CN101910808A - 采用强度和方向检测的光传感器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于检测入射光强度和入射光的入射角的光传感器和光感测系统。所述光传感器包括：介电层；相对于介电层而耦合的多个光检测器；以及嵌入介电层内的多个不透明板条堆叠。介电层对入射光实质上透明。光检测器检测通过介电层的入射光。不透明板条堆叠近似与介电层和光检测器之间的界面平行。不透明板条堆叠在相邻的不透明板条堆叠之间限定了光孔径。至少一些不透明板条堆叠被布置为与其他不透明板条堆叠成非零角。

Description

采用强度和方向检测的光传感器

技术领域

本发明一般地涉及测量入射光束的强度和方向的半导体光传感器或光检测器。

背景技术

固定和便携式电子显示器经常包括针对观看质量和人机工程学性能来监控环境照明的功能。例如，传统的膝上型计算机、蜂窝电话以及其他电子设备包括环境光传感器，以确定环境光条件并将设备的显示屏的背光调节到所检测到的条件内舒适的水平。在不同应用中，显示器图像平面的取向以及在屏幕和反射器的空间内的适当定位也影响所感知的图像质量。在许多传统应用中，感测环境光的强度而不知道环境光的角分布，这不足以对显示设备进行适当控制以补偿环境照明条件。

为了测量环境光的强度和方向，传统的半导体光传感器使用诸如准直器或偏振器之类的外部组件来确定入射光源相对于光传感器的方向。在一些传统设备中，具有外部方向组件的光传感器用于基于参考光源的相对位置来进行校准。准直器与位置灵敏光检测器相结合用于采集与准直的光束在一个或多个电极中所产生的电荷量有关的信息。来自电极的信息用于得到光的入射方向。其他的传统设备实现了分布在球形(例如，半球形)表面上的光检测器，以基于哪些光检测器被入射光激活来检测入射光的方向。其他传统设备使用偏振滤光镜来唯一地使来自不同方向的光偏振，以基于检测到的偏振类型来检测入射光的方向。

发明内容

描述了一种光传感器和光感测系统。还描述了制造和使用光传感器和光感测系统的方法。

在一个实施例中，光传感器检测入射光的强度和入射光的入射角。光传感器的实施例包括介电层(或介电层的堆叠)、相对于介电层而耦合的多个光检测器、以及嵌入介电层内的多个不透明板条堆叠。介电层对入射光实质上透明。光检测器检测通过介电层的入射光。不透明板条堆叠与介电层与光检测器之间的界面近似平行。不透明板条堆叠在相邻的不透明板条堆叠之间限定了光孔径。将至少一些不透明板条堆叠布置为与其他不透明板条堆叠成非零角。还描述了光传感器的其他实施例。

光感测系统的实施例包括光传感器和耦合至光传感器的光信号处理器。光传感器包括介电层、多个光检测器以及多个不透明板条堆叠。不透明板条堆叠在相邻的不透明板条堆叠之间限定了光孔径。光信号处理器从至少一个光检测器接收光检测器信号，并基于与相应的光检测器检测到的入射光相关联的光检测器信号来计算入射光的强度。光信号处理器的实施例还计算入射光的方位角、入射光的入射角和/或入射光的其他特性。还描述了光感测系统的其他实施例。通过以下结合附图、对本发明原理进行示例说明的详细描述，本发明的其他方面和优点将变得清楚起来。

附图说明

图1示出了对于折射率为1.8的均匀电介质，作为入射角的函数的可见光光功率传输系数的图示。

图2示出了针对与标准CMOS技术的五金属相对应的电介质堆叠，在空气中波长范围为350nM到1100nM的光束的光功率传输系数的三维图示，所述光功率传输系数是入射角和波长的函数。

图3示出了针对结合图2所描述的光束和电介质堆叠的光功率传输系数的等值线图。

图4A示出了光传感器内的光学检测器的一个实施例的横截面图。

图4B示出了光传感器内的另一光学检测器的一个实施例的横截面图。

图5A-5D示出了方向光传感器的光学检测器的各种布置。

图6示出了光子通量密度矢量F的图示，所述光子通量密度矢量F与光检测器的平面(XY平面)相交。

图7示出了图4B的光学检测器的几何参数。

图8示出了光控系统的一个实施例的示意性框图。

图9示出了图8的光控系统的操作方法的一个实施例的示意性流程图。

图10示出了制造光传感器的方法的一个实施例的示意性流程图。

在整个说明书中，相似的参考数字可以用于标识相似的单元。

具体实施方式

在以下描述中，提供了各种实施例的特定细节。然而，一些实施例是可以采用这些特定细节中的一部分来实现的。在其他实例中，为了简明和清楚起见，仅以可以实现本发明的各实施例的详细程度来描述特定的方法、过程、组件、结构和/或功能。

尽管本文描述了多个实施例，然而至少一些所描述的实施例便于在没有外部光定向组件的情况下使用半导体技术来检测环境照明的强度和方向。光传感器的实施例将多个层集成到光检测器器件中，使得可以确定入射光的极角(倾角)和方位角(azimuth angle)(方位角(bearing angle))以及入射光的强度。应注意，尽管描述针对用于检测光的传感器，然而一些实施例可以检测可见光频谱之外的电磁辐射。因此，所谓光传感器或感测光通常被理解为可以包括可见光频谱之外的电磁辐射频率。

在一些实施例中，方向光传感器用于控制以下装置的角位置：电子显示器图像平面、反射镜、以及允许在给定的环境照明情况下增强图像质量感知的屏幕。此外，一些实施例使用检测到的入射光方向来控制照明的强度和方向或电子设备的亮度。其他实施例使用检测到的入射光方向来控制导光设备。光传感器的实施例包括嵌入器件的电介质(或介电层)中的不透明材料(如，金属或多晶硅)的板条(slat)。多个连续变窄、水平对齐的板条垂直堆叠在电介质内，最窄的板条在堆叠的顶部而最宽的板条在堆叠的底部(最靠近光检测器和基板)。板条堆叠沿着一条边沿垂直对齐(即，与基板的表面成直角)，从而形成不对称的楔形或锥形光学阻挡。这些阻挡的垂直对齐的边沿在下方的光检测器上产生的部分阴影使得可以确定没有沿着相邻的不透明板条堆叠之间所限定的狭缝或孔径而对齐的入射光的倾斜(相对于未受阻碍的波束或经由相邻板条堆叠之间的非对称孔径到达光检测器的波束部分)。具有两个彼此成非零角布置的这种光孔径集合使得可以确定入射光的倾斜和方位。一旦知道光的方向，就可以使用介电层的传递函数以传统方式确定光的强度。

因此，光传感器的实施例能够检测所感测的照明(辐射通量)的方向，以便得到以下信息：入射光通量的强度和方向。在半导体技术环境下，不透明层或板条用于根据光的入射方向来调制光(即，控制暴露于入射光束下的光检测器面积的比例)。不透明板条由位于透明电介质内相对于光传感器芯片的光检测器处于不同高度处的层制成。可以使用一种或多种算法来处理来自光检测器的信号，以便允许在测量入射光束的强度之外重构入射光束的倾角和方位角。此外，通过在半导体技术环境下实现光传感器，可以以单片的形式来制造包括光检测器和信号处理电子装置在内的光传感器。

尽管可以实现光传感器和光感测系统的不同实施例，然而至少一些实施例可以以使用诸如互补金属氧化物半导体(CMOS)技术之类的现有技术的光检测器来实现。此外，实现方式可以在没有诸如准直器和偏振器之类的外部组件的情况下工作，从而便于实现更小的封装和对空间的更有效利用。此外，实施例将通量和方向的感测集成到了单个封装中。以下更详细地描述光传感器和光感测系统、以及相应方法的其他实施例。

图1示出了对于折射率为1.8的均匀电介质，作为入射角的函数的可见光光功率传输系数的图示10。在一个实施例中，平行的光束入射在由对光透明的电介质制成的光传感器表面。电介质可以是折射率为1.8的非导电介质，而其他实施例可以使用具有不同折射率的介电层。折射光的倾斜入射传播方向由斯涅耳定律来限定：

n_airsin[θ_I＝nsin[θ]  (1)

其中，空气和介电层的折射率分别表示为n_air和n，入射光束和折射光束相对于入射表面法线的角度分别表示为θ_I和θ。如果光来自于空气，则图1示出了作为入射角的函数的、计算出的(针对两个偏振而组合的)透射功率。因此，在测量了位于介电层下方的光检测器处的入射光束角度的情况下，可以根据在介电层内部传播的光的辐射强度以及入射角，来恢复入射辐射强度。

图2示出了针对使用CMOS技术的五金属电介质堆叠，在空气中波长范围为350nM到1100nM的光束的光功率传输系数的三维图示20，所述光功率传输系数是入射角以及波长的函数。在一些实施例中，电介质堆叠用在作为技术环境的半导体技术中，以便于金属互连。由于在不同入射角针对特定波长而出现的类似Fabry-Perot谐振条件，电介质堆叠的光功率传输系数可以实质上依赖于波长。因此，图2提供了示例电介质堆叠中作为入射角以及入射光的波长的函数的光功率传输系数的角度依赖性的图示。

图3示出了针对结合图2所描述的光束和电介质堆叠的光功率传输系数的等值线图30。在一个实施例中，在85度入射角处，电介质堆叠对于感兴趣的所有频谱区域是几乎不透明的。然而，在不同的角度和特定波长处看到透明度相对较高的一些“岛”。对于函数F_I(λ)所描述的入射辐射谱，可以如下计算传输通量F：

$F\left({\mathrm{\θ}}_I\right)=\underset{{\mathrm{\λ}}_{\min }}{\overset{{\mathrm{\λ}}_{\max }}{\∫}}{F}_I\left(\mathrm{\λ}\right)T(\mathrm{\λ},{\mathrm{\θ}}_I)\mathrm{d\λ}---\left(2\right)$

其中，λ是入射光的波长。对于任何给定的入射光谱，传播的光强度是入射角θ_I的函数。还可以使用表达式1(并且忽略折射率对波长的无关紧要的依赖性)将传播的光强度表示为角θ的函数。在必要时，如果引入折射率对波长的依赖性，则可以更精确地表示角变换函数(表达式1)；对于所需的精确程度，对于任何电介质成分来说角θ是都是入射角θ_I的明确函数。然而，为了简明起见，假定由可见光谱(即，谱的形状由针对纯可见光的典型眼睛响应曲线来给出)来描述入射光谱。

图4A示出了光传感器内的光学检测器40的一个实施例的横截面图。通常，光学检测器40检测入射在光学检测器40上的光的强度和方向。所示出的光学检测器40包括基板42。光学检测器40还包括一个或多个光检测器44(例如，光电二极管)和介电层46。光检测器44相对于介电层46而耦合，例如，直接物理接触或通过中间物理材料来耦合。光检测器44检测通过介电层46的入射光。介电层46实质上对入射光透明。

此外，光学检测器40还包括由嵌入在介电层46内的不透明板条50组成的若干堆叠48。根据光学检测器40的制造工艺，不透明板条50可以由任何不透明材料制成。不透明板条50的一些示例材料包括金属和多晶硅化物(poly-silicide)。水平地、近似与介电层46和光检测器44之间的界面平行地定向不透明板条50的堆叠48。在一个实施例中，不透明板条50具有充分大于宽度维度的长度维度(在平面内)。板条的特定维度可以根据光检测器和介电层的实现方式而变化。作为一个示例，在四个金属层中形成的板条的宽度可以是3340nM、2490nM、1680nM和640nM(从堆叠底部的最宽板条到堆叠顶部的最窄板条)。在该示例中，底部板条之间的示例宽度是2700nM。在另一示例实施例中，四个金属层的宽度可以是3660nM、2810nM、2000nM和960nM，其中间隙也是2700nM。其他实施例可以针对板条使用不同的宽度和/或宽度比(或另一数目的板条)。此外，相邻堆叠底部板条之间的宽度可以是除了2700nM以外的另一宽度。在这些示例中，长度可以是几十或几百微米。在至少一些实施例中，长宽比是大约100。

因此，不透明板条50的配置类似于木板或直尺，但是其尺寸适于半导体制造。不透明板条50的堆叠48被布置为限定不透明板条50的相邻堆叠48之间的光孔径52。在给定形成堆叠48的不透明板条50的分层特性的情况下，光孔径52也可以称作多层孔径，所述多层孔径相对于光检测器44位于不同深度处。参考图4A，不透明板条50的五个堆叠48(以横截面图示出，每个堆叠48具有四个不透明板条50)限定了四个中间光孔径52。

在至少一些实施例中，堆叠48内的不透明板条50具有不同的横截面宽度。如图4A所示，每个堆叠48中的四个不透明板条50的宽度从最宽(在堆叠48的底部)到最窄(堆叠48的顶部)变化。尽管按照递减的宽度示出了堆叠48中的不透明板条50，然而其他实施例可以使用其他的宽度组合，此外可以按照另一顺序来布置不透明板条50。

在所示的实施例中，不透明板条50被布置为形成锥形堆叠48，所述锥形堆叠48在靠近光检测器44处最宽而在靠近介电层46的入射表面处最窄。备选地，可以利用一个或多个堆叠48来实现其他锥形样式。例如，实施例可以以在底部最窄而在顶部最宽的锥形的形式来实现堆叠48。另一示例实施例可以实现实质上非线性锥形，其中，各个板条50的边沿与非线性曲线或路径对齐。

此外，图4A所示的不透明板条50被不布置为限定具有非对称横截面的锥形堆叠48。具体地，板条50一侧的边沿近似与基板42的法线(即，垂直)方向对齐。然而，板条50另一侧的边沿与基板42的法线方向成非零角。作为一个示例，对于折射率1.8，所述非零角可以是大约33度，而其他实施例可以使用其他非零角。其他实施例可以实现非对称锥形堆叠48，其中，板条50两侧都与基板42的法线方向成非零角。

在一个实施例中，由不透明板条50的堆叠48限定的光孔径52与一个或多个光检测器44对齐。尽管可以实现各种类型的光检测器44，然而至少一些实施例实现了分段式光检测器。在一些实施例中，光检测器44可以是分光光检测器。其他实施例可以使用其他类型的光检测器。

图4B示出了光传感器内另一光学检测器54的一个实施例的横截面图。光学检测器54的组成部分实质上类似于光学检测器40。然而，不透明板条50的堆叠56被布置为限定光孔径58，所述光孔径58本质上是光学检测器40的光孔径52的镜像(即，反转图像)(堆叠56在另一侧上具有锥形边沿)。

图5A-5D示出了方向光传感器的光学检测器的各种布置。由于检测是有用的。具体地，图5A示出了具有两对光检测器44(第一对是X1和X2；第二对是Y1和Y2)的光学检测器60，其中光检测器44具有相应的不透明板条50的堆叠48(在平面图中被示为垂直和水平线)。每对光检测器44包括不透明板条50的平行堆叠48。然而，类似于图4A和4B所示的实现方式，每对中的不透明板条50的堆叠48是相反配置的。例如，与表示为X1的光检测器44相对应的不透明板条50在一个方向上非对称，如图4A所示；然而，与表示为X2的光检测器44相对应的不透明板条50在相反方向上非对称。类似地，与表示为Y1和Y2的光检测器44相对应的不透明板条50是平行的，但是使用相反的非对称堆叠。

应注意，使用多对光检测器44可以便于检测入射在光传感器上的光束的方向以及强度，只要其中两对或更多对具有非平行的(例如，正交的)光孔径52。例如，第一对光检测器44(X1和X2)具有平行光孔径52，与第二对光检测器44(Y1和Y2)的光孔径52正交。其他实施例可以使用不正交的非平行光孔径52，或者正交和非正交光孔径52的组合。例如，图5B使用三对六边形光检测器44的布置62，其中一对表示为1和2。作为另一示例，图5C使用两对矩形光检测器44的布置64，其中示例对也表示为1和2。作为另一示例，图5D使用与图5A相类似的布置66，不同之处在于重新定位了光检测器段对的位置。对于每对光检测器44或光检测器段，光孔径52的横截面的轮廓如图4所示并且如上所述。具体地，每对光检测器44或光检测器段使用具有镜像的或反转的、楔形形状的平行光孔径52。在这些实施例中的每个实施例中，不透明板条50的至少一些堆叠48被布置为与不透明板条50的其他堆叠48成非零角。此外，光检测器44被配置为检测沿着与相应光孔径52的长度方向不平行的路径入射的光。

图6示出了光子通量密度矢量F的图示70，所述光子通量密度矢量70与光检测器44的平面(XY平面)相交。在该图示70中，方位角表示为

，相对于检测器平面法线的入射角表示为θ。

如针对图6的X和Y方向所示的，为了完整表示矢量F，检测矢量F在感测方向上的至少两个投影。其他实施例可以使用多于两个感测方向(例如，采用多于两对的(检测器)段，它们具有与这些方向相对应的光孔径52或狭缝)，这使得可以检测发散通量剖面(profile)。

图7示出了图4B的光学检测器54的几何参数。多层孔径58的宽度在相对于光学检测器的正面(例如，芯片正面)的不同深度处变化。还应注意，不透明板条50的堆叠56使得可以根据入射光束的入射角在特定位置对光检测器44有效地投阴影。换言之，光学检测器54包括不透明板条50的至少一个堆叠56，所述至少一个堆叠56阻挡某一入射角的入射光到达与不透明板条50的相应堆叠54相邻的光检测器44。对于到达光检测器44的光，光检测器产生一个或多个相应的电信号或光电流。

在通过电介质堆叠46进行变换之后，平行光束入射与光检测器平面法线成角θ入射在光检测器44上。如上所述，位于介电层46中的不透明板条50在X和Y方向上呈现出正交或非平行的光孔径58的系统。在X和Y方向上进行感测的光检测器44中产生的光电流可以表示如下：

I_1x＝Lwcos[θ]F[θ]η         (3a)

I_1y＝Lwcos[θ]F[θ]η         (4a)

其中，L是置于每个光检测器前面的孔径中开口的总长度，F[θ]表示光子通量功率密度(入射角的函数)，η表示针对所考虑的谱区域的光检测器积分量子效率，

是检测器平面处入射方向的方位角，Tg表示正切函数。在一些实施例中，堆叠56的高度h以及光孔径58的宽度w被指定为允许检测到最大入射角θ_max的光。最大角度θ_max由限定均匀电介质中的全内反射的相同条件来确定。

$\sin \left[{\mathrm{\θ}}_{\max }\right]=\frac{1}{n}---\left(5\right)$

图7所示的传感器设计假定：

$\mathrm{Tg}\left[{\mathrm{\θ}}_{\max }\right]=\frac{w}{h}---\left(6\right)$

从上述等式中，如下所示根据四个检测到的信号得到方位角

：

上述几何参数L、w和h以及表达式3a、3b、4a、4b可以用于如下所示推导出入射角θ：

此外，可以使用表达式3a或4a来得到积分通量F。通过斯涅耳定律(或对电介质堆叠中的多个介电层依次应用斯涅耳定律)根据电介质中的入射角θ来推导出空气中的入射角θ_I。使用电介质堆叠的光功率传递函数，可以通过表达式2中描述的依赖性来恢复空气中的光密度。可以针对任何给定的光源谱形状(例如，针对纯可见光，使用典型眼睛响应曲线给定的形状)来实现这一点。通过使用允许从光检测器信号中提取可见辐射分量的信号处理器，可以使用所提出的原理来完全恢复入射光辐射通量。

上述光传感器的实施例使用多个检测元件来检测入射光束的方向。光传感器的实施例还使用比多准直系统简单的信号处理，并且可以使用更少的光传感器。此外，束方向的角分辨率取决于束的信噪比(SNR)和发散度。采用具有谱选择性能力的光检测器44，方向光传感器的实施例使得可以使用表达式2中所描述的光功率变换来实现源的谱恢复。

图8示出了光控系统90的一个实施例的示意性框图。尽管所示出的光控系统90包括本文所描述的若干功能块，然而光控系统90的其他实施例可以包括更少或更多的功能块以实现更多或更少的功能。

所示出的光控系统90包括光传感器92、光信号处理器94和存储器装置96。在一个实施例中，存储器装置96存储一种或多种算法98。备选地，光信号处理器94可以实现硬件或硬件与软件的组合，以实现与所描述的算法98等效的功能。此外，在一些实施例中，算法98中的一些或全部可以存储在光信号处理器94的存储器部分中或存储在耦合至光信号处理器94的另一设备中。在一个实施例中，光传感器92、光信号处理器94和存储器装置96实现在单个芯片100上。备选地，这些组件可以实现在分离的芯片或芯片的组合上。

在一个实施例中，光传感器92检测入射光。上述光传感器的任何实施例都可以用在光控系统90中。在一个实施例中，如上所述，光传感器92包括介电层46、多个光检测器44、以及不透明板条50的多个堆叠48。然而，在一些实施例中，光传感器92可以仅具有平行的光孔径52，而没有非平行的孔径52。备选地，光传感器92可以包括非平行的孔径52。

光信号处理器94耦合至光传感器92以从光传感器92的多个光检测器44中的至少一个光检测器接收光检测器信号(例如，光电流)。光信号处理器94还基于与相应光检测器44检测到的入射光相关联的光检测器信号，来计算入射光(如与光传感器92相邻的波状线所示)的强度。

对于包括正交或非平行光孔径52的光传感器92的实施例，光信号处理器94还基于来自多个光检测器44中的两个或更多个光检测器的光检测器信号，来计算入射光信号的方位角。此外，光信号处理器94基于来自多个光检测器44中的两个或更多个光检测器的光检测器信号，来计算入射光信号的入射角。此外，光信号处理器94可以基于方位角计算和入射角计算，来推导出入射光的强度。在一些实施例中，计算出的入射光强度表示介电层46外部的入射光的强度。类似地，计算出的入射角可以表示介电层46外部的入射光的入射角。

所示的光控系统90还包括电源102和光源104。光源104针对诸如膝上型计算机、移动电话、个人数字助理(PDA)、平视显示器或其他类型的设备之类的电子设备产生光。电源102耦合在光信号处理器94和光源104之间，以响应于光信号处理器94对入射光的计算来调节光源104的输出特性。例如，如果光信号处理器94经由光传感器92确定环境照明在阈值以上，则可以增大光源104的输出。备选地，如果光信号处理器94经由光传感器92确定环境照明在阈值以下，则可以减小光源104的输出。在其他实施例中，光信号处理器94可以以另一方式与光源104接口连接，以响应于来自光传感器92的信号来改变光源104的特性。例如，光信号处理器94可以机械地控制光源104的位置或取向。其他实施例可以便于对光源104的其他类型控制。

图9示出了图8的光控系统90的操作方法110的一个实施例的示意性流程图。尽管针对图8的光控系统90描述了图9的操作方法110，然而可以结合其他光控系统来实现其他实施例。

在方框112，光学检测器在光传感器92处接收入射光束。因此，如上所述，光检测器44基于到达光检测器44的光的量来产生光电流。在方框116，光信号处理器94例如使用上述等式，基于光电流来计算入射光束的方位角。在方框118，光信号处理器94还计算光传感器92的介电层46内入射光束的入射角。在一个实施例中，光信号处理器94基于光电流以及不透明板条50的堆叠48的几何参数来计算入射角。

在方框120，光信号处理器94还基于光电流来计算入射光束的积分通量。在方框122，光信号处理器94还计算空气中入射光束的入射角。如上所述，使用斯涅尔定律，基于电介质材料46中光束的入射角来计算空气中入射光束的入射角。在方框124，光信号处理器94还基于电介质材料46的光功率传递函数，来计算空气中入射光束的强度。然后所述方法110结束。然而，该方法的其他实施例可以实现其他操作以基于上述一个或多个计算值来调节光源104的特性。

图10示出了用于制造光传感器92的方法130的一个实施例的示意性流程图。尽管针对图8的光传感器92描述了图10的方法130，然而可以结合其他光传感器来实现其他实施例。

在方框132，在基板42上形成多个分段式光检测器44。然后，在方框134，形成介电层46，以与所述多个光检测器44界面连接。在方框136，将不透明板条50的多个堆叠48嵌入介电层46内。如上所述，堆叠48(还有堆叠56)在不透明板条50的相邻堆叠对之间限定了相应光孔径50(还有光孔径58)。在一些实施例中，与电介质堆叠的各个层相结合来形成不透明板条50。然后所述方法130结束。

在另一实施例中，方法130还包括布置不透明板条50的多个堆叠48，使得不透明板条50的至少一些堆叠48被定向为与不透明板条50的其他堆叠48平行，不透明板条50的另一些堆叠48被定位成与不透明板条50的平行堆叠48成非零角。此外，不透明板条50的每个堆叠48可以包括锥形堆叠48形式的多个不透明板条50，所述锥形堆叠48沿着相对于多个光检测器44的表面实质上垂直的方向远离所述多个光检测器44而变窄。此外，每个堆叠48内的每个不透明板条50可以具有与相同堆叠48内的其他不透明板条50不同的宽度，每个堆叠48的不透明板条50可以被布置为形成非对称锥形堆叠。

在另一实施例中，方法130还包括在单个芯片100上组合光传感器92和相关信号处理电路(例如，光信号处理器94)。光信号处理器94可以包括用于实现执行以下计算的算法的电路：计算入射光束的倾斜角、计算入射光束的方位角、以及计算入射光束的强度测量。此外，光信号处理器94可以包括用于实现执行以下计算的算法的电路：基于入射光的方向重构以及计算出的入射光束强度的传递函数，来计算入射光的积分通量以及入射光束的束频谱。光信号处理器94的其他实施例可以包括实现其他功能的其他电路。

尽管针对控制例如显示器监视器的亮度来描述了上述各实施例，然而可以实现其他实施例以便于对系统的其他方面进行控制。作为另一示例，一些实施例可以结合导光设备的操作来实现。

尽管描述并示出了本发明的特定实施例，然而本发明不限于本文所描述和示出的部件的特定形式或布置。本发明仅由权利要求来限制。

Claims (20)

1.一种用于检测入射光的强度和入射光的入射角的光传感器，所述光传感器包括：

介电层，其中所述介电层对入射光实质上透明；

相对于介电层而耦合的多个光检测器，所述光检测器检测通过介电层的入射光；以及

嵌入介电层内、与介电层和光检测器之间的界面近似平行的多个不透明板条堆叠，所述多个不透明板条堆叠在相邻的不透明板条堆叠之间限定光孔径，其中至少一些不透明板条堆叠被布置为与其他不透明板条堆叠成非零角。

2.根据权利要求0所述的光传感器，其中，所述多个不透明板条堆叠还包括：

实质上彼此平行的第一不透明板条堆叠对；以及

实质上彼此平行并且实质上与第一不透明板条堆叠对正交的第二不透明板条堆叠对。

3.根据权利要求0所述的光传感器，其中，至少一个不透明板条堆叠内的不透明板条具有不同宽度并且被布置为形成锥形堆叠，其中，锥形堆叠的横截面限定非对称锥形。

4.根据权利要求0所述的光传感器，其中，所述多个光检测器包括分段式光检测器，不透明板条堆叠所限定的光孔径与分段式光检测器对齐。

5.根据权利要求0所述的光传感器，其中，分段式光检测器包括分光光检测器。

6.根据权利要求0所述的光传感器，其中，不透明板条包括金属板条或多晶硅板条。

7.根据权利要求0所述的光传感器，其中，至少一个不透明板条堆叠被配置为阻止一定入射角的入射光到达与相应的不透明板条堆叠相邻的光检测器。

8.一种光感测系统，包括：

用于检测入射光的光传感器，所述光传感器包括：

介电层，其中所述介电层对入射光实质上透明；

相对于介电层而耦合的多个光检测器，所述光检测器检测通过介电层的入射光；以及

嵌入介电层内、与介电层和光检测器之间的界面近似平行的多个不透明板条堆叠，所述多个不透明板条堆叠在相邻的不透明板条堆叠之间限定光孔径，以及

耦合至光传感器的光信号处理器，所述光信号处理器从所述多个光检测器中的至少一个光检测器接收光检测器信号，并基于与相应的光检测器检测到的入射光相关联的光检测器信号来计算入射光的强度。

9.根据权利要求0所述的光感测系统，其中，至少一些不透明板条堆叠被布置为与其他不透明板条堆叠正交。

10.根据权利要求0所述的光感测系统，其中，光信号处理器还被配置为基于来自所述多个光检测器中的两个或更多个光检测器的光检测器信号，来计算入射光信号的方位角。

11.根据权利要求0所述的光感测系统，其中，光信号处理器还被配置为基于来自所述多个光检测器中的两个或更多个光检测器的光检测器信号，来计算入射光信号的入射角。

12.根据权利要求0所述的光感测系统，其中，光信号处理器还被配置为基于方位角计算和入射角计算，来推导出入射光的强度。

13.根据权利要求0所述的光感测系统，其中，计算出的入射光的强度表示介电层外部的入射光的强度，计算出的入射角表示介电层外部的入射光的入射角。

14.根据权利要求0所述的光感测系统，还包括：

光源，针对电子设备产生光；以及

电源，耦合在光信号处理器与光源之间，所述电源响应于光信号处理器对入射光的计算，来调节光源的输出特性。

15.根据权利要求0所述的光感测系统，还包括耦合至光信号处理器的存储装置，所述存储装置存储光信号处理器针对入射光而执行的计算的算法。

16.根据权利要求0所述的光感测系统，其中，在芯片上实现光传感器的电子组件，在相同的芯片上实现光信号处理器的电子组件。

17.一种制造光传感器的方法，所述方法包括：

在基板上形成多个分段式光检测器；

形成介电层以与所述多个分段式光检测器界面连接；以及

将多个不透明板条堆叠嵌入介电层内，以在相邻的不透明板条堆叠对之间限定相应的光孔径。

18.根据权利要求0所述的方法，还包括将所述多个不透明板条堆叠布置为使得至少一些不透明板条堆叠被定向为与其他不透明板条堆叠平行，而另一些不透明板条堆叠被定向为与平行的不透明板条堆叠成非零角，其中，

每个不透明板条堆叠包括锥形堆叠形式的多个不透明板条，所述锥形堆叠沿着相对于所述多个光检测器的表面实质上垂直的方向远离所述多个光检测器而变窄，

每个堆叠内的每个不透明板条具有与相同堆叠内的其他不透明板条不同的宽度，并且每个堆叠的不透明板条被布置为形成非对称锥形堆叠。

19.根据权利要求0所述的方法，还包括在单个芯片上组合光传感器和相关的信号处理电路，其中，所述相关的信号处理电路包括：

用于实现计算入射光束的倾斜角的算法的电路；

用于实现计算入射光的方位角的算法的电路；以及

用于实现计算入射光束的强度测量的算法的电路。

20.根据权利要求0所述的方法，其中，所述相关的信号处理电路还包括：

用于实现计算入射光束的积分通量的算法的电路；以及

用于实现基于入射光束的方向重构以及计算出的入射光束强度的传递函数来计算入射光束的束频谱的算法的电路。

Images