TW201512633A - 感測照度及距離之光學感測器 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種光學感測器，其包含光電二極體及配置在該等光電二極體上之光學濾光器。該等光電二極體及光學濾光器可彼此間隔開。該等光學濾光器包含一紅外線阻斷濾光器及至少一可見光濾光器，且該光學感測器透過該等光電二極體量測一可見光頻帶中之一特定波長頻帶之一光量，其中一特定可見光濾光器配置在該等光電二極體上。因此，該光學感測器具有一簡化結構且可用作一周圍照度感測器、一距離感測器及一色彩感測器。

Description

感測照度及距離之光學感測器 [相關申請案之交叉參考]
本申請案根據35 USC 119(a)規定主張2013年9月27日在韓國智慧財產局申請之韓國專利申請案第10-2013-0115007號之權利，該案之全部內容出於所有目的以引用方式併入本文。
以下描述係針對一種照度及距離感測器。以下描述亦係針對使用一紅外線阻斷濾光器及一可見光濾光器以基於一目標之一距離量測一特定波長頻帶之一照度之光學感測器。
一光學感測器係藉由回應於一光源而操作之一種設備。光學感測器之光源對應於產生由光學感測器接收之光(包含紅外線光及可見光)之所有光源。當來自一光源之光自該光源入射在光學感測器之一表面上時，光學感測器可吸收入射光能以將所吸收之光能轉換為一電信號。
例如，此一光學感測器可用作諸如一可攜式裝置(例如一智慧型手機)中之一距離感測器或一周圍照度感測器。
在一實例中，一整合之距離感測器及一光學感測器包含一發射器、一濾光器及感測器。在此實例中，感測器包含偵測一周圍光亮度之一亮度偵測感測器及藉由使用一紅外線帶通濾光器回應於一紅外線之一紅外線偵測感測器。
紅外線偵測感測器偵測發射自發射器以反射在位於由發射器發射之光之路徑中之一目標上之一光之一紅外線以量測此一目標是否存在及對應目標之一距離。紅外線偵測感測器亦量測一周圍紅外線。
亮度偵測感測器偵測可見光及紅外線兩者。因此，光學感測器需要由亮度偵測感測器及紅外線偵測感測器偵測之值之間之一運算(諸如一減法或差值運算)以僅偵測並考慮可見光。
在關於使用一紅外線(IR)截止濾光器之一光學感測器之另一實例中，光學感測器包含三個感測器、一紅外線阻斷濾光器及僅使一光之一特定波長通過或被阻斷之一光學濾光器。
在此實例中，一第一感測器可包含光學濾光器及紅外線阻斷濾光器以阻斷可見光及一紅外線以量測可見光之一特定波長頻帶之一發光度。一第二感測器可包含第二感測器之一頂部上之紅外線阻斷濾光器以阻斷光之紅外線且單單量測可見光之發光度。一第三感測器可能不包含任何濾光器以量測可見光及紅外線之一總發光度。
然而，包含於第一感測器及第二感測器中之紅外線阻斷濾光器交替沈積兩種材料(例如，TiO2及SiO2)作為沈積層，其中一折射率透過一真空薄膜沈積技術而彼此不同。然而，此一技術導致其中一製造成本隨著使用更大數量的紅外線阻斷濾光器而增加之一情形。
本發明內容經提供以按一簡易形式介紹下文在【實施方式】中進一步描述之概念之一選擇。本發明內容並不旨在識別所主張標的物之關鍵特徵或本質特徵，亦不旨在用作判定所主張標的物之範疇之一輔助。
本實例提供一種量測一特定波長頻帶之一照度以執行一色彩平衡之光學感測器。
本實例提供一種簡化一光學感測器結構以降低一光學感測器之 一製造成本之光學感測器技術。
本實例亦提供一種增加一照度及一目標之一距離之量測效能之光學感測器技術。
在一項一般態樣中，一光學感測器包括：光電二極體及配置在該等光電二極體之至少一者上之光學濾光器，其中該等光學濾光器包含一紅外線阻斷濾光器及至少一可見光濾光器，且其中該光學感測器經組態以透過該等光電二極體量測一可見光頻帶中之一特定波長頻帶之一光量，其中一特定可見光濾光器配置在一光電二極體上。
該等光電二極體可彼此間隔開且該等光學濾光器可彼此間隔開。
該至少一可見光濾光器可包含一紅外線帶通濾光器，其經組態以阻斷可見光且使一紅外線通過；及一彩色濾光器，其經組態以使來自該可見光頻帶之該特定波長頻帶通過。
該彩色濾光器可包含紅色、綠色及藍色濾光器，其等經組態以分別使對應於一紅色、一綠色及一藍色之單色光通過，且該等紅色、綠色及藍色濾光器可佈置在彼此上面以形成該紅外線帶通濾光器。
該等光電二極體可包含一第一光電二極體，其經組態以量測該紅外線之一光量，其中該紅外線帶通濾光器配置在該第一光電二極體上；一第二光電二極體，其經組態以量測一白色光之一光量，其中該紅外線阻斷濾光器配置在該第二光電二極體上；及一第三光電二極體，其經組態以量測該可見光之該特定波長頻帶以及該紅外線之一光量，其中該彩色濾光器配置在該第三光電二極體上，且其中該光學感測器對透過該第一光電二極體及該第三光電二極體量測之一量測值執行一差值運算以量測該特定波長頻帶之一照度。
該等光電二極體可包含一第一光電二極體，其經組態以量測該可見光之該特定波長頻帶以及該紅外線之一光量，其中該彩色濾光器 配置在該第一光電二極體上；一第二光電二極體，其經組態以量測一白色光之一光量，其中該紅外線阻斷濾光器配置在該第二光電二極體上；及一第三光電二極體，其中光學濾光器並未配置在該第三光電二極體上，其中該光學感測器執行透過該第二光電二極體及該第三光電二極體量測之第二量測值與第三量測值之間之一第一差值運算以量測一距離，且執行該第一差值運算之一結果與透過該第一光電二極體量測之一第一量測值之間之一第二差值運算以量測一特定波長之一照度。
在另一項一般態樣中，一光學感測器包含一第一光電二極體，其經組態以量測一白色光之一光量，其中一紅外線阻斷濾光器配置在該第一光電二極體上；及一第二光電二極體，其中該光學感測器基於透過該第一光電二極體及該第二光電二極體量測之量測值量測一周圍照度及一目標之一距離。
該第二光電二極體上可未配置光學濾光器。
一紅外線帶通濾光器可配置在該第二光電二極體上，該紅外線帶通濾光器使一紅外線通過，且該第二光電二極體可量測該紅外線之一光量。
在另一項一般態樣中，一光學感測器包含一第一光電二極體，其經組態以量測包括一紅外線之一光量之一第一量測值，其中一第一可見光濾光器配置在該第一光電二極體上；及一第二光電二極體，其經組態以量測包含該第二光電二極體之一暗電流之一第二量測值，其中一第二可見光濾光器及一紅外線阻斷濾光器配置在該第二光電二極體上，且其中該光學感測器執行該第一量測值與該第二量測值之間之一差值運算以量測一目標之一調整距離。
該第一可見光濾光器及該第二可見光濾光器可為使一光之一紅外線頻帶通過之紅外線帶通濾光器。
該光學感測器可進一步包含一第三光電二極體，其經組態以量測包含一可見光之一特定波長之一光量之一第三量測值，其中一彩色濾光器配置在該第三光電二極體上且使一光之一可見光頻帶之一特定波長頻帶通過，其中該光學感測器執行該第三量測值與該第一量測值之間之一差值運算以進一步量測一特定波長之一調整照度。
該光學感測器可進一步包含並未配置一光學濾光器之一第四光電二極體，其中該光學感測器執行透過該第四光電二極體量測之一第四量測值與該等第一量測值之間之一差值運算以量測一調整周圍照度。
該光學感測器可進一步包含一第三光電二極體，其中第三光電二極體上未配置光學濾光器，其中該光學感測器執行該第一量測值與透過該第三光電二極體量測之一第三量測值之間之一差值運算以進一步量測一調整周圍照度。
該第一可見光濾光器及該第二可見光濾光器可為使一光源之一可見光頻帶之一特定波長頻帶通過之彩色濾光器。
該光學感測器可進一步包含一第三光電二極體，其中該第三光電二極體上未配置光學濾光器，其中該光學感測器基於該第二量測值量測一特定波長之一照度，且基於該第一量測值、該第二量測值及透過該第三光電二極體量測之一第三量測值量測一周圍照度。
該光學感測器可進一步包含其上未配置一光學濾光器之一第三光電二極體，其中該第一可見光濾光器對應於使紅外線頻帶通過之一紅外線帶通濾光器，且該第二可見光濾光器對應於使一可見光頻帶之一特定波長頻帶通過之一彩色濾光器。
在另一項一般態樣中，使用一光學感測器之一方法包含量測透過配置一紅外線帶通濾光器之一第一光電二極體接收之一紅外線中之一光量；量測透過配置一紅外線阻斷濾光器之一第二光電二極體接收 之可見光之一光量；及基於該量測之紅外線及量測之可見光量測該周圍照度及一目標之位置。
該方法可進一步包含量測透過配置一彩色濾光器之一第三光電二極體接收之可見光之一特定波長之一單色光量；及使用該單色光量執行一色彩平衡。
該方法可進一步包含量測透過其上未配置一光學濾光器之一第三光電二極體接收之一光量；及使用透過該第三光電二極體接收之該光量校正一暗電流。
實例提供下文進一步論述之某些特徵。例如，一些實例透過使一可見光頻帶之一特定波長頻帶通過之一彩色濾光器量測該特定波長頻帶之一照度以執行一色彩平衡。又，一些實例僅在一光電二極體上配置一紅外線阻斷濾光器以簡化一光學感測器結構並降低一光學感測器之一製造成本。此外，本發明之一些實例量測一光電二極體之一暗電流以基於一可見光濾光器及紅外線阻斷濾光器準確地量測一照度及一目標之距離。此處，一暗電流係指當無光子進入光電二極體時流過該裝置之一相對較小的電流。
根據以下詳細描述、圖式及申請專利範圍將明白其他特徵及態樣。
100‧‧‧光學感測器
110‧‧‧光電二極體
120‧‧‧光學濾光器
200‧‧‧光學感測器
300‧‧‧光學感測器
PD 1‧‧‧第一光電二極體
PD 2‧‧‧第二光電二極體
PD 3‧‧‧第三光電二極體
PD 4‧‧‧第四光電二極體
S410‧‧‧步驟
S420‧‧‧步驟
S430‧‧‧步驟
S440‧‧‧步驟
圖1係繪示根據一實例之一光學感測器之一示意圖。
圖2係繪示根據另一實例之一光學感測器之一示意圖。
圖3係繪示補償一光電二極體之一暗電流之一光學感測器之一示意圖。
圖4係繪示用於量測在一光學感測器上量測之一照度及一目標之一距離之一方法之一方塊圖。
遍及圖式及詳細描述，除非另有描述或規定，否則相同圖式參 考數字將會被理解為指代相同元件、特徵及結構。該等圖式不一定按比例繪製，且為清楚、繪示及方便起見可誇大該等圖式中之元件之相對大小、比例及描繪。
以下詳細描述經提供以輔助讀者獲得對本文描述之方法、設備及/或系統之一全面理解。然而，一般技術者將明白本文描述之系統、設備及/或方法之各種改變、修改及等效物。所描述之處理步驟及/或操作之進行係一實例；然而，處理步驟及/或操作之次序不限於本文陳述之次序且惟必須以某個順序發生之步驟及/或操作以外可如此項技術中已知般改變。又，為增加清楚度及簡明性可忽略一般技術者熟知之功能及建構之描述。
本文描述之特徵可以不同形式具體實施，且不應被解釋為限於本文描述之實例。實情係，本文描述之實例經提供使得本發明將徹底且完整，且將向一般技術者表達本發明之完整範疇。
本發明中描述之術語可理解如下。
雖然諸如「第一」及「第二」等等之術語用以描述各種組件，但是此等組件不旨在被理解為限於上述術語。上述術語僅用以區分一組件與另一組件。例如，在不脫離本實例之範疇之情況下，一第一組件潛在地稱為一第二組件，且同樣地一第二組件潛在地稱為一第一組件。
當一元件稱為「連接至」另一元件時，此包含其中元件直接連接至另一元件之實例以及其中亦存在中間元件之實例。相比之下，當一元件明確稱為「直接連接至」另一元件時，意欲不存在中間元件。此外，除非明確描述相反的情況，否則字詞「包括」及諸如「包括(comprises)」或「包括(comprising)」之相關變動旨在暗示包含所陳述之元件但是不排除任何其他元件。同時，描述組件之間之關係之其他 表達(諸如「在……之間」、「直接在……之間」或「與……相鄰」及「與……直接相鄰」)的解釋的類似之處在於：除非明確描述相反的情況，否則其等用以暗示組件之間之一關係而不進一步限制實例。
除非上下文另有明確指示，否則本發明中之單數形式「一」、「一個」及「該」亦旨在包含複數形式。同樣地，諸如「包含」或「具有」等等之術語旨在指示說明書中揭示之特徵、數字、計算、動作、組件、部分或其等組合之存在，且不旨在排除其他實例中存在或增加一或多個其他特徵、數字、計算、動作、組件、部分或其等組合之可能性。
在描述本發明之元件時，可使用諸如第一、第二、A、B、(a)、(b)等等之術語。此等術語僅僅用於區分對應元件與其他元件且更好地表達元件之間的關係。因此，即使在使用此等術語時，對應元件在其等本質、次序或優先級方法亦不會受限於此等術語。
本申請案中使用之術語僅僅用以描述特定實例，且不旨在限制本實例。除非另有定義，否則本文使用之所有術語(包含技術或科學術語)被推測為具有與本實例所屬之技術領域之一般技術者所一般瞭解之相同意義。因此，如一般使用的字典中定義之此等術語進一步解譯為具有等效於相關技術領域中之上下文意義之意義。因此，術語不應被解譯為具有理想或過分形式之意義，除非本申請案中明確如此定義。
當涉及一「差值運算」時，其表示獲得其所施加至之運算元之差。因此，若對A及B執行一「差值運算」，則其意謂自A減去B之結果係執行「差值運算」之所要意圖。
在一實例中，一光學感測器包含彼此間隔開之光電二極體及配置在光電二極體上且彼此間隔開之光學濾光器。在本文中，光學濾光器包含一紅外線阻斷濾光器及至少一可見光濾光器。光學感測器透過 光電二極體量測一可見光中之一特定波長頻帶之一光量，其中一特定可見光濾光器配置在光電二極體上。
圖1係繪示根據一實例之一光學感測器之一示意圖。
參考圖1，光學感測器100包含三個光電二極體110及光學濾光器120。
首先，進一步描述光電二極體及光學濾光器。
光電二極體將光能轉換為電能。在一實例中，光電二極體包含一PN接面部分中之光學偵測功能且使用一光電效應，其中當一光到達二極體中時產生一電子及一電洞電荷且一電流流動。一PN接面係一p型半導體材料與一n型半導體材料之間之一邊界或介面。P型半導體材料及n型半導體材料各包含經摻雜以包含改變其等導電性質之一雜質之一半導體。在本文中，一光伏效應指示其中透過光電效應在光電二極體之PN接面部分上產生一電壓之一現象。光電效應係當光照耀在金屬上時許多金屬發射電子之物理現象。因為PN接面之部分經摻雜具有導電性質，所以摻雜導致PN接面在光入射於PN接面上時發射電子及電洞電荷。
在一實例中，光電二極體110可分別對應於一PIN二極體或雪崩光電二極體(APD二極體)。PIN二極體對應於其中一本質半導體層安裝在PN接面部分中間之二極體。在二極體之一端處，存在一重摻雜p型半導體接面，且在二極體之另一端處，存在一重摻雜n型半導體接面。在此一實例中，摻雜潛在地較重使得接面服從歐姆定律。本質半導體具有以下特性：載流子的數量小且電阻大。
在另一實例中，APD二極體係一高度靈敏的半導體電子裝置，其亦使用光電效應以將光轉換為電。APD二極體係透過雪崩倍增提供一內建第一級增益之光偵測器。雪崩倍增係一種類型的電子雪崩，其中當自由電子加速其他電子而其他電子繼而加速其他電子時發生一連鎖 反應。從一功能觀點而言，APD二極體係類似於光電倍增器之一半導體。在圖1之實例中，光電二極體110分別根據配置在感測器之頂部上之複數個光學濾光器量測一光之一特定分量之一光量。
在本文中，光可產生自位於外部之一光源(諸如太陽光)或可發射自光學感測器100中之一光源且由一外部目標反射。
光學濾光器包含阻斷一紅外線頻帶之一紅外線阻斷濾光器及使可見光之至少一部分被阻斷或通過之一可見光濾光器。在一特定實例中，紅外線阻斷濾光器對應於阻斷光之一紅外線部分之一濾光器。因此，在一實例中，紅外線阻斷濾光器大體上阻斷對應於一780nm至3000nm波長之一光。然而，在其他實例中，紅外線阻斷濾光器阻斷具有其他類似波長之紅外線光。例如，紅外線光包含近紅外線、中紅外線及遠紅外線，且紅外線阻斷濾光器經設計以僅過濾此等類型的紅外線光之一子集。
可見光濾光器阻斷光之所有可見光頻帶或僅使光之一特定波長頻帶通過。例如，此一特定波長頻帶係單色光，其中若光被限為一特定波長，則其僅有一種色彩。在本文中，通常簡稱為光之可見光係人眼可見之電磁輻射，且係人類視覺中涉及之資訊。可見光通常被定義為具有380nm至780nm之範圍中之一波長。在單色光之情況下，可見光通常被視為紅色光、綠色光或藍色光。例如，一紅色光通常被定義為具有610nm至700nm之範圍中之一波長，一綠色光通常被定義為具有500nm至570nm之範圍中之一波長，且一藍色光通常被定義為具有450nm至500nm之範圍中之一波長。然而，對於用作單色光之其他色彩的光，其他範圍的波長亦可用作光之潛在候選者。
在一實例中，可見光濾光器包含一紅外線帶通濾光器以及用於可見光之一彩色濾光器。在本文中，紅外線帶通濾光器阻斷光之一可見光頻帶且使光之一紅外線頻帶通過，且彩色濾光器僅使可見光頻帶 之一特定波長頻帶通過。
例如，當可見光濾光器阻斷所有可見光(包含380nm至780nm之範圍中之波長)時，可見光濾光器僅使紅外線通過。因此，可見光濾光器用作一紅外線帶通濾光器或一黑色濾光器，其中穿透其之唯一的光係紅外線光。另一方面，當可見光濾光器使對應於一特定色彩(諸如紅色、綠色或藍色)之單色光通過時，可見光濾光器對應於一帶通濾光器。例如，可見光濾光器係一紅色帶通濾光器、一綠色帶通濾光器或一藍色帶通濾光器。因為可見光濾光器僅容許一種色彩通過，所以其在下文中稱為一彩色濾光器。彩色濾光器使可見光之特定波長頻帶或另一分量(諸如紅外線)通過。
在一實例中，可見光濾光器具有其中包含至少一彩色濾光器之一結構。當佈置異構彩色濾光器時，可見光濾光器對應於紅外線帶通濾光器。例如，紅色濾光器及藍色濾光器經佈置以形成紅外線帶通濾光器。紅色濾光器僅容許紅色光及紅外線光通過，且藍色濾光器僅容許藍色光及紅外線光通過。因此，穿透紅色濾光器及藍色濾光器兩者之唯一的光係紅外線光。
在下文中，由使所有可見光頻帶通過引起之一光稱為一白色光，且由使可見光頻帶之一特定單色光通過引起之一光根據所通過之單色光之色彩稱作一紅色光、一綠色光或一藍色光。
光學感測器100透過使用其上配置或未配置複數個光學濾光器之光電二極體110量測可見光之一光量或可見頻帶之特定波長頻帶(在單色光之情況下)之一光量。在一實例中，光學感測器100量測一特定目標之一距離以及一周圍照度。在另一實例中，光學感測器100基於所量測之光量執行一色彩平衡或白平衡。在本文中，色彩平衡電調整光之一色溫以將一白色表示為一實質上白色。一光源之色溫係輻射色調相當於光源之光之一理想的黑體輻射器之溫度。例如，當一相機拍攝 一目標時，一影像在一白熾燈下可呈紅色，且在一螢光燈下呈綠色。在此情況下，光學感測器100可基於一適當的演算法對穿過感測器之一光執行一色彩平衡以校正與光源相關聯之溫度。
當光學感測器100使用一紅外線之一光量以量測一特定目標之一距離時，光學感測器100用作一距離感測器。當光學感測器100使用白色光之一光量以量測一周圍照度時，光學感測器100用作一周圍照度感測器。又，當光學感測器100使用單色光之一光量時，光學感測器100用作執行色彩平衡或白平衡之一彩色感測器，亦稱作一RGB感測器。
參考圖1的(a)處，紅外線阻斷濾光器配置在一第二光電二極體PD2之一頂部上且可見光濾光器配置在第一光電二極體PD 1及第三光電二極體PD 3之一頂部上。在此實例中，配置在第一光電二極體PD 1上之一第一可見光濾光器對應於紅外線帶通濾光器，且配置在第三光電二極體PD 3上之一第二可見光濾光器對應於彩色濾光器。另一方面，在另一實例中，第一可見光濾光器對應於彩色濾光器且第三可見光濾光器對應於紅外線帶通濾光器。
在此實例中，第二光電二極體PD 2在阻斷紅外線之一光量之後量測一光。即，第二光電二極體PD 2量測白色光或該光之可見光之一光量。因此，光學感測器100基於透過第二光電二極體量測之一第二量測值量測周圍照度。
第一光電二極體PD 1量測與紅外線相關聯之光量，且光學感測器100基於紅外線之量測光量量測特定目標之距離。
如上所述，光學感測器100包含一特定光源，諸如一LED光源。光學感測器100透過特定光源將光發射至外部以接收發射光之一反射紅外線且藉此量測特定目標之距離。
光學感測器100透過第三光電二極體PD 3量測特定波長(即，單色 光)之一光量及紅外線之一光量(兩者組合為一第三量測值)。光學感測器執行第三量測值與透過第一光電二極體PD 1量測之一第一量測值之間之一差值運算以藉由排除紅外線光而僅量測特定波長頻帶之一光量。
例如，當配置在第三光電二極體PD 3上之彩色濾光器對應於紅色濾光器時，第三量測值包含紅色光及紅外線，且光學感測器100藉由執行第一量測值與第三量測值之間之一差值運算而量測一紅色光分量之一光量。
因此，光學感測器100潛在地用作一周圍照度感測器、一距離感測器及/或一色彩感測器。例如，色彩感測器藉由對應於適當色彩之特定波長之一照度量測執行色彩平衡。
參考圖1的(b)處，第三光電二極體PD 3不包含一可見光濾光器。在此情況下，光學感測器100透過第一量測值與第三量測值之間之一適當運算而用作一周圍照度感測器、一距離感測器及一色彩感測器。
在圖1中的(b)處，配置在光電二極體PD 1上之可見光濾光器對應於彩色濾光器。第一光電二極體PD 1透過彩色濾光器量測特定波長(即，單色光)及紅外線之光量。第二光電二極體PD 2量測白色光之光量。光學濾光器未配置在第三光電二極體PD 3上，且第三光電二極體PD 3因此量測白色光及紅外線之組合光量。
如圖1中在(a)處所述，光學感測器100基於透過第二光電二極體PD 2量測之第二量測值量測一周圍照度。
光學感測器100執行透過第二光電二極體PD 2及第三光電二極體PD 3量測之第二量測值與第三量測值之間之一第一差值運算。在一實例中，該計算係紅外線值=第三量測值-第二量測值以產生關於用以量測目標之距離之紅外線之資訊。此外，光學感測器100可執行第一差值運算之一結果與透過第一光電二極體量測之第一量測值之間之一第 二差值運算以量測特定波長之照度。在一實例中，此計算係照度值=第一量測值-紅線外值。
因此，光學感測器100潛在地用作一周圍照度感測器、一距離感測器及/或一色彩感測器。又，紅外線阻斷濾光器僅配置在一光電二極體上使得光學感測器100之一結構得以簡化且光學感測器100之一製造成本降低。
在另一實例中，光學感測器100包含一第一光電二極體PD 1及一第二光電二極體PD 2。第一光電二極體PD 1配置紅外線阻斷濾光器以量測白色光之光量，且第二光電二極體PD 2未配置光學濾光器。在此一實例中，光學感測器100基於藉由第一光電二極體及第二光電二極體量測之量測值量測周圍照度及目標之距離。
圖2係繪示根據另一實例之一光學感測器之一示意圖。
參考圖2的(a)處，一光學感測器200包含兩個光電二極體。
在圖2中的(a)處，紅外線阻斷濾光器配置在一第一光電二極體PD 1上且一第二光電二極體PD 2上面未配置一光學濾光器。
在此一實例中，光學感測器200透過一第一光電二極體PD 1量測白色光之光量作為一第一量測值且基於第一量測值量測周圍照度。此外，光學感測器200透過第二光電二極體量測白色光及紅外線之光量作為一第二量測值，且使用第一量測值與第二量測值之間之一差值運算計算紅外線之光量。例如，紅外線值=第二量測值-第一量測值。因此，圖2的(a)處之光學感測器200僅偵測光之紅外線以量測目標之距離。
參考圖2的(b)處，與圖2的(a)處相比，第二光電二極體PD 2進一步包含配置在其頂部上之一可見光濾光器。如圖2中的(b)處提供，配置在第二光電二極體PD 2之一頂部上之可見光濾光器對應於紅外線帶通濾光器或彩色濾光器。為量測紅外線，第二光電二極體PD 2對應於 紅外線帶通濾光器。
光學感測器200透過第二光電二極體PD 2量測紅外線之光量作為一第二量測值，且基於第二量測值量測目標之距離。因此，光學感測器200在無需一特定操作程序之情況下基於上述資訊量測周圍照度及目標之距離。
圖3係繪示補償一光電二極體之一暗電流之一光學感測器之一示意圖。
參考圖3的(a)處，一光學感測器300包含兩個光電二極體。
一第一可見光濾光器配置在第一光電二極體PD 1上。紅外線阻斷濾光器及可見光濾光器兩者經佈置以皆配置在第二光電二極體PD 2上。在本文中，佈置在第二光電二極體PD 2上之紅外線阻斷濾光器及可見光濾光器之一佈置次序包含其中紅外線阻斷濾光器係在可見光濾光器之頂部上之一次序及其中可見光濾光器係在紅外線阻斷濾光器之頂部上之一次序。
可見光濾光器取決於其過濾之可見光類型而係一紅外線帶通濾光器或一帶通濾光器。在一實例中，為補償一光電二極體之一暗電流，可見光濾光器對應於紅外線帶通濾光器。在此一實例中，暗電流對應於在不存在入射光之一狀態中流動之歸因於光電二極體之一熱效應及一絕緣故障而產生之一電流。
在一實例中，第一可見光濾光器及第二可見光濾光器對應於使入射光之紅外線頻帶通過之紅外線帶通濾光器。在此一實例中，光學感測器300量測包含穿過第一光電二極體之紅外線之光量之第一量測值。在此實例中，第一量測值包含如上所述之一暗電流。
在此實例中，光學感測器300透過第二光電二極體量測包含暗電流之第二量測值。光學感測器300執行第二量測值對第一量測值之一補償運算。例如，補償運算係由以下項創建之一差值運算：紅外線光 值=第一量測值-第二量測值。此一補償運算用以計算僅紅外線之光量。藉由執行此一計算，可基於僅用於紅外線之量測光量準確地量測目標之一位置。例如，該計算判定目標之一調整距離。
參考圖3的(b)處，光學感測器300進一步包含一第三光電二極體，其中可見光濾光器配置在第三光電二極體上。在本文中，配置在第三光電二極體上之可見光濾光器對應於紅外線帶通濾光器或彩色濾光器，且因此係一紅外線帶通濾光器或一帶通濾光器。為量測特定波長(即，單色光)之光量，可見光濾光器係一彩色濾光器。
與圖3的(a)處相比，光學濾光器300透過第三光電二極體量測包含特定波長及紅外線之光量之一第三量測值。如圖3中的(a)處所述，此實例中之第三量測值包含暗電流。
在此實例中，光學感測器300執行自第三量測值清除第一量測值之一差值運算。藉由執行此一運算，在此實例中光學感測器300清除紅外線(包含暗電流)以量測僅一特定波長(即，單色光)之光量且用作色彩感測器。
參考圖3的(c)處，光學感測器300進一步包含其中未配置光學濾光器之一第四光電二極體PD 4。與圖3的(b)處相比，在圖3中的(c)處之光學感測器300透過第四光電二極體PD 4量測可見光及紅外線之光量作為第四量測值。在本文中，第四量測值亦包含如上所述之暗電流。
因此，在圖3中的(c)處，光學感測器300執行自第四量測值清除第一量測值之一差值運算以量測白色光之光量(其中清除暗電流)。此一量測產生經調整之周圍照度且容許光學感測器300用作一周圍照度感測器。在圖3中的(c)處，光學感測器300亦包含距離感測器，且色彩感測器如上所述般起作用。
參考圖3的(d)處，光學感測器300包含三個光電二極體PD 1、PD 2及PD 3。一第一光電二極體PD 1包含配置在其頂部上之一第一可見光濾光器，一第二光電二極體PD 2包含其中佈置紅外線阻斷濾光器及一第一可見光濾光器之一濾光器，且一第三光電二極體PD 3不包含一濾光器。
在本文中，配置在第一光電二極體PD 1及第二光電二極體PD 2上之可見光濾光器分別對應於紅外線帶通濾光器或彩色濾光器，且因此係一紅外線帶通濾光器或一帶通濾光器。光學感測器300根據一種可見光濾光器指示各種量測值且根據各種量測值執行各個函數。表格1呈現闡明由感測器在各個使用情況下產生之資訊之各種情況。
參考表格1，第一量測值至第三量測值對應於透過第一光電二極體PD 1、第二光電二極體PD 2及第三光電二極體PD 3之量測值。IR對應於紅外線之值。RGB對應於單色光之值，單色光可為紅色(R)、綠色(G)或藍色(B)。白色對應於可見光之所有色彩。DC對應於暗電流(DC)。
情況1表示其中配置在第一光電二極體及第二光電二極體兩者上之可見光濾光器皆對應於紅外線帶通濾光器之一情況。第二光電二極體PD 2亦過濾IR光。
光學感測器300可藉由創建第一量測值-第二量測值之值執行第一量測值與第二量測值之間之一差值運算以單獨量測紅外線之光量。又，光學感測器300執行第一量測值與第三量測值之間之一差值運算(即，第三量測值-第一量測值)以量測白色光之光量。
因此，光學感測器能夠準確地量測目標之位置及周圍照度。
情況2表示其中配置在第一光電二極體及第二光電二極體兩者上之可見光濾光器皆對應於彩色濾光器之一情況。光學感測器300使用第一量測值及第二量測值(即，第一量測值-第二量測值)以量測紅外線之光量。因此，光學感測器300基於第一量測值至第三量測值量測周圍照度。例如，周圍照度=第三量測值-第一量測值+第二量測值，這亦校正DC。
情況3表示其中配置在第一光電二極體上之可見光濾光器對應於紅外線帶通濾光器且配置在第二光電二極體上之可見光濾光器對應於彩色濾光器之一情況。光學感測器300可透過第一量測值與第三量測值之間之一運算量測白色光之光量。因此，白色光=第三量測值-第一量測值，這係因為此情況使用此差值以自第三量測值清除IR及DC，僅留下白色光。
考慮情況1至情況3，為準確地量測目標之位置及周圍照度兩者，配置在第一光電二極體PD 1及第二光電二極體PD 2上之可見光濾光器對應於紅外線帶通濾光器。
圖4係繪示用於量測在一光學感測器上量測之一照度及一目標之一距離之一方法之一方塊圖。
參考圖4，在包含複數個光電二極體之光學感測器100上執行用於量測照度及目標之位置之一方法。
在步驟S410處，該方法透過其中配置紅外線帶通濾光器之第一光電二極體PD 1量測紅外線。例如，光學感測器100透過其中配置紅外線帶通濾光器之第一光電二極體PD 1量測紅外線。
在步驟S420處，該方法透過其中配置紅外線阻斷濾光器之第二光電二極體PD 2量測可見光。例如，光學感測器透過其中配置紅外線阻斷濾光器之第二光電二極體PD 2量測可見光。
在步驟S430處，該方法透過其中配置彩色濾光器之第三光電二 極體PD 3量測可見光之特定波長之光量且基於透過第三光電二極體PD 3量測之一第三量測值以及第一量測值量測特定波長之光量。例如，如上所述，光學感測器100透過其中配置彩色濾光器之第三光電二極體PD 3量測可見光之特定波長之光量且基於透過第三光電二極體PD 3量測之一第三量測值以及第一量測值量測特定波長之光量。
在步驟S440處，該方法基於經量測之可見光、紅外線及特定波長的光量測周圍照度及目標之位置。例如，光學感測器100基於經量測之可見光、紅外線及特定波長的光(即，單色光)量測周圍照度及目標之位置。
因此，光學感測器100能夠用作量測周圍照度及一目標之距離之一照度感測器及一距離感測器兩者，且視需要亦用作執行用於特定單色光之一色彩平衡之色彩感測器。
製造成本透過簡化本文呈現之光學感測器100之實例之一結構而降低。
本文描述之設備及單元可使用硬體組件實施。硬體組件可包含(例如)控制器、感測器、處理器、產生器、驅動器及其他等效電子組件。硬體組件可使用一或多個通用或專用電腦(諸如(例如)一處理器、一控制器及一算數邏輯單元、一數字信號處理器、一微電腦、一場可程式化陣列、一可程式化邏輯單元、一微處理器或能夠以一定義方式回應於指令並執行指令之任何其他裝置)實施。硬體組件可運行一作業系統(OS)及在OS上運行之一或多個軟體應用程式。硬體組件亦可回應於軟體之執行而存取、儲存、操控、處理及產生資料。為簡單起見，一處理裝置之描述用作單數；然而，一般技術者將明白，一處理裝置可包含多個處理元件及多種類型的處理元件。例如，一硬體組件可包含多個處理器或一處理器及一控制器。此外，不同處理組態可行，諸如並行處理器。
為獨立或共同命令或組態處理裝置以使其按需要進行操作，上述方法可被編寫為一電腦程式、一段程式碼、一指令或其等之某個組合。軟體及資料可在任何類型的機器、組件、實體或虛擬設備、電腦儲存媒體或能夠提供指令或資料給處理裝置或提供由處理裝置解譯之指令或資料之裝置中永久或暫時具體實施。軟體亦可經由網路耦合電腦系統分佈方使得軟體以一分佈式方式儲存並執行。特定言之，軟體及資料可由一或多個非暫時電腦可讀記錄媒體儲存。媒體亦可單獨包含資料文件、資料結構等等或結合軟體程式指令包含資料文件、資料結構等等。非暫時電腦可讀記錄媒體可包含可儲存資料之任何資料儲存裝置，該資料此後可由一電腦系統或處理裝置讀取。非暫時電腦可讀記錄媒體之實例包含唯讀記憶體(ROM)、隨機存取記憶體(RAM)、光碟唯讀記憶體(CD-ROM)、磁帶、USB、軟碟、硬碟、光學記錄媒體(例如，CD-ROM或DVD)及PC介面(例如，PCI、高速PCI、WiFi等等)。此外，用於實現本文揭示之實例之功能程式、程式碼及程式碼段可由熟習此項領域之程式設計者基於如本文提供之圖式之流程圖及方塊圖以及其等對應描述解釋。
僅作為一非詳盡繪示，本文描述之一終端機/裝置/單元可能係指行動裝置，諸如(例如)一蜂巢式電話、一智慧型電話、一可穿戴式智慧型裝置(諸如(例如)一戒指、一手錶、一副眼鏡、一手鐲、一踝鐲、一皮帶、一項鏈、一耳環、一頭巾、一頭盔、嵌入在衣服中之一裝置等等)、一個人電腦(PC)、一平板個人電腦(平板電腦)、一平板手機、一個人數位助理(PDA)、一數位相機、一可攜式遊戲機、一MP3播放器、一可攜式/個人多媒體播放器(PMP)、一手持式電子書、一超級行動個人電腦(UMPC)、一可攜式膝上型PC、一全球定位系統(GPS)導航及多種裝置，諸如一高清晰度電視機(HDTV)、一光碟播放器、一DVD播放器、一藍光播放器、一視訊轉換器或能夠進行與本文揭示之 通信一致的無線通信或網路通信之任何其他裝置。在一非詳盡實例中，可穿戴式裝置可自安裝在使用者的身體上，諸如(例如眼鏡或手鐲)。在另一非詳盡實例中，可穿戴式裝置可透過一附接裝置安裝在使用者的身體上，諸如(例如)使用一臂帶將一智慧型電話或一平板電腦附接至一使用者的手臂或使用一掛繩將可穿戴式裝置懸掛在一使用者的頸部周圍。
一計算系統或一電腦可包含電連接至一匯流排之一微處理器、一使用者介面及一記憶體控制器，且可進一步包含一快閃記憶體裝置。快閃記憶體裝置可經由記憶體控制器儲存N位元資料。N位元資料可為已處理及/或將由微處理器處理之資料，且N可為等於或大於1之一整數。若計算系統或電腦係一行動裝置，則可提供一電池來供電以操作計算系統或電腦。一般技術者將明白，計算系統或電腦可進一步包含一應用程式晶片組、一相機影像處理器、一行動動態隨機存取記憶體(DRAM)及一般技術者已知的包含於一計算系統或電腦中之任何其他裝置。記憶體控制器及快閃記憶體裝置可構成使用一非揮發性記憶體以儲存資料之一固態硬碟或硬碟(SSD)。
雖然本發明包含特定實例，但是一般技術者將明白，在不脫離申請專利範圍之精神及範疇及其等等效物之情況下，可在此等實例中 作出形式及細節的各種改變。本文描述之實例僅以一描述性意義加以考慮且並非為了限制目的而加以考慮。各實例中之特徵或態樣之描述被視為適用於其他實例中之類似特徵或態樣。若以一不同順序執行所描述之技術及/或若以一不同方式組合及/或由其他組件或其等等效物取代或增補一所描述之系統、架構、裝置或電路中之組件，則可達成合適的結果。因此，本發明之範疇並未受限於詳細描述，但是受限於申請專利範圍及其等等效物，且申請專利範圍及其等等效物之範疇內之所有變動被解釋為包含於本發明中。
100‧‧‧光學感測器
110‧‧‧光電二極體
120‧‧‧光學濾光器
PD 1‧‧‧第一光電二極體
PD 2‧‧‧第二光電二極體
PD 3‧‧‧第三光電二極體

Claims (20)

  1. 一種光學感測器，其包括：光電二極體；及配置在該等光電二極體之至少一者上之光學濾光器，其中該等光學濾光器包括一紅外線阻斷濾光器及至少一可見光濾光器，且其中該光學感測器經組態以透過該等光電二極體量測一可見光頻帶中之一特定波長頻帶之一光量，其中一特定可見光濾光器配置在一光電二極體上。
  2. 如請求項1之光學感測器，其中該等光電二極體彼此間隔開且該等光學濾光器彼此間隔開。
  3. 如請求項1之光學感測器，其中該至少一可見光濾光器包括：一紅外線帶通濾光器，其經組態以阻斷可見光且使一紅外線通過；及一彩色濾光器，其經組態以使來自該可見光頻帶之該特定波長頻帶通過。
  4. 如請求項3之光學感測器，其中該彩色濾光器包括紅色、綠色及藍色濾光器，其等經組態以分別使對應於一紅色、一綠色及一藍色之單色光通過，且該等紅色、綠色及藍色濾光器佈置在彼此上面以形成該紅外線帶通濾光器。
  5. 如請求項3之光學感測器，其中該等光電二極體包括：一第一光電二極體，其經組態以量測該紅外線之一光量，其中該紅外線帶通濾光器配置在該第一光電二極體上；一第二光電二極體，其經組態以量測一白色光之一光量，其中該紅外線阻斷濾光器配置在該第二光電二極體上；及 一第三光電二極體，其經組態以量測該可見光之該特定波長頻帶以及該紅外線之一光量，其中該彩色濾光器配置在該第三光電二極體上，且其中該光學感測器對透過該第一光電二極體及該第三光電二極體量測之一量測值執行一差值運算以量測該特定波長頻帶之一照度。
  6. 如請求項3之光學感測器，其中該等光電二極體包括：一第一光電二極體，其經組態以量測該可見光之該特定波長頻帶以及該紅外線之一光量，其中該彩色濾光器配置在該第一光電二極體上；一第二光電二極體，其經組態以量測一白色光之一光量，其中該紅外線阻斷濾光器配置在該第二光電二極體上；及一第三光電二極體，其中光學濾光器並未配置在該第三光電二極體上，其中該光學感測器執行透過該第二光電二極體及該第三光電二極體量測之第二量測值與第三量測值之間之一第一差值運算以量測一距離，且執行該第一差值運算之一結果與透過該第一光電二極體量測之一第一量測值之間之一第二差值運算以量測一特定波長之一照度。
  7. 一種光學感測器，其包括：一第一光電二極體，其經組態以量測一白色光之一光量，其中一紅外線阻斷濾光器配置在該第一光電二極體上；及一第二光電二極體，其中該光學感測器基於透過該第一光電二極體及該第二光電二極體量測之量測值量測一周圍照度及一目標之一距離。
  8. 如請求項7之光學感測器，其中該第二光電二極體上並未配置光 學濾光器。
  9. 如請求項7之光學感測器，其中一紅外線帶通濾光器配置在該第二光電二極體上，該紅外線帶通濾光器使一紅外線通過，且該第二光電二極體量測該紅外線之一光量。
  10. 一種光學感測器，其包括：一第一光電二極體，其經組態以量測包括一紅外線之一光量之一第一量測值，其中一第一可見光濾光器配置在該第一光電二極體上；及一第二光電二極體，其經組態以量測包括該第二光電二極體之一暗電流之一第二量測值，其中一第二可見光濾光器及一紅外線阻斷濾光器配置在該第二光電二極體上，且其中該光學感測器執行該第一量測值與該第二量測值之間之一差值運算以量測一目標之一調整距離。
  11. 如請求項10之光學感測器，其中該第一可見光濾光器及該第二可見光濾光器係使一光之一紅外線頻帶通過之紅外線帶通濾光器。
  12. 如請求項11之光學感測器，其進一步包括：一第三光電二極體，其經組態以量測包括一可見光之一特定波長之一光量之一第三量測值，其中一彩色濾光器配置在該第三光電二極體上且使一光之一可見光頻帶之一特定波長頻帶通過，其中該光學感測器執行該第三量測值與該第一量測值之間之一差值運算以進一步量測一特定波長之一調整照度。
  13. 如請求項12之光學感測器，其進一步包括：一第四光電二極體，其中並未配置一光學濾光器，其中該光學感測器執行透過該第四光電二極體量測之一第四 量測值與該等第一量測值之間之一差值運算以量測一調整周圍照度。
  14. 如請求項11之光學感測器，其進一步包括：一第三光電二極體，其中第三光電二極體上未配置光學濾光器，其中該光學感測器執行該第一量測值與透過該第三光電二極體量測之一第三量測值之間之一差值運算以進一步量測一調整周圍照度。
  15. 如請求項10之光學感測器，其中該第一可見光濾光器及該第二可見光濾光器係使一光源之一可見光頻帶之一特定波長頻帶通過之彩色濾光器。
  16. 如請求項15之光學感測器，其進一步包括：一第三光電二極體，其中該第三光電二極體上未配置光學濾光器，其中該光學感測器基於該第二量測值量測一特定波長之一照度，且基於該第一量測值、該第二量測值及透過該第三光電二極體量測之一第三量測值量測一周圍照度。
  17. 如請求項10之光學感測器，其進一步包括：一第三光電二極體，其上未配置一光學濾光器，其中該第一可見光濾光器對應於使紅外線頻帶通過之一紅外線帶通濾光器，且該第二可見光濾光器對應於通過一可見光頻帶之一特定波長頻帶之一彩色濾光器。
  18. 一種使用一光學感測器之方法，其包括：量測透過其中配置一紅外線帶通濾光器之一第一光電二極體接收之一紅外線中之一光量；量測透過其中配置一紅外線阻斷濾光器之一第二光電二極體 接收之一可見光量；及基於該量測之紅外線及量測之可見光量測該周圍照度及一目標之位置。
  19. 如請求項18之方法，其進一步包括：量測透過配置一彩色濾光器之一第三光電二極體接收之可見光之一特定波長之一單色光量；及使用該單色光量執行一色彩平衡。
  20. 如請求項18之方法，其進一步包括：量測透過其上未配置一光學濾光器之一第三光電二極體接收之一光量；及使用透過該第三光電二極體接收之該光量校正一暗電流。
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