基于該積分信號(hào)確定積分期間;以及在積分信號(hào)末端之后的一個(gè)時(shí)間段后輸出該輸出脈沖,該時(shí)間段基于噪聲水平,因而該時(shí)間段指示光傳感器溫度。
16.如權(quán)利要求10所述的光傳感器,其中該光積分期間是由通過(guò)傳感器邏輯接收的控制信號(hào)的賦值部分確定的。
17.如權(quán)利要求10所述的光傳感器,其中傳感器控制作用為通過(guò)循環(huán)通過(guò)預(yù)定的各時(shí)間段的序列來(lái)確定每個(gè)積分期間。
18.如權(quán)利要求10的光傳感器,還包括至少一個(gè)附加的暴露的光轉(zhuǎn)換器,每個(gè)附加的暴露的光轉(zhuǎn)換器作用為以不同與其它暴露的光轉(zhuǎn)換器的速率在積分期間與入射光成比例地積累電荷,傳感器邏輯還起以下作用在確定的光積分期間開(kāi)始時(shí)復(fù)位積累在每一個(gè)所述至少一個(gè)附加的暴露的光轉(zhuǎn)換器中的電荷;測(cè)量由每一個(gè)所述至少一個(gè)附加的暴露的光轉(zhuǎn)換器在確定的光積分期間積累的電荷;以及輸出具有一定寬度的脈沖,該脈沖寬度基于對(duì)每一個(gè)所述至少一個(gè)附加的暴露的光轉(zhuǎn)換器測(cè)量的積累的電荷。
19.如權(quán)利要求18所述的光傳感器,其中每個(gè)暴露的光轉(zhuǎn)換器具有不同的收集器面積從而具有不同的電荷積累速率。
20.如權(quán)利要求18所述的光傳感器,其中每個(gè)暴露的光轉(zhuǎn)換器具有用于接納入射到傳感器的光的孔徑,每個(gè)傳感器孔徑具有不同的接納面積從而給出每個(gè)暴露的光轉(zhuǎn)換器不同的電荷積累速率。
21.如權(quán)利要求10的光傳感器,其中該光轉(zhuǎn)換器包括覆蓋在襯底上的光電二極管,該光電二極管作用為在光電二極管下面的襯底區(qū)域中形成的光電二極管阱中積累入射電荷,該光電二極管具有本征光電二極管電容;形成在襯底中的浮置擴(kuò)散,當(dāng)電荷復(fù)位時(shí)該浮置擴(kuò)散具有形成在浮置擴(kuò)散下面的襯底區(qū)域中的擴(kuò)散阱,浮置擴(kuò)散作用為在電荷被復(fù)位時(shí)消除擴(kuò)散阱中的電荷,浮置擴(kuò)散電荷確定輸出電勢(shì),浮置擴(kuò)散具有本征浮置擴(kuò)散電容;以及在光電二極管和浮置擴(kuò)散之間的傳輸門(mén),該傳輸門(mén)限定形成在光電二極管之下的襯底區(qū)域和浮置擴(kuò)散之下的襯底區(qū)域之間的襯底區(qū)域中的傳輸阱,該傳輸阱具有比光電二極管阱和擴(kuò)散阱更淺的深度,該傳輸門(mén)具有本征傳輸門(mén)電容;其中,當(dāng)電荷復(fù)位時(shí),在傳輸阱深度之上的光電二極管阱中的電荷流過(guò)傳輸阱,通過(guò)浮置擴(kuò)散并被消除;以及其中,在確定的光積分期間,由入射到光電二極管上的光產(chǎn)生的電荷流經(jīng)傳輸阱并進(jìn)入到擴(kuò)散阱,產(chǎn)生與浮置擴(kuò)散電容成反比例的輸出電壓,直到擴(kuò)散阱被填充到傳輸阱的深度,其中由入射到光電二極管的光產(chǎn)生的電荷填充光電二極管阱、傳輸阱、和擴(kuò)散阱,產(chǎn)生與浮置擴(kuò)散電容、光電二極管電容和傳輸門(mén)電容的和成反比例的輸出電壓,從而只在擴(kuò)散阱中的電荷積累過(guò)程中提供第一靈敏度和在擴(kuò)散阱,傳輸阱和光電二極管阱中的電荷積累過(guò)程中提供第二靈敏度,第一靈敏度大于第二靈敏度。
22.如權(quán)利要求21所述的光傳感器,進(jìn)一步包括光電二極管和源極電壓擴(kuò)散之間的反浮散門(mén),該反浮散門(mén)限定形成在光電二極管之下的襯底區(qū)域和源電壓擴(kuò)散之間的襯底區(qū)域中的反浮散阱,該反浮散阱具有比傳輸阱更淺的深度。
23.如權(quán)利要求1所述的光傳感器,進(jìn)一步包括與暴露的光轉(zhuǎn)換器相聯(lián)的光-脈沖電路,該光-脈沖電路作用為(a)在光積分期間開(kāi)始之前復(fù)位積累在暴露的光轉(zhuǎn)換器中的電荷,(b)開(kāi)始和結(jié)束該光積分期間,(c)測(cè)量暴露的光轉(zhuǎn)換器在光積分期間積累的電荷,以及(d)輸出脈沖,其寬度基于測(cè)量到的積累的暴露的光轉(zhuǎn)換器的電荷。
24.如權(quán)利要求23所述的光傳感器,其中所述光-脈沖電路包括傳感器邏輯、電容器、第一開(kāi)關(guān)、和比較器,該比較器具有第一輸入和第二輸入,該第一輸入連接到該電容器,該第一開(kāi)關(guān)被耦合到所述暴露的光轉(zhuǎn)換器并耦合在電容器和固定電壓之間,當(dāng)?shù)谝婚_(kāi)關(guān)關(guān)閉時(shí)電容器被充電至該固定電壓,且當(dāng)?shù)谝婚_(kāi)關(guān)打開(kāi)時(shí)電容器被放電,放電速率是積累在暴露的光轉(zhuǎn)換器中的電荷的函數(shù),其中該傳感器邏輯作用為關(guān)閉第一開(kāi)關(guān)以復(fù)位積累在暴露的光轉(zhuǎn)換器中的電荷,和打開(kāi)第一開(kāi)關(guān)以開(kāi)始光積分期間。
25.如權(quán)利要求24所述的光傳感器,其中所述光-脈沖電路包括第二開(kāi)關(guān),其連接在電容器和暴露的光轉(zhuǎn)換器之間,傳感器邏輯作用為關(guān)閉第二開(kāi)關(guān)以連接電容器至暴露的光轉(zhuǎn)換器,和打開(kāi)第二開(kāi)關(guān)以結(jié)束光積分期間,如果斜坡電壓小于電容器兩端的電壓,連接比較器的第二輸入以接收斜坡電壓,比較器被用來(lái)抑制來(lái)自光-脈沖電路的輸出。
26.如權(quán)利要求23所述的光傳感器,進(jìn)一步包括屏蔽于光的光轉(zhuǎn)換器,屏蔽的光轉(zhuǎn)換器用于在光積分期間中與噪聲成比例地積累電荷,其中光-脈沖電路進(jìn)一步用于在光積分期間開(kāi)始時(shí)復(fù)位積累在屏蔽的光轉(zhuǎn)換器中的電荷;測(cè)量由屏蔽的光轉(zhuǎn)換器在光積分期間積累的電荷;以及確定輸出脈沖,其寬度基于測(cè)量到的積累的暴露的光轉(zhuǎn)換器的電荷與測(cè)量到的積累的屏蔽的光轉(zhuǎn)換器的電荷之差。
27.如權(quán)利要求26所述光傳感器,其中光-脈沖電路接收積分信號(hào),并且其中噪聲依賴(lài)于光傳感器溫度,光-脈沖電路進(jìn)一步用于根據(jù)積分信號(hào)確定光積分期間;以及在積分信號(hào)末端之后的一個(gè)時(shí)間段后輸出輸出脈沖,該時(shí)間段基于噪聲水平,因而該時(shí)間段指示光傳感器溫度。
28.如權(quán)利要求23所述的光傳感器,其中光積分期間是從光-脈沖電路接收的積分信號(hào)的賦值的部分確定的。
29.如權(quán)利要求23所述的光傳感器,其中光-脈沖電路開(kāi)始和結(jié)束不同積分期間的一個(gè)序列。
30.如權(quán)利要求23所述的光傳感器,進(jìn)一步包括至少一個(gè)附加的暴露的光轉(zhuǎn)換器,該至少一個(gè)附加的暴露的光轉(zhuǎn)換器作用為以不同與其它暴露的光轉(zhuǎn)換器的速率在積分期間與入射光成比例地積累電荷,光-脈沖電路還起以下作用在光積分期間開(kāi)始時(shí)復(fù)位積累在每一個(gè)所述至少一個(gè)附加的暴露的光轉(zhuǎn)換器中的電荷;測(cè)量由每一個(gè)所述至少一個(gè)附加的暴露的光轉(zhuǎn)換器在光積分期間積累的電荷;以及輸出具有一定寬度的附加脈沖,該脈沖寬度基于對(duì)分別每一個(gè)附加的暴露的光轉(zhuǎn)換器測(cè)量的積累電荷。
31.如權(quán)利要求30所述的光傳感器,其中每個(gè)暴露的光轉(zhuǎn)換器具有不同的收集器面積,由此具有不同的電荷積累速率。
32.如權(quán)利要求30所述的光傳感器,其中每個(gè)暴露的光轉(zhuǎn)換器具有用于接納入射到光轉(zhuǎn)換器的光的傳感器孔徑,每個(gè)傳感器孔徑具有不同的接納面積從而給出每個(gè)暴露的光轉(zhuǎn)換器不同的電荷積累速率。
33.一種光傳感器,包括覆蓋在襯底上的光轉(zhuǎn)換器,該光轉(zhuǎn)換器作用為積累由入射到光轉(zhuǎn)換器阱中的光轉(zhuǎn)換器上的光生成的電荷,該光轉(zhuǎn)換器阱形成在鄰近光轉(zhuǎn)換器的襯底區(qū)域中,該光轉(zhuǎn)換器具有本征光轉(zhuǎn)換器電容;形成在襯底中的浮置擴(kuò)散,該浮置擴(kuò)散具有當(dāng)電荷復(fù)位時(shí)形成在浮置擴(kuò)散下面的襯底區(qū)域中的擴(kuò)散阱,浮置擴(kuò)散作用為在電荷被復(fù)位時(shí)消除擴(kuò)散阱中的電荷,浮置擴(kuò)散電荷確定輸出電勢(shì),浮置擴(kuò)散具有本征浮置擴(kuò)散電容;以及在光轉(zhuǎn)換器和浮置擴(kuò)散之間的傳輸門(mén),形成在光轉(zhuǎn)換器之下的襯底區(qū)域和浮置擴(kuò)散之下的襯底區(qū)域之間的襯底區(qū)域中的傳輸阱,該傳輸阱具有比光轉(zhuǎn)換器阱和擴(kuò)散阱更淺的深度,該傳輸門(mén)具有本征傳輸門(mén)電容;其中,當(dāng)電荷復(fù)位時(shí),在傳輸阱深度之上的光轉(zhuǎn)換器阱中的電荷流動(dòng)通過(guò)傳輸阱,通過(guò)浮置擴(kuò)散并被消除;以及其中,在光積分期間,由入射到光轉(zhuǎn)換器上的光產(chǎn)生的電荷流經(jīng)傳輸阱并進(jìn)入到擴(kuò)散阱,產(chǎn)生與浮置擴(kuò)散電容成反比例的輸出電壓,直到擴(kuò)散阱被填充到傳輸阱的深度,其中由入射到光轉(zhuǎn)換器的光產(chǎn)生的電荷填充光轉(zhuǎn)換器阱、傳輸阱和擴(kuò)散阱,產(chǎn)生與浮置擴(kuò)散電容、光轉(zhuǎn)換器電容和傳輸門(mén)電容的和成反比例的輸出電壓;從而只在擴(kuò)散阱中的電荷積累過(guò)程中提供第一靈敏度,并在擴(kuò)散阱、傳輸阱和光轉(zhuǎn)換器阱中的電荷積累過(guò)程中提供第二靈敏度,第一靈敏度大于第二靈敏度。
34.一種光傳感器,包括封裝體,所述封裝體接納通信引腳;暴露的光轉(zhuǎn)換器,其至少部分地包含在所述封裝體中,且用來(lái)在積分期間和在暴露的光轉(zhuǎn)換器上接收的光成比例地積累電荷;以及光轉(zhuǎn)換器,其至少部分地包含在所述封裝體中,并屏蔽于光,所述屏蔽的光轉(zhuǎn)換器具有與暴露的光轉(zhuǎn)換器相同的構(gòu)造,屏蔽的光轉(zhuǎn)換器用于在所述積分期間與噪聲成比例地積累電荷。
全文摘要
具有寬動(dòng)態(tài)范圍的光傳感器被用在各種應(yīng)用中。寬動(dòng)態(tài)范圍光傳感器(48,52)包括暴露光電二極管光轉(zhuǎn)換器(106),其按照入射在積分期間(158)內(nèi)的光(104)的比例積累電荷。傳感器邏輯(306)在積分開(kāi)始之前確定光積分期間(158)并且復(fù)位電荷。測(cè)量由暴露光轉(zhuǎn)換器(106)在光積分期間(158)內(nèi)積累的電荷并在積累電荷的基礎(chǔ)上確定具有一定寬度(170)的脈沖(122)。
文檔編號(hào)G01J1/46GK1654934SQ20051005416
公開(kāi)日2005年8月17日 申請(qǐng)日期2000年1月11日 優(yōu)先權(quán)日1999年1月25日
發(fā)明者羅伯特·H·尼克松, 埃里克·R·佛薩姆, 約漢·H·貝什泰爾 申請(qǐng)人:金泰克斯公司
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