CN105431331A - 带部分不透明光学元件的光感应器 - Google Patents

带部分不透明光学元件的光感应器 Download PDF

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Abstract

提供一种车辆后视组件，包括：经配置安装到车辆上的外壳；置于外壳内、用于显示车外情景图像的后视元件；置于外壳内的光感应器组件；及接收光感应器的电信号及调节后视元件所显示的图像的亮度的控制器。光感应器组件包括：光感应器，用于输出代表射到光感应器光接收表面上的光的强度的电信号；第二光学元件，经配置用于接收光，其中光通过第二光学元件到达光感应器，第二光学元件包括基本上是中性色的着色材料，用于让通过它的光得以衰减。

Description

带部分不透明光学元件的光感应器
技术领域
本发明通常涉及光感应器，更具体地说，涉及车辆后视组件中使用的光感应器。
发明内容
根据一个实施例，提供一种车辆显示组件，包括：经配置安装到车辆上的外壳；置于外壳内、用于显示车外情景图像的显示元件；置于外壳内的光感应器组件；及接收光感应器的电信号及调节显示元件所显示的图像的亮度的控制器。光感应器包括：光感应器，用于输出代表射到光感应器光接收表面上的光的强度的电信号；第二光学元件，经配置用于接收光，其中光通过第二光学元件到达光感应器，第二光学元件包括基本上是中性色的着色材料，用于让通过它的光得以衰减。
根据另一个实施例，提供一种车辆后视组件，包括：经配置安装到车辆上的外壳；置于外壳内、用于显示车后情景图像的后视元件；置于外壳内的光感应器组件，该光感应器组件包括：光感应器，用于输出代表射到光感应器光接收表面上的光的强度的电信号；第二光学元件，经配置用于接收光，其中光通过第二光学元件到达光感应器，第二光学元件包括基本上是中性色的着色材料，用于让通过它的光得以衰减；及接收光感应器的电信号及调节后视元件所显示的图像的亮度的控制器。
通过参考下列的说明书、权利要求和附图，本发明的这些和其他特征、优点和目的将被本领域的技术人员进一步理解和掌握。
附图说明
图中：
图1是本发明光学元件实施例可能实施的光感应器的方框示意电路图；
图2是图1电路操作的定时图；
图3是根据原先的一种传统架构而绘制的显示带噪声补偿的光转脉冲电路的方框示意电路图；
图4是显示图3中的光感应器的操作的定时图；
图5是显示图3中的光感应器的实施示意图，其中采用光电二极管作为光转换器；
图6是可以实施本发明光学元件的光感应器光转脉冲电路的方框示意电路图；
图7是图6中所示的光转脉冲电路中可以使用的单触发逻辑电路的方框示意电路图；
图8是图6中所示的光转脉冲电路中可以使用的带隙电压基准块的方框示意电路图；
图9是可以包含本发明光感应器的车辆后视镜的示意图；
图10是使用本发明光感应器的光电镜的方框图；
图11是可以用于实施本发明中的光学元件的替代光感应器组件的方框示意电路图；
图12是包含至少一个此处所述光感应器的后视组件的后透视图；及
图13是四个光感应器的光电灵敏度和波长的关系图。
具体实施方式
现将详细参考本发明的优选实施例，优选实施例的示例在附图中示出。在可能的情况下，相同参考数字标号将在整个附图中用于指向相同或类似的零件。在附图中，为了强调和便于理解，所绘出的结构构件未按比例绘制并且某些部件相对于其他部件被放大。
此处描述的实施例是对普通转让的美国专利No.6,359,274中公开的光感应器的改进。美国专利No.6,359,274中公开的光电二极管光感应器如图1所示，包括光感应器48和对感应器响应的控制逻辑电路56，控制逻辑电路通过传输积分控制和感应器输出的单线互连。光感应器48包括带窗户102的外壳100，允许光104射到暴露的光转换器106上。外壳100有一个电源引脚108、接地引脚110和信号引脚112。
光感应器48通过光感应器48中的信号引脚112和控制逻辑56中的信号引脚116之间的互连信号114与控制逻辑56连接。信号引脚112、116是三态端口，允许互连信号114向光感应器48提供输入和提供光感应器48的输出。控制逻辑56可以包括连接在信号引脚116和地面之间的FETQ1。FETQ1通过与Q1基极连接的控制线118控制。缓冲器120也与信号引脚116连接。
在光感应器48内，在信号引脚112和地面之间连接FETQ2。FETQ2由与Q2栅极连接的输出脉冲122控制。恒定电源124与信号引脚112连接，从而如果Q1或Q2都不打开的话，互连信号114被拉得很高。恒定电源124名义上提供大约0.5mA，以便上拉互连信号114。施密特触发逆变器126的输入与信号引脚112连接。施密特触发逆变器126的后面紧跟串联的逆变器128和130。逆变器130的输出为D触发器132计时。倍增器134的输出与触发器132的D输入连接。倍增器134的选择输入由输出脉冲122所驱动，从而当输出脉冲122被设定有效时，触发器134的D输入被解除有效；当输出脉冲122被解除有效时，触发器134的D输入被设定有效。与非门136的输出与触发器132的低设定有效复位138相连接。触发器132的输出是积分脉冲140。积分脉冲140和逆变器128的输出都是与非门136的输入。光转脉冲电路142接收积分脉冲140和暴露光转换器106的输出，产生输出脉冲122。下面将参照图3-5对光转脉冲电路142的几种公开配置中的两种配置进行描述。
光感应器48可以包括不接收光104的屏蔽光转换器144。光转脉冲电路142利用屏蔽光转换器144的输出来降低暴露光转换器106中的噪声的影响。
现在参考图2，图中示出了图1中的电路的操作的定时图。一开始，低设定有效互连信号114很高。触发器132的状态必须是零，因为，如果状态是1，与非门136的两个输入都将很高，使复位138被设定有效并迫使触发器132的状态归零。
在时间150，控制逻辑56使控制线118被设定有效，打开晶体管Q1。然后，在时间152，互连信号114被拉低。在时间154时，逆变器130的输出从低向高转变，让触发器132的状态被设置为1，使积分脉冲140被设定有效。光转脉冲电路142开始对射在暴露光转换器106上的光104进行积分。在时间156时，控制线118被带到较低，将晶体管Q1关闭。时间156和时间150之差是控制逻辑56所需的积分周期158。在时间160时，由于Q1和Q2都关闭，互连信号114被电源124拉高。在时间162时，由于逆变器128的输出和积分脉冲140都很高，复位138被设定有效，导致触发器132的状态变为零，积分脉冲140变为被解除有效。这就提示光转脉冲电路142停止对射在暴露光转换器106上的光104进行积分。
在时间164时，光转脉冲电路142使输出脉冲122被设定有效，从而开始输出光强度信息。在时间166时，输出脉冲122被设定有效，使得晶体管Q2打开，将互连信号114拉低。这导致逆变器130输出一个从低至高的转变，将触发器132的状态计为零。在时间168时，光转脉冲电路142使输出脉冲122被解除有效。时间168和时间164之差是光强度周期170，该周期表明积分周期158内射到暴露光转换器106上的光104的数量。在时间168时，当输出脉冲122较低时，晶体管Q2关闭。在时间172时，由于晶体管Q1和Q2都关闭，互连信号114被拉高。在时间166和172时，调光逻辑56中的缓冲器120检测互连信号114的转变。时间172和时间166之差被调光逻辑56用于确定光感应器48接收的光104的强度。
如果在光感应器48中包括屏蔽光转换器144，则在时间162时积分脉冲140被解除有效和在时间164时输出脉冲122被设定有效之间的时间差部分地是由光感应器48中的热噪声所引起的。这种时间差以热噪声周期174表示。热噪声周期174可被调光逻辑56用于确定光感应器48的温度，或只是用于确定感应器48的噪声水平是否太高因而无法得到可靠的读数。下面参考图3，对光感应器48利用屏蔽光转换器144的输出产生用于指示光感应器48的热噪声水平的输出脉冲122的能力进行说明。
现在参考图3，图3是显示具有脉冲输出的光感应器的操作的示意图。光转脉冲电路142包括暴露光转换器106，及屏蔽光转换器144和相关电子设备；暴露光转换器106将射在其上的光104转化为光储存电容器304中积聚的电荷(以CSL表示)。暴露光转换器106可以是能够将光104转化为电荷的任何设备，例如，美国专利No.5,471,515中描述的光栅感应器。光转换器106优选是光电二极管，例如，下面参考图5描述的光电二极管。除非另有说明，下述讨论并不依赖于暴露光转换器106的特定类型或结构。
光转脉冲电路142在感应器逻辑306的控制下操作。感应器逻辑306产生一个复位信号308，它控制连接在暴露光转换器输出312和VDD之间的开关310。感应器逻辑306还产生一个样本信号314，它控制暴露光转换器输出312和光储存电容器304之间的开关316。通过光储存电容器304的电压，即光储存电容器电压318，被馈入到比较器320的一个输入中。比较器320的另一个输入是斜坡电容器324的斜坡电压322。斜坡电容器324与产生电流IR的电源326并联。感应器逻辑306进一步产生斜坡控制信号328，控制连接在斜坡电压322和VDD之间的开关330。比较器320根据光储存电容器电压318和斜坡电压322的相对水平，产生比较器输出332。正如下面参考图4所述，根据内部产生的计时或外部产生的积分脉冲140，感应器逻辑306可以产生复位信号308、样本信号314及斜坡控制信号330。
屏蔽光转换器144的结构可以与暴露光转换器106的结构相同。但是，屏蔽光转换器144并不接收光104。因此，屏蔽光转换器144所产生的电荷仅仅是噪声的函数。这种噪声本质上主要是热。如果屏蔽光转换器144的结构与暴露光转换器106的结构相同，屏蔽光转换器144所产生的噪声信号将非常接近暴露光转换器106所产生的信号中的噪声。通过从暴露光转换器106所产生的信号中减去屏蔽光转换器144所产生的信号，可以大幅降低光转换器106中的噪声的影响。
复位信号308控制连接在屏蔽转换器输出384和VDD之间的开关382。样本信号314控制连接在屏蔽转换器输出384和噪声储存电容器388(以CSN表示)之间的开关386。通过噪声储存电容器388的电压(即噪声储存电容器电压390)是比较器392的一个输入。比较器392的第二个输入是斜坡电压322。比较器392的输出、噪声比较器输出394以及比较器输出332作为对于异或门396的输入。异或门396产生与指示光104的强度的输出脉冲122相对应的异或输出398。
现在参考图4，该图为示出了图3中的光转脉冲电路142的操作的定时图。测量周期从时间340开始，此时，样本信号314被设定有效，同时复位信号308被设定有效。开关310和316都关闭，将光储存电容器304充至VDD，正如以光储存电容器电压318的电压水平342表示的那样。同样，开关382和386都关闭，将噪声储存电容器388充电至VDD，正如以噪声储存电容器电压390的电压水平410表示的那样。在时间344时，打开开关310，开始积分周期346，复位信号308被解除有效。在积分周期346期间，光104射到暴露光转换器106上，产生负电荷，导致光储存电容器电压318出现电压下降348。复位信号308被解除有效还让开关382打开，由于噪声，屏蔽光转换器144产生电荷，导致噪声储存电容器电压390出现电压下降412。在时间350，斜坡控制信号328被设定有效，关闭开关330，给斜坡电容器324充电，从而斜坡电压322是VDD，正如电压水平352所示。在时间354时，样本信号314被解除有效，导致开关316和386打开，从而结束积分周期346。在时间354之后、下一测量周期之前的某一时间356，复位信号308被设定有效，关闭开关310和382。在时间358，斜坡控制信号328被解除有效，打开开关330。这导致斜坡电容器324以恒定速率通过目前电源326放电，正如斜坡电压322中的下降电压360所指示的那样。一开始，正如电压水平362所指示的那样，由于斜坡电压322大于光储存电容器电压318，光比较器输出332被解除有效。此外，一开始，正如电压水平414所指示的那样，由于斜坡电压322大于噪声储存电容器电压390，噪声比较器输出394被解除有效。由于光比较器输出332也被解除有效，因此，正如电压水平416所指示的那样，异或门396的输出398被解除有效。在时间418时，斜坡电压322下降到噪声储存电容器电压390水平以下，导致噪声比较器输出394被设定有效。由于噪声比较器输出394和光比较器输出332不同，异或门396的输出398被设定有效。在时间364时，斜坡电压322下降到光储存电容器电压318水平以下，导致光比较器输出332被设定有效。由于噪声比较器输出394和光比较器输出332现在都处于被设定有效状态，异或门396的输出398现在变为被解除有效。时间364和时间418之差(即输出脉冲持续时间420)的时间周期与在积分周期346内射到暴露光转换器106上的光104的强度和由屏蔽光转换器144所产生的噪声之差成比例。时间418和时间358之间的持续时间，即噪声持续时间422，与在积分周期346内屏蔽光转换器144所产生的噪声量成正比。由于大多数这种噪声是热噪声，因此，噪声持续时间422指示屏蔽光转换器144的温度。比较器输出332和394都保持在被设定有效状态，直到在时间366，斜坡控制信号328被设定有效，关闭开关330，将斜坡电压322拉到VDD。
现在参考图5，图中示出了图1光转脉冲电路142和光感应器48的第二实施示意图，其中采用光电二极管作为光转换器。光转脉冲电路142是这样实施的：暴露光转换器106采用暴露光电二极管430，屏蔽光转换器144采用屏蔽光电二极管432。暴露光电二极管430的阳极与地面连接，阴极通过晶体管Q20与VDD连接。晶体管Q20的基极由复位信号308控制。因此，晶体管Q20作为开关310而起作用。晶体管Q21和Q22在VDD和地面之间串联连接，形成缓冲器，通常以434表示。晶体管Q21的基极与暴露光电二极管430的阴极连接。负载晶体管Q22的基极与固定电压VB连接。缓冲器434的输出通过晶体管Q23与光储存电容器304连接。晶体管Q23的基极由样本信号314驱动，使晶体管Q23充当开关316。屏蔽光电二极管432的阳极与地面连接，阴极通过晶体管Q24与VDD连接。晶体管Q24的基极由复位信号308驱动，使晶体管Q24充当开关382。晶体管Q25和Q26形成缓冲器，通常以436表示，按照缓冲器434隔离暴露光电二极管430的相同方式，将输出与屏蔽光电二极管432隔离。晶体管Q27将缓冲器436的输出与噪声储存电容器388连接。晶体管Q27的基极由样本信号314驱动，使晶体管Q27充当开关386。一般说来，光储存电容器304和噪声储存电容器388都是2pF。斜坡电容器324通常是10pF，通过晶体管Q28充到VDD。晶体管Q28的基极由斜坡控制信号328驱动，使晶体管Q28充当开关330。当晶体管Q28关闭时，斜坡电容器324通过电源326以大致恒定的0.1μA电流IR放电。
通过包括电路，在斜坡电压322下降到预定电压以下时抑制输出，改善了感应器通电响应和扩展了有效动态范围。光转脉冲电路142包括将斜坡电压322与初始化电压(VINIT)440进行比较的比较器438。通过与门444，比较器输出442与异或输出398结合，产生与输出脉冲122对应的与门输出446。在操作期间，如果斜坡电压322小于初始化电压440，输出446被解除有效。比较器438及与门444的使用保证了在通电后，无论光转脉冲电路142的状态如何，输出446都不会被设定有效。初始化电压优选是0.45V。
感应器逻辑306根据可能由内部产生的或由外部来源提供的积分脉冲140，产生控制信号308、314、328。缓冲器447接收积分脉冲140并产生样本控制314。一组按顺序连接的奇数数量的逆变器，通常以逆变器组448表示，接收样本控制314并产生复位控制308。第二组按顺序连接的奇数数量的逆变器，通常以逆变器组449表示，接收复位信号308并产生斜坡控制信号328。
因此，上述光感应器包括将入射光转换为电荷的光转换器。这种电荷在积分周期内被收集，产生电势，电势被感应器转换为离散输出。通过改变积分周期，感应器的灵敏度范围可以动态地变化。
正如下文详细所述，第一配置在几个方面对上述光感应器进行了改进。第一，通过在感应器的输入/输出(I/O)引脚处使用低通滤波器，改进的光感应器可以提供更好的噪声性能和抗电磁干扰(EMI)性能。第二，改进的光感应器确保总是有某一长度的输出脉冲，通过在其输出处使用单触发逻辑电路代替图3和图5中所示的现有技术光感应器中的异或门396，从而对任何外部电路来说，感应器都不会是一个坏感应器。第三，改进的感应器提供双电压操作能力，从而在3.3V或5VVDDA操作。第四，改进感应器的静态能力得到改善。第五，通过使用不同形式的电压调节器，改进的感应器在电源波动时可以提供更大的输出稳定性。
图6示出了一个改进的光转脉冲电路1142，包括以暴露光电二极管1430形式示出的暴露光转换器及以屏蔽光电二极管1432形式示出的屏蔽光转换器。如下文进一步所述，光电二极管1430和1432可分别具有一体式防晕光门1006和1008，接收由电压基准块1004所提供的防晕光电压VAB。同样，光电二极管1430和1432可以分别具有一体式传输门1010和1012，接收也是由电压基准块1004所提供的传输电压VTX。在上文引用的美国专利6,359,274及其附图25和26中对防晕光门1006和1008及传输门1010和1012的功能进行了进一步的说明。
光转脉冲电路1142进一步包括与输入/输出(I/O)缓冲器1002连接的感应器控制块1306，其进而与I/O输入引脚1112连接，在其上面，I/O信号1114作为输入和输出而传播。感应器控制块1306接收来自I/O缓冲器1002的积分脉冲1140，按照上文图3-5中讨论感应器逻辑306时类似的方式，通过产生复位信号1308、样本信号1314及斜坡控制信号1328进行响应。
暴露光电二极管1430的阴极通过传输门1010及从感应器控制块1306接收复位信号1308的开关1310与电压VDDA连接。例如，将一个电容为200fF的电容器1014与暴露光电二极管1430并联。源极跟随器1434的输入与暴露光电二极管1430的阴极连接，并作为与图5中的缓冲器434类似的缓冲器。源极跟随器1434的输出与接收和响应样本信号1314的开关1316连接。开关1316选择性地将暴露光电二极管1430的缓冲输出与电容为例如6.5pF的光储存电容器1304相连接。通过光储存电容器1304的电压(Vsignal)被供应给比较器1320，下面将对该比较器进行进一步描述。
屏蔽光电二极管1432的阴极通过传输门1012及从感应器控制块1306接收复位信号1308的开关1382与电压VDDA相连接。例如，将一个电容为200fF的电容器1016与屏蔽光电二极管1432并联。源极跟随器1436的输入与屏蔽光电二极管1432的阴极连接，并作为与图5缓冲器436类似的缓冲器。源极跟随器1436的输出与接收和响应样本信号1314的开关1386连接。开关1386选择性地将屏蔽光电二极管1432的缓冲输出与电容为例如6.5pF的噪声储存电容器1388进行连接。通过噪声储存电容器1388的电压(Vdark)被供应给比较器1392，下面将对该比较器进行进一步描述。
光转脉冲电路1142进一步包括斜坡储存电容器1324，该斜坡储存电容器被选择性地充电至电压VRAMP或被允许通过由斜坡控制信号1328控制的开关1330来进行放电，斜坡控制信号由感应器控制块1306供应。通过斜坡储存电容器1324的电压(Vramp)被在其门处接收信号VBIAS的偏置晶体管1030偏置。VBIAS由带隙电压基准块1004供应。Vramp被供应给比较器1438和比较器1320和1392。比较器1438将Vramp与VLIMIT进行比较，其由带隙电压基准块1004所供应，并将输出供应到与门1444，其方式与比较器438将RAMP和VINT进行比较及向图5中的与门444供应输出的方式相类似。比较器1320将Vsignal与Vramp进行比较，比较器1392将Vdark与Vramp进行比较，它们的比较方式与图3和图5中的比较器320和392的比较方式非常类似。实际上，光转脉冲电路1142部件的一般操作方式与图3-5中描述的光转脉冲电路142类似，因此，对于光转脉冲电路1142的部分的已经描述过的操作不再进行描述。
光转脉冲电路1142在几个方面与光转脉冲电路142不同。第一，光转脉冲电路1142包括在I/O缓冲器1002处提供且连接在输入线和地面之间的电容器1022。电容器1022可满足多种作目的。第一个目的是隔离静电。因此，可以选择电容器1022的电容，从而使光感应器组件的静电保护等级至少是2kV。这样的电容可以是，例如，150pF。相对于静电保护等级为500V并因此对静电敏感得多的现有技术的光感应器来说，这一点是一种大幅改进。
电容器1022的第二个目的是与I/O缓冲器1002中已经存在的电阻1026形成输入滤波器1024。电阻是大约100欧姆。因此，加入上述小电容的电容器1022可以建立低通输入滤波器1024。这种低通输入滤波器1024阻止了会破坏感应器电路操作的电磁干扰(EMI)。现有技术的光感应器在频率900MHz时对EMI很敏感，而该频率是移动电话所使用的。因此，当在光感应器附近使用移动电话时，现有技术的光感应器有时会停止正常工作。输入滤波器1024隔绝了这种EMI，并通过了汽车生产商的最严格的EMI测试要求。
光转脉冲电路1142与光转脉冲电路142的另一个区别是其包括单触发逻辑电路1020，用于代替异或门396。单触发逻辑电路1020提供了改进，因为异或门396有时候由于漏电流的原因而并不输出脉冲，这可能导致对感应器故障的不正确的认定，因为之前认为如果没有返回脉冲的话，则感应器就出现故障。此外，采用异或门396，当光水平开始时非常低但在其后增加时，输出脉冲将变得更小、消失，然后再回来。这是因为在如此低的初始光水平时，在噪声储存电容器电压390超过斜坡电压322之前，光储存电容器电压318超过斜坡电压322，从而导致负读数，仍然可能产生无法与正读数区分的脉冲(参考图4)。然后，随着光水平的增加，光储存电容器电压318和噪声储存电容器电压390超过斜坡电压322的点如此接近，以致不产生任何输出脉冲。单触发逻辑电路1020通过产生输出脉冲1122，最大程度地减少了这种情况的发生。这是因为，当Vdark或Vsignal超过Vramp或Vdark和Vsignal都超过Vramp时，单触发逻辑电路1020同与门1444一起总是提供已知长度的输出脉冲。因此，如果Vdark和Vsignal一起都超过Vramp，单触发逻辑电路1020同与门1444合作，输出一个输出脉冲1122，该脉冲在引脚1112上将信号1114拉低。
可用于实施单触发逻辑电路1020的电路实例如图7所示。单触发逻辑电路1020可包括一个与门1040，该与门的一个输入接收比较器1392(图6)的输出，另一个输入接收比较器1320的反相输出。单触发逻辑电路1020可进一步包括第一或门1042，该或门在一个输入处接收比较器1392的输出，在另一个输入处接收比较器1320的输出。与门1040的输出提供给第二或门1044的输入，第二或门的输出提供给图6中的与门1444。第一或门1042的输出被提供给D触发器(DFF)1046的时钟(CLK)输入端。DFF1046的输出(Q)被提供给第二或门1044的另一个输入。
如图7所示，DFF1046包括复位(RST)端，下文所述的电路的输出被提供给该复位端。提供一个电容器1050，当开关1052为响应DFF1046的输出而被关闭时，该电容器被选择性地充至由图6的带隙电压基准电路1004所提供的基准电压V_OS_HI。偏置晶体管1054与电容器1050并联，所得电容器1050的电压被馈入到比较器1048，在此将该电压与也由带隙电压基准电路1004提供的基准电压V_OS_LO进行比较。比较器1048的输出在供应给DFF1046的RST端之前，由逆变器1056和1058反转两次。
图1-5的光感应器设计对由电力输入线路上的静态波动与/或有源噪声所引起的VDD波动非常敏感。事实上，VDD静态波动+/-10％会导致高达80％的输出变化。此外，当由未经过充分滤波的开关电源供电时，VDD存在导致平均输出不准确的波动。因本身波动的VDD而发生的大多数不准确性和波动被用于得出由光感应器电路所使用的各种基准电压。此外，如果光感应器刚好在5V进行校正，后面VDD相对稳定，但是其数值却是4.5V，则该感应器的校正不再有效。
为了解决这些问题，光到电压(light-to-voltage)转换电路1142包括一个带隙电压基准块1004；不管电压供应的稳定性如何，该带隙电压基准块都提供稳定的基准电压(VTX、VAB、V_OS_HI、V_OS_LO、VBIAS)。当使用带隙电压基准块1004时，VDD静态波动+/-10％仅导致大约2％的输出变化。因此，在出现静态波动时，光感应器要稳定得多。由于带隙电压基准块1004受这种供应电压变化的影响要小得多，因此，可以使用价格更便宜的可能存在这种供应电压的开关电源供应。
此外，带隙电压基准块1004可以经配置在3.3V供应电压VDDA上进行操作，但可以耐受高达5V的电压，同时仍然能够提供稳定的基准电压。因此，带隙电压基准块1004接收来自供应电压水平在大约3.3V至大约5.0V的电源提供的功率，为光转脉冲电路产生一组在整个供应电压水平范围内的稳定基准电压。通过这种方式，光感应器能够在双操作电压3.3V和5V的条件下进行操作。
图8示出了可用作带隙电压基准块1004的电路的某些部分的实例。一般说来，电路利用带隙提供的偏压电压来产生恒定电流。恒定电流通过电阻梯馈入，用于产生电压。与供应无关的电压，如VTX、VAB、V_OS_HI、V_OS_LO和VBIAS通过PMOS梯进行接地参考(referencedtoground)。与供应相关的电(如VLIMIT)可以通过电阻梯来参照到VDDA。可以通过将VDDA通过源极跟随器来产生基准VRAMP，该源极跟随器与用于读取光电二极管1430和1432输出的源极跟随器1434和1436类似。
更具体地请看图8，带隙电压基准电路1004可以包括带隙电路1500，向带隙电压基准电路1004的各个支路提供来源于带隙的偏压电压VBG、VSP、VBP、VBN_CONST、VBP_CONST和VCP_CONST。在示出的带隙电压基准电路1004的部分中，示出了4个支路，其中第一支路用于得到VRAMP，第二支路用于得到VLIMIT，第三支路用于得到VTX、VAB、V_OS_HI和V_OS_LO，第四支路用于产生VBIAS。
第一支路包括配备第一晶体管1504的源极跟随器1502，第一晶体管的源极与VDDA连接，还与其栅极连接。源极跟随器1502进一步包括第二晶体管1506，第二晶体管有一个与第一晶体管1504的漏极连接的源极，一个连接用于从带隙电路1500接收VBN_CONST的栅极，及一个与地面连接的漏极。源极跟随器1502产生一个恒定电流I_CONST3，晶体管1504和1506之间的分接头供应基准电压VRAMP，该电压由带隙电压基准电路1004提供给图6中的开关1330。
第二支路包括电阻梯，电阻梯由在VDDA和晶体管1512源极之间串联连接的多个电阻器15101-1510n组成，该晶体管具有一个与地面连接的漏极及一个与带隙电路1500连接、用于接收电压VBN_CONST的栅极。第二支路产生恒定电流I_CONST1，从而电阻之间的分接头供应基准电压VLIMIT，基准电压VLIMIT由带隙电压基准电路1004提供给图6中的比较器1438的输入。如上文所述，VLIMIT是与供应有关的电压。VLIMIT被选择用于与图6中所示的光电二极管1430预期看到的最高积分电荷的电压相对应。
第三支路提供与供应无关的电压，包括第一PMOS晶体管1520和第二PMOS晶体管，第一PMOS晶体管具有与VDDA连接的源极，与带隙电路1500连接、用于接收电压VBP_CONST的栅极，第二PMOS晶体管1522具有与第一PMOS晶体管1522漏极连接的源极，与带隙电路1500连接、用于接收电压VCP_CONST的栅极，及与电阻梯连接的漏极，电阻梯包括在第二PMOS晶体管1522的漏极和地面之间并联的多个电阻15251-1525n。第三支路产生流过电阻梯的恒定电流I_CONST1。在电阻之间的不同点提供多个分接头，用于供应：基准电压VTX，该电压从带隙电压基准电路1004提供给图6中的开关1010和1012；基准电压VAB，该电压从带隙电压基准电路1004提供给开关1006和1008；及基准电压V_OS_HI和V_OS_LO，这两个电压从带隙电压基准电路1004提供给图6和图7中的单触发逻辑电路。
第四支路包括第一晶体管1532、第二晶体管1534、第三晶体管1536、第四晶体管1538、第五晶体管1540、第六晶体管1546、第七晶体管1548、第八晶体管1550及电阻1542。第一晶体管1532和第三晶体管1536的源极均与VDDA连接，它们的栅极连接到一起，它们的漏极分别与第二晶体管1534的源极和第四晶体管1538的源极连接。第二晶体管1534的栅极和第四晶体管1538的栅极连接在一起。第二晶体管1534的漏极与第一晶体管1532的栅极及第三晶体管1536的栅极连接，并且还与第五晶体管1540的源极连接。第五晶体管1540的栅极与带隙电路1500连接，从而接收电压VBG。第五晶体管1540的漏极通过电阻1542与地面连接。第六晶体管1546的源极与VDDA连接，栅极与带隙电路1500连接，从而接收电压VBP，漏极与第七晶体管1548的源极连接。第七晶体管1548的栅极与带隙电路1500连接，从而接收电压VCP，漏极与第八晶体管1550的源极和栅极连接。第八晶体管1550的源极和栅极还与第四晶体管1538的漏极连接。第八晶体管1550的漏极与地面连接。第四支路包括位于第七晶体管1548的漏极和第八晶体管1550的源极之间的分接头，供应基准电压VBIAS，该电压从带隙电压基准电路1004供应给图6中晶体管1030的栅极。流过第六至第八晶体管的电流与温度无关。
上文所述的光感应器的实际组件可以采用美国专利No.7,543,946中描述的任何形式，该专利通过引用而全文并入到本发明中。
现在参考图9，图中示出了可以包含本发明光感应器的车辆后视镜示意图。车辆20由驾车人22驾驶。驾车人22利用内后视镜24和一个或多个外后视镜26观察后方场景，通常以28表示。在大多数时间内，驾车人22通过挡风玻璃30向前看。因此，驾车人22的眼睛调节到通常来自前方的环境光32。后方场景28中相对明亮的光源可能产生可以从镜子24、26反射的光，使驾车人22暂时出现视力障碍、分散或目眩。这种相对强的光被称为眩光34。
为了降低眩光34对驾车人22的影响，可以减少镜24、26的反射。在自动调光镜之前，内后视镜24可能包含可由驾车人22手动切换的棱镜反射元件。自动调光镜包括适用于眩光34，及通常适用于环境光32的光感应器，并响应眩光34的水平，调节一面或多面镜子24、26的光水平。
现在，参考图10，图中示出了光电镜元件配置的方框图。通常以40表示的调光元件包括可变透射元件42和反射表面44。对调光元件40进行定位，从而通过可变透射元件42察看反射表面44。调光元件40响应调光元件控制信号46，显示变化的光反射。对环境光感应器48进行定位，用于通常从车辆20前面接收环境光32。环境光感应器48产生离散的环境光信号50，指示环境光积分周期内射到环境光感应器48上的环境光32的数量。对眩光感应器52进行定位，用于检测通常来自车辆20后面的眩光34，可任选对其进行定位，从而通过可变透射元件42观察眩光34。眩光感应器52产生离散眩光信号54，指示眩光积分周期内射在眩光感应器52上的眩光34的数量。调光/亮度控制逻辑56接收环境光信号50并测定环境光的水平。调光/亮度控制逻辑56根据环境光32的水平测定眩光积分周期。调光/亮度控制逻辑56接收眩光信号54和测定眩光34的水平。调光逻辑56输出调光元件控制信号46，设置调光元件40的反射，降低驾车人22感知的眩光34的影响。
眩光感应器52或环境光感应器48或它们两者都包含将入射光转换为电荷的光转换器。这种电荷在积分周期内被收集，产生电势，电势被感应器48、52转换为离散输出。参考上文图6-8，对光感应器48、52的配置进行说明。
基于硅的感应器存在的一个难题是硅和人眼之间不同的光谱灵敏度。可在环境光感应器48的前面或在环境光感应器48内放置环境光滤光镜58。同样，可在眩光感应器52的前面或在眩光感应器52内放置眩光滤光镜60。滤光镜58、60对可能包括可见光、红外光和紫外辐射的某些光谱部分得以衰减，从而光感应器48、52结合感应器48、52内的光转换器的频率响应，更接近人眼的响应及对车窗(如挡风玻璃30)的色彩的影像进行补偿。或者，正如下文将进一步讨论的那样，滤光镜58、60可对可见光谱的光得以衰减。
可变透射元件42可以采用各种设备实施。正如美国专利No.3,680,951和No.4,443,057中所述，调光可以以机械方式来完成。可采用美国专利No.4,632,509中描述的液晶元件制造可变透射元件42。优选可变透射元件42是一种电致变色元件，其根据施加的控制电压而改变其透射率，例如，正如美国专利No.4,902,108所述。许多其它电致变色装置可用于实施调光元件40。正如熟悉本领域的技术人员将认识到的那样，本发明并不依赖于调光元件40的类型或构造。如果调光元件40包括电致变色可变透射元件42，反射表面44可以包括在可变透射元件42内，也在可变透射元件42之外。
每个内后视镜24和外后视镜26可包括用于自动调光的调光元件40。内后视镜24还可以包括调光/亮度控制逻辑56、光感应器48、52，以及(如果使用的话)滤光镜58和60。此外，内后视镜24可以包括显示装置，该显示装置可以位于镜元件40的反射表面44的附近或后面。调光/亮度控制56还可对环境感应器48与/或眩光感应器52的输出做出响应，控制显示装置的亮度。
此处所述的光感应器可以采用各种方式实施，正如美国专利No.7,543,946、美国专利申请公开Nos.US2012/0330504A1和US2013/0032704A1中所披露的那样。
图12是后视镜组件24的背面，包括镜架254、外壳256，及包含第二光学元件258、258a的一个或多个环境光感应器48、48a。第二光学元件可包括用着色材料制成的滤光镜58。着色材料可以是中性颜色(如灰色)的颜料，从而让到达感应元件的光的数量得以衰减。与现有技术的光感应器相比，此处描述的光感应器对低光水平要敏感得多，因此，这种着色的第二光学元件258让可见光谱中的各种光一致地得以衰减，这是非常有利的。否则，光谱灵敏度的这种增加可能使光感应器对高光水平过度敏感。图13所显示的是在光感应元件前提供烟灰色滤光镜和不提供这种滤光镜的衰减水平的对比。烟灰色滤光镜被认为是光谱中性的。
在最外面的第二光学元件258上提供这种暗色的另一个优点是改善了镜组件的美观，因为许多镜外壳256都是黑色或灰色的。现有技术的第二光学元件通常包括白色扩散材料，使感应器呈现亮白色，从而相对黑色或灰色镜外壳，具有非常高的对比度。通过使第二光学元件258变暗，光感应器变得不太显眼，与外壳256融为一体。
虽然图12中并未画出，但是，灰色颜料也可用于第二光学元件，用于眩光感应器52或用于后视镜或车辆中的其它光感应器。
由于生产方面的差异，大多数光感应器对光的响应是不同的。为了使每面镜子对光的响应相同，可能需要对每面镜子进行校正。目前，这种校正是在电路板组装后在检测仪中进行的。镜组件中的光感应部件被暴露于特定数量的光，并将补偿因子写入到镜组件的控制电路内。这种校正方式并不特别理想，更理想的做法是，在将光感应器置于电路板上之前，对每个光感应器进行校正。应对这个问题的一个方法是使每个光感应器部件的校正因子成为各光感应器的一部分。如图11所示，通过在每个光感应器部件内包括非易失性存储器(NVM)设备1600，可以在部件测试中的光感应器初始测试期间，将给定光感应器的校正因子(例如偏置时间和积分时间)写入到存储器1600内。然后，在将光感应器部件装配到镜中之后，可以读取这些校正因子，并将其写入到镜子的控制电路中，消除了目前的校正过程。
另一种方法是将序列号写入到存储器1600内及将各光感应器部件的校正数据写入到网络存储内。在将光感应器部件装配到镜中之后，可以读取序列号，从网络上将对应的补偿因子下载到镜子的控制电路中。
存储器1600可以是单独的芯片，可以与光感应器芯片不具有任何直接的功能性连接。光感应器将象正常一样工作，就好象组件中不存在存储器芯片一样。
上面的描述仅被视作优选实施例。本领域的技术人员以及制作或使用本发明的技术人员可以对所述优选实施例改进。因此，应当理解，在附图中示出和在上面描述的实施例仅用作说明的目的，并不旨在限制本发明的范围；本发明的范围由根据专利法的原则及其等效教义来解释的权利要求进行定义。

Claims (15)

  1. 兹申请如下权利要求：
    1.一种车辆后视组件，包括：
    经配置安装到车辆上的外壳；
    置于外壳内、用于显示车后情景图像的后视元件；
    置于所述外壳内的光感应器组件，该光感应器组件包括：
    光感应器，用于输出代表射到光感应器光接收表面上的光的强度的电信号；
    第二光学元件，经配置用于接收光，其中光通过所述第二光学元件到达所述光感应器，所述第二光学元件包括基本上是中性色的着色材料，用于让通过它的光得以衰减；
    控制器，用于接收所述光感应器的电信号及调节所述后视元件所显示的图像的亮度。
  2. 2.权利要求1所述的后视组件，其中所述后视元件包括位于所述外壳内的显示装置，其中所述控制器通过调节所述显示装置的亮度，调节所述后视元件所呈现的图像的亮度。
  3. 3.权利要求1和2中任一项所述的后视组件，其中所述后视元件包括反射可调的光电镜元件，其中所述控制器通过调节所述光电镜元件的反射，调节所述后视元件所呈现的图像的亮度。
  4. 4.权利要求1-3中任一项所述的后视组件，其中所述后视元件包括位于所述外壳内的显示装置，其中所述控制器通过进一步调节所述显示装置的亮度，调节所述后视元件所呈现的图像的亮度。
  5. 5.权利要求1-4中任一项所述的后视组件，其中所述光感应器包括输入/输出缓冲器及电容器，电容器位于输入/输出缓冲器处，连接在输入/输出缓冲器和地面之间，用于隔绝静电。
  6. 6.权利要求1-5中任一项所述的后视组件，其中所述光感应器包括输入/输出缓冲器及输入低通滤波器，输入低通滤波器在输入/输出缓冲器的输入侧提供，用于隔绝静电干扰。
  7. 7.权利要求1-6中任一项所述的后视组件，其中所述光感应器包括：
    暴露光转换器，可操作用于在积分周期内积聚与射到暴露光转换器上的光成比例的电荷；
    与所述暴露光转换器通信的光转脉冲电路，其中所述光转脉冲电路可操作用于输出脉冲，脉冲宽度基于所述暴露光转换器积聚的电荷；及
    带隙基准电路，接收来自供应电压水平在大约3.3V至大约5.0V的电源提供的功率，及为光转脉冲电路产生一组整个供应电压水平范围的稳定基准电压。
  8. 8.权利要求1-7中任一项所述的后视组件，其中所述光感应器包括带隙电压基准电路，用于接收电源所提供的功率，及为光转脉冲电路产生一组稳定的基准电压，其中所述带隙电压基准电路从电源供应的供应电压产生恒定的电流，其中所述带隙电压基准电路包括电阻梯，电流通过电阻梯流动，产生所述一组稳定的基准电压。
  9. 9.权利要求1-8中任一项所述的后视组件，其中所述光感应器包括：
    暴露光转换器，可操作用于在积分周期内积聚与射到暴露光转换器上的光成比例的电荷；
    屏蔽光的屏蔽光转换器，所述屏蔽光转换器的结构与暴露光转换器基本上相同，屏蔽光转换器可操作用于在积分周期内积聚与噪声成比例的电荷；及
    与暴露光转换器和屏蔽光转换器通信的光转脉冲电路，其中所述光转脉冲电路经操作用于输出脉冲，脉冲宽度基于暴露光转换器积聚电荷与屏蔽光转换器积聚电荷之差，其中光转脉冲电路包括有助于产生脉冲的单触发逻辑电路。
  10. 10.权利要求1-9中任一项所述的后视组件，其中所述光感应器包括：
    带接收光的窗户的外壳，外壳允许具有至少一个电源连接缓冲器、地面连接缓冲器及输入/输出缓冲器。
    置于外壳内的暴露光转换器，所述暴露光转换器可操作用于在积分周期内积聚与通过窗户收到且射到暴露光转换器上的光成比例的电荷；
    与所述暴露光转换器通信的光转脉冲电路，其中所述光转脉冲电路可操作用于在输出引脚上输出脉冲，脉冲宽度基于积分周期内所述暴露光转换器所积聚的电荷；及
    位于外壳内、用于储存数据的非易失性存储器，可以从所述存储器获得所述光感应器的校正数据。
  11. 11.一种车辆显示组件，包括：
    经配置安装到车辆上的外壳；
    置于所述外壳内、显示车外情景图像的显示元件；
    置于所述外壳内的光感应器组件，该光感应器组件包括：
    光感应器，用于输出代表射到光感应器光接收表面上的光的强度的电信号；
    第二光学元件，经配置用于接收光，其中光通过所述第二光学元件到达所述光感应器，所述第二光学元件包括基本上是中性色的着色材料，用于让通过它的光得以衰减；
    控制器，用于接收所述光感应器的电信号及调节所述显示元件所显示的图像的亮度。
  12. 12.权利要求11所述的显示组件，其中所述光感应器包括：
    暴露光转换器，可操作用于在积分周期内积聚与射到暴露光转换器上的光成比例的电荷；
    与所述暴露光转换器通信的光转脉冲电路，其中所述光转脉冲电路可操作用于输出脉冲，脉冲宽度基于所述暴露光转换器积聚的电荷；及
    带隙基准电路，接收来自供应电压水平在大约3.3V至大约5.0V的电源提供的功率，及为光转脉冲电路产生一组整个供应电压水平范围的稳定基准电压。
  13. 13.权利要求11和12中任一项所述的显示组件，其中所述光感应器包括带隙电压基准电路，用于接收电源提供的功率，及为光转脉冲电路产生一组稳定的基准电压，其中所述带隙电压基准电路从电源供应的供应电压产生恒定的电流，其中所述带隙电压基准电路包括电阻梯，电流通过电阻梯流动，产生所述一组稳定的基准电压。
  14. 14.权利要求11-13中任一项所述的显示组件，其中所述光感应器包括：
    暴露光转换器，可操作用于在积分周期内积聚与射到暴露光转换器上的光成比例的电荷；
    屏蔽光的屏蔽光转换器，所述屏蔽光转换器的结构与暴露光转换器基本上相同，屏蔽光转换器可操作用于在积分周期内积聚与噪声成比例的电荷；及
    与暴露光转换器和屏蔽光转换器通信的光转脉冲电路，其中所述光转脉冲电路经操作用于输出脉冲，脉冲宽度基于暴露光转换器积聚电荷与屏蔽光转换器积聚电荷之差，其中光转脉冲电路包括有助于产生脉冲的单触发逻辑电路。
  15. 15.权利要求11-14中任一项所述的显示组件，其中所述光感应器包括：
    带接收光的窗户的外壳，外壳允许具有至少一个电源连接缓冲器、地面连接缓冲器及输入/输出缓冲器；
    置于外壳内的暴露光转换器，所述暴露光转换器可操作用于在积分周期内积聚与通过窗户收到且射到暴露光转换器上的光成比例的电荷；
    与所述暴露光转换器通信的光转脉冲电路，其中所述光转脉冲电路可操作用于在输出引脚上输出脉冲，脉冲宽度基于积分周期内所述暴露光转换器所积聚的电荷；及
    位于外壳内、用于储存数据的非易失性存储器，可以从所述存储器获得所述光感应器的校正数据。
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