CN1737516A - 没有滤光器的示差色彩传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种不使用色彩滤光器而实现的半导体色彩传感器。使用不同的半导体材料制造光电二极管为光电二极管提供了不同的灵敏度对波长关系。第一实施例使用了具有不同结深的光电二极管。浅的结深产生了在较短波长处具有灵敏度峰值的光电二极管，而较深的结深产生了在较长波长处具有灵敏度峰值的光电二极管。可以使用非晶态以及晶态结构。第二实施例使用了具有不同材料的光电二极管，例如具有较长波长峰值灵敏度的锗化硅(SiGe)和比较起来具有较短波长峰值灵敏度的硅(Si)。可以使用多于两种具有不同波长灵敏度的光电二极管。感测成对二极管之间的电流比例允许保持色平衡。

Description

没有滤光器的示差色彩传感器
技术领域
根据本发明的实施例涉及固态色彩传感器。
背景技术
对入射光的光谱内容的感测在许多领域中都很重要，例如在包括不同色彩发光二极管(LED)显示器的显示器中判断和/或保持色平衡。
本领域所知的一种进行这种感测的方法涉及结合滤光器使用的多个光电二极管，该滤光器选择性通过预定波长的光。这种传感器的性能受到滤光器透光特性精度的限制，并且长期性能受到滤光器长期稳定性的限制。灵敏度还受到滤光器的影响，因为它们通常是吸收性的。此外，这种色彩传感器的选择性一般受到滤光材料的可用性的限制。
发明内容
使用在较短波长处具有灵敏度峰值的第一光电二极管传感器和在较长波长处具有灵敏度峰值的第二光电二极管传感器来监控入射光的光谱内容。光谱内容中的偏移将使得第一和第二传感器之间的光电流的比例改变。测量比例相对于绝对测量是优选的。
附图说明
图1示出了硅(Si)和锗化硅(SiGe)的吸收深度对波长的关系，
图2示出了由模拟装置进行的比例确定，和
图3示出了由数字装置进行的比例确定。
具体实施方式
锗
根据本发明，一种示差色彩传感器使用在较短波长处具有灵敏度峰值的第一光电二极管传感器和在较长波长处具有灵敏度峰值的第二光电二极管传感器来监控入射光的光谱内容。
在本发明的第一实施例中，使用了不同的半导体材料。第一实施例使用在较短波长处具有灵敏度峰值的硅(Si)光电二极管和在较长波长处具有灵敏度峰值的锗化硅(SiGe)光电二极管。
在本发明的第二实施例中，使用了具有不同结深的光电二极管。具有浅的结深的光电二极管在较短波长处具有灵敏度峰值，而具有较深结深的光电二极管在较长波长处具有灵敏度峰值。
这些差别在图1中示出，其中示出了相对于波长的硅光吸收深度。曲线100示出了硅的吸收深度，其中标出了红、绿和蓝色。曲线110示出了锗化硅(SiGe，20％Ge)的吸收深度。这示出了硅的具有不同结深(例如0.2μm、0.8μm和3.0μm)的色彩传感器可以提供好的色彩传感器，并示出了硅和锗化硅光电二极管之间的响应差。
在本发明的第三实施例中，或者与之前所公开实施例相结合，在光电二极管中可以使用非晶态材料，以及更常见的晶态结构。
使用一对光电二极管作为色彩传感器时，可以使用两个分开封装的二极管。可以通过将两个分立的二极管封装在一个光学封装中而进一步集成，并通过在同一管芯上制造这两个二极管而进行进一步改进。
在第一实施例中，通过使用不同半导体材料制造光电二极管，可以不使用色彩滤光器来实现具有不同灵敏度对波长关系的光电二极管。具有不同带隙电压的半导体材料将具有不同的灵敏度对波长特性，例如纯硅(Si)和锗化硅(SiGe)之间的不同。作为一个示例，使用硅和锗化硅的每个都具有0.5μm结深的两个二极管，将产生不同的光谱峰值响应，如从图1明显可见。
在第二实施例中，通过改变光电二极管结深，可以实现具有不同灵敏度对波长关系的光电二极管。浅的结深产生了在较短波长处具有灵敏度峰值的光电二极管，而较深的结深产生了在较长波长处具有灵敏度峰值的光电二极管。
作为第三实施例或者与其他实施例结合，还可以使用非晶态材料。作为一个示例，可以使用具有不同结深的非晶态光电二极管。可以使用诸如非晶态硅和非晶态锗化硅之类的非晶态二极管。
在应用中，如图2所示，光电二极管100驱动互阻抗放大器110，该放大器110的增益由反馈电阻器120设定。该互阻抗放大器将来自光电二极管100的光电流转换成电压输出130。在1兆欧的反馈电阻120下，该输出是每微安的光电二极管电流1伏。类似地，光电二极管150驱动互阻抗放大器160来产生电压输出180，该放大器160的反馈由电阻器170设定。这两个电压馈送到比例电路200，以在输出210处产生电压比例。可以使用本领域技术人员清楚的各种比例电路。这样的一种比例电路在由National Semiconductor Corporation于2002年9月出版的Application Note31 Op Amp Circuit Collection的第31页上示出。也可以使用四象限模拟乘法器，例如Analog Devices的AD633。类似地，其他电流电压转换器可以与光电二极管100和150一起使用，例如前述Application Note 31 Op AmpCircuit Collection的第3页上所示出的。光电流的和(可以被计算为加权和)可以用作强度表示。
如图3所示，两个光电流的比例还可以以数字方式产生。如图3中，光电二极管100和150驱动互阻抗放大器110和160，产生两个光电二极管的电压输出。这些电压被馈送到模数转换器(ADC)200，其将模拟电压转换成数字形式。合适的ADC由诸如Linear Technologies之类的公司制造。可以使用多个单通道ADC、馈送单通道ADC的模拟复用器、或多通道ADC。定制的模数转换器可以集成互阻抗放大器，或完全不需要它们。然后由未示出的微处理器处理输入电压的数字值而得到比例。
通过使用模拟或数字控制回路来保持比例不变，同时驱动诸如发光二极管或激光二极管之类的多个不同的色彩发光器，可以保持色彩不变。在数字形式中可以使用例如公知的PID控制器(比例、积分、微分)的数字方案。
虽然已经详细解释了本发明的实施例，但是应该清楚本领域技术人员可以想到对这些实施例的修改和变化，而不偏离所附权利要求中给出的本
发明的范围。

Claims (11)

1.一种改进色彩传感器，包括在第一波长处具有灵敏度峰值的第一半导体光电二极管和在第二波长处具有灵敏度峰值的第二半导体光电二极管。
2.如权利要求1所述的改进色彩传感器，其中所述第一光电二极管和所述第二光电二极管组合在同一封装中。
3.如权利要求1所述的改进色彩传感器，其中所述第一光电二极管和所述第二光电二极管制造在同一管芯上。
4.如权利要求1所述的改进色彩传感器，其中所述第一光电二极管和所述第二光电二极管具有不同的结深。
5.如权利要求1所述的改进色彩传感器，其中所述第一光电二极管和所述第二光电二极管使用不同的半导体材料。
6.如权利要求1所述的改进色彩传感器，其中所述第一光电二极管是非晶态二极管。
7.一种感测入射光色彩的方法，包括：
利用在第一波长处具有灵敏度峰值的第一半导体光电二极管捕获所述入射光的一部分，并产生第一光电流，
利用在第二波长处具有灵敏度峰值的第二半导体光电二极管捕获所述入射光的一部分，并产生第二光电流，以及
计算所述第一光电流对所述第二光电流的比例。
8.如权利要求7所述的方法，其中所述计算所述第一光电流对所述第二光电流的比例的步骤还包括：
将所述第一光电流转换成表示所述第一光电流的第一电压，
将所述第二光电流转换成表示所述第二光电流的第二电压，以及
计算所述第一电压对所述第二电压的比例。
9.如权利要求7所述的方法，其中以模拟形式计算所述比例。
10.如权利要求8所述的方法，其中以模拟形式计算所述比例。
11.如权利要求7所述的方法，其中所述计算所述第一光电流对所述第二光电流的比例的步骤还包括：
将所述第一光电流转换成所述第一光电流的第一数字表示，
将所述第二光电流转换成所述第二光电流的第二数字表示，以及
计算所述第一数字表示对所述第二数字表示的比例。
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