TWI472727B - 輻射感測器 - Google Patents

Description

輻射感測器

根據申請專利範圍獨立項之所述，本發明係關於一種輻射感測器。這種輻射感測器係由專利DE 19735379與DE 10 2004 028022所揭示。

輻射感測器轉換入射輻射成為電子信號以進行偵測。該偵測之性質可為定性或定量。

定性偵測，例如在該感測器之視野內的動作偵測。定量偵測可為用於溫度偵測的溫度測定，例如量測人體的溫度。

在該感測器中的一或多個感測元件轉換輻射成為電子信號，並將它們適當地成形與格式化。因為通常入射的信號非常微弱，成形化通常至少包括放大及/或阻抗轉換。亦可能進行濾波。這種成形化的信號被輸出用以進行進一步處理，來完成所需要的定性或定量偵測。定性偵測可以包含一與輻射相關的強度-臨界值之比較。定量偵測可以包含一與輻射相關的強度-溫度信號之轉換。

第1圖所示為感測器10之典型結構的側視圖。其測量之輻射通常為紅外線輻射，其靈敏度之最大值在波長區域高於1μm。在第1圖中，1根據該等個別入射輻射被指定為複數個感測元件輸出，而無關於各個其它電子輸出信號。該入射輻射之符號為光束9。落到感測器10上的光束 可假設為平行的輻射，因為該輻射源相較於該感測器尺寸通常為很遠。光束收斂手段5，例如提供做為整體外殼4至6的一部份，收斂該輻射到感測元件1之上。收斂可為聚焦，且感測元件1位在該聚焦平面中。光束收斂手段5可為鏡片，尤其是具有平行於或重合於該外殼之軸心的光學軸之球形透鏡。11代表做為收斂手段5的光學軸的軸心，其重合於金屬蓋4的對稱軸，其通常為管狀。

亦提供某種電路2，接收來自感測元件1的信號。該感測器另具有終端7，其可以包括用於供應電力至該感測器內之電子組件的電力終端，及輸入與輸出終端，其用於根據該入射輻射而輸入控制信號及輸出信號。

通常，空間中的解析度需要位在該感測器的視野之內。然後該感測器具有某種光束成形化元件，例如在其外殼中有某種鏡片或鏡面，用於收斂或聚焦入射輻射到感測元件之上。可提供複數個感測元件，一特定的感測元件輸出一信號，使得其可由該等個別感測元件的不同輸出來推斷出空間的資訊，係根據在那些元件接收到收斂或聚焦的輻射。

感測器具有某個視野。該視野由外殼的特性、光學元件之成像特性及藉由該感測器元件配置所定義。在習知的感測器中，該配置通常為對稱或長方形。第1圖示意性地顯示出一收斂手段5，其具有垂直於在其上提供有一或多個感測元件之表面的一外殼對稱軸，並重合於收斂手段5之光學軸。通常，該等感測元件相對於該光學軸對稱地被提 供。收斂手段5本身對稱地被安裝與成形在相對於該等元件所界定之感測器安裝，尤其是基底板6(收斂手段5的平面平行於基底板6)。

該收斂手段與該外殼之對稱性通常為旋轉對稱性。然而，該感測器相對於所需要的視野之安裝通常皆非對稱。例如，對於移動與存在性偵測時，該裝置某種程度上被安裝在遠離於要被監測的空間。例如，其可被安裝在一天花板之下，且可向前看數公尺。該偵測區域並非就在該感測器之下，因此具有整體非對稱性的外觀。某種程度而言，這種非對稱性安裝狀況可藉由傾斜該感測器或包含該感測器之裝置來應付。然後，其仍然維持非對稱，這些非對稱性造成根據與該感測器之距離而有非均勻的偵測特性。

本發明之目的在於提供可適用於非對稱視野的感測器。本發明另一目的在於提供具有非對稱性安裝狀況與非對稱性視野之感測器，可改善感測元件之輸出的均勻性。本發明另一目的在於提供具有非對稱性安裝狀況與非對稱性視野之感測器，可增加觀察區段的均勻性。

這些目的藉由該等獨立項之特徵來完成。附屬項係關於本發明之較佳具體實施例。

根據本發明，藉由提供感測元件相較於該輻射收斂手段之光學軸的非對稱或偏移配置，及/或藉由提供感測元件相較於該感測器外殼之軸心或中心的非對稱或偏移配置， 及/或藉由提供一或多個光學彎曲區段來彎曲整體光學路徑而已經將某種傾斜建構到該感測器當中。

除此之外，為了等化複數個感測元件彼此之間差異的靈敏度，該複數個感測元件可以具有不同的靈敏度、不同大小、不同間距或不同的影響層。

一感測器之複數個感測元件可沿著一直線或彎曲的配置線來配置，其可相對於一收斂手段的光學軸或相對於該感測器外殼的一軸心或中心來偏移。尤其是，該配置線的中點可相對於該光學軸或相對於該外殼軸心或外殼中心來偏移。該光學軸可以交會於該配置線，也可不交會。

某些感測元件可具有相較於彼此為不同的尺寸。尤其是，它們在沿著上述配置線的方向上可具有它們有效敏感區域之不同長度。

某些感測元件可具有相較於彼此為不同的相對靈敏度。該等不同的靈敏度可來自於固有的結構，或可來自於所提供不同的影響層(吸收層、反射層)，用於影響入射輻射之吸收或反射。

相鄰感測元件之間距當與不同配對的相鄰感測元件比較時可以不相同。

由外部朝向該等感測元件導引輻射的光學系統可具有一彎曲區段，除了可能提供收斂效果外用於彎曲該整體輻射。

該等前述的每一個手段可個別單獨地採用，或可用其任何的組合來採用。

第2a圖所示為在一感測器中感測元件的一配置。該圖式為該感測器之基底板的平面圖，並示意性地顯示出複數個感測元件相對於該基底板的配置。其要指出除了第2a圖所示之外可提供其它的結構，例如在該基底板上提供另一基板，並承載感測元件1。同樣地，亦可提供一電路板來直接承載一基板或該等感測元件。

編號1a-1h代表感測元件。顯示出有八個感測元件一起沿著一配置線配置，在架構上如22所示。要指出結構22僅在第2a圖當中描述。在實際的產品中，將最有可能僅由感測元件1之配置來辨識出。在所示的具體實施例中，配置線22為一直線。同樣地，其可被彎曲。第2a圖所示為該等感測元件相對於該基底板的中心為非對稱的配置。23代表在該等感測元件之配置平面上該基底板的中點或該內部感測器橫截面之中心(重心)。其可為一外殼軸心與該配置平面的交會點。但是，其可同樣地指出收斂手段5(鏡片、Fresnel鏡片)之光學軸與承載感測元件1之基底板/電路板/基板交會的地方。該等感測元件之配置相對於此中點23(交會點、中點)為非對稱。當該感測器外殼與收斂手段5的整體配置為對稱時(圓形對稱)，該外殼之中點與該光學軸與該基底板/電路板/基板之交會點可以重合。因此，該等感測元件(在第2a圖之具體實施例中顯示為8個)之配置線22的中點(如23所示)可相對於該感測器外殼中點或光學軸做偏移。

該配置之效果在於該感測器之視野不再相對於該收斂手段之光學軸或該外殼軸心為對稱，其可能重合於整個感測器之機械軸心。所以某種傾斜被建構到該感測器當中，因此一機械傾斜可能較少，或可被完全避免。因此，要安裝依此方式建構的感測器較為容易。

該等感測元件可配置成使得在中點23的兩側提供不同數目的感測元件。該配置可使得在其一側之上完全不提供有感測元件。該配置可使得該配置線交會於該光學軸。此顯示於第2a圖中。但是同樣地，該配置亦可相對於該光學軸為側向偏移，使得該光學軸或外殼軸心不會交會於該配置線。然後，配置線22相對於中點23為側向偏移。

該配置之效果在於該感測器之視野相對於該光學軸之偏移類似於該等感測元件之配置的偏移。此示意性地顯示於第2b圖中。11代表該光學軸，並顯示有四個感測元件1a到1d配置在光學軸11的上方側上。藉由收斂手段5的成像特性，該等個別感測元件1a到1d之視野於收斂手段5的另一側上被配置在光學軸11的另一側上(即在第2b圖的下方側上)。假設第2b圖係一感測器在一天花板下方的實際安裝狀況之示意側視圖，可瞭解到雖然感測器10為正常安裝(主表面平行或垂直於周圍結構，例如整個裝置或安裝壁面)，該感測器由於該等感測元件相較於光學軸11之偏移配置而已經有點向下看(looks somewhat downward)。

在第2a圖中，參考編號2代表用於評估來自該等感測元件之信號並用於形成輸出信號的電路。21可為一溫度基 準感測器，用於測量一基準溫度在當評估來自該等感測元件之信號時進行考量。24可為一位置表示結構，用於表示該感測器之姿態。其可為在該感測器外殼之外部處的實體結構，例如某種突出或凹陷，或可為一圖形標示。電路2將在以下參照第9圖做說明。

第4圖所示為本發明第一實施態樣之其它特徵。再次地，感測器元件1a到1h顯示為沿著一配置線22做配置。在組合中顯示出為：- 感測元件1可具有不同的尺寸，尤其是不同的寬度，尤其是在沿著該配置線的方向上，其中感測元件1a之寬度w1大於下方具有寬度w2的另一感測元件，- 不同配對的相鄰感測元件具有不同的間距(段差寬度)，其中該等最上方感測元件具有一較大的間距P1，然而下方的感測元件具有較小的間距P2。

假設第4圖係一感測器在實際操作中安裝的平面圖(即天花板係在感測元件1a之上，地板係在感測元件1h之下，配置線22係垂直)，藉由成像收斂手段5之倒反效果，該最上方感測元件將看向一較近的區域，然而該最下方感測元件將看向一更遠的部份。因此，它們將不同地投射在這些相隔的區域上，且尤其是經由逐漸增加的交會切割該等遠端區域將在徑向方向上變寬，其係如果沿著該配置線使用相同尺寸與相同間距的感測元件。為了做補償，該看向遠方的感測元件(下方感測元件)要比具有看向較近的感測元件要較小，及/或具有較小的間距。

個別感測元件之靈敏度調整亦可由該等個別感測元件1在垂直方向(在第1圖中為z方向)上未聚焦的設置來達到。因此，不同的感測元件可具有不同的z位置。

當感測元件沿著一配置線具有不同尺寸時，它們在安裝方向上看起來由上到下變小，或者它們可由一最外側感測元件朝向中點23減小。當感測元件的靈敏度彼此之間不同時，它們可製成使得它們補償由於幾何或光學特性造成之有差異的感測輸出。該間距可由一最上方感測元件在向下的方向上減少，或可由一周圍區域朝向該感測器之中心減少。

第5a圖所示為沿著複數條配置線22、53至56的配置。在中間之22可為與該感側器之光學軸或對稱軸交會者，其由編號23表示，如上述。在此處顯示在一配置線上的所有感測元件提供在中點23一側之上的具體實施例。平行於配置線22可提供有一條、二條或更多的配置線。在第5a圖中顯示有四條。沿著這些配置線，可配置其它的感測元件51、52。在一垂直方向上(即沿著一直線配置線的方向)，它們可具有相同的感測元件之配置樣式，如同具有中心線22或如同上述的直線。但同樣地，如所示，感測元件的配置樣式可以不同，例如具有較少數目的感測元件。如果提供偶數的配置線(2、4、6、...)，中點23可落在就於它們的兩者之間。

第5b圖所示為感測元件如何投射在要被監測的區域之上。其為一監測區域的平面圖。10係假設為具有第5a圖之 感測元件樣式的一感測器。56-1為由收斂手段5在感測元件1之特定元件上成像的個別區域。鄰近的區域56-1a投射在上方感測元件1a，反之亦然。所以，一徑向移動轉換成沿著該等配置線中之一者的投射，然而一圓周移動轉換成垂直於配置線的投射。該圖式顯示出具有尖銳輪廓之個別區域。此僅為示意性。該等區域並不會有尖銳地定義。

第6圖所示為一影響特定感測元件1之靈敏度的技術。在全部或一部份感測元件之上方(即在該輻射入射表面上)，一吸收層61或一反射層62可提供成為該感測元件之一部份。一吸收層61增加紅外線吸收，因此用於最大化輻射/熱之轉換造成產生之一電子信號。一反射層62達成相反目的，即最小化該吸收，因此降低靈敏度。該吸收層61與該反射層62僅為了澄清而顯示在一感測元件1上。通常會使用吸收層61，然而不常見到使用反射層，尤其是在相同的感測元件上不結合於吸收層。

根據本發明第一實施態樣之特徵，不同的感測元件具有不同的靈敏度。此可用於補償不同的進入輻射特性。多種效應造成遠端與鄰近的目標偵測並不相等。假設有兩個相同的輻射源，一個在遠端而一個在鄰近，遠端者朝向該感測器將放射較少的輻射，因為該感測元件之相對光圈會以更遠端的輻射者要小。此造成的效應為當目標在該感測器的遠端視野時，相較於在一近視野的目標而言，它們將造成相對較弱的信號。根據該配置，一補償效果由於次級光學效應可能是遠離該光學軸的區域將具有較差的聚焦特 性，因此造成在一個別感測元件上較差的輻射收集。此會影響在鄰近視野中的目標要比遠端的目標多，因此可能造成鄰近目標之降低的靈敏度。前述的效應根據幾何、結構與視野會某種程度被消除。但是，它們不可能彼此完全補償，且在靈敏度之殘留的不相等性可藉由使該等感測元件之靈敏度不相等來使其等化，例如藉由使用影響層，尤其是在那些發現會造成較弱反應之感測元件上的吸收層61。具有較強反應的感測元件可以不具有吸收層，或甚至可具有一反射層。

但是，除了使用影響層之外，不同感測元件1之不同的靈敏度亦可藉由不同的結構來達到，例如不同數目的熱感性串聯連接的接點或類似者。個別感測元件之靈敏度調整亦可由該等個別感測元件1在垂直方向(在第1圖中為z方向)上未聚焦的設置來達到。因此，所有的感測元件相對於該聚焦平面不需要具有相同的設置。不同的感測元件可具有不同的z位置。且同樣地，個別感測元件之靈敏度調整亦可在該數位部份中數值化地完成，其藉由應用不同的加權因子到來自不同感測元件的不同信號。

第7a、7b圖所示為一安裝狀況之示意性側視圖。該感測器係依上述設計。該視野偏離於光學軸，而比該感測器外殼或指向下方的光學軸要更為向下看。該等線條代表投射到感測元件1上。可瞭解到當它們看得更遠時，在所顯示的配置中它們將更為向下地投射到該等感測元件上。

該感測器可以包含彎曲該光學路徑的一光學元件或結 構，使得在該感測器元件之外的輻射相較於在該感測器內部的路徑將依循被彎曲的路徑。換言之，在該感測器之內與之外的光學軸並不平行，但包括某個角度。此可例如藉由在該光學路徑中提供一類似稜鏡的光學結構來達到。此可完整地提供一鏡片或收斂手段。第8a圖到第8d圖顯示其收斂手段80之具體實施例。

第8a圖為由一鏡片區段81與一稜鏡區段82構成之一體形成的收斂手段80之截面圖，其中該兩個區段為一體地形成。它們的形狀可為一整體圓形裝置，如第8b圖之透視圖中所示的架構。因此，其可被放置於一感測器的前方開口當中，或可附著於一感測器外殼之管狀外殼結構當中。虛線83代表鏡片區段81與稜鏡區段82之間的虛擬邊界。84可為該稜鏡區段面向該等感測元件的一平面表面。如果與如第2a圖所示的非對稱配置一同使用時，該稜鏡的厚部(在第8a圖與第8b圖中的底部)可面向該配置線之短側邊，即該配置線在其上具有較少或並無感測元件之側邊。然後，該等感測元件之非對稱配置提供向下看的第一組件，而額外提供一稜鏡區段82可提供其第二組件。第8b圖所示為整體收斂手段80之具體實施例的一示意性透視圖。

第8c圖所示為該收斂手段的額外選項。稜鏡區段82之兩側皆具有球狀表面81、88，即具有一聚焦效果的表面。此由參考編號81(亦示於第8a圖)與編號88所示，其為除了稜鏡區段82之外所提供的一鏡片區段，其由虛擬區隔線86、87所區隔。除此之外，一種板區段85可被提供在鏡片 區段81與稜鏡區段82之間。編號86顯示該等個別區段之間的虛擬區隔線。如上所述，該鏡片區段與該稜鏡區段可一體地形成。但是同樣地，它們可形成為個別的組件。

可瞭解到在該感測器之內結合的個別感測元件之光學路徑具有不同於在該感測器之外結合的對稱軸。該彎曲可藉由該光學系統之稜鏡區段，及藉由相對於該感測器外殼非對稱性配置的感測元件來完成，因為大多數係朝向該外殼的上方部份來偏移。此可提供之效果已於第2b圖所述，所以此效果與該稜鏡效果清楚地意味著一感測器「向下看」，如第8d圖之左側之示意側視圖所示。

用於形成前述收斂手段5、80之材料可為矽、鍺，或其它IR透明材料。這些係透明紅外線材料。

第8d圖的右側顯示之調整該感測器外觀至安裝條件的其它可能性。在相鄰表面上提供終端與收斂手段。在該處，終端係提供在相鄰於承載輻射入口/收斂手段5或80之表面的感測器表面上。該收斂手段可依上述來設計。同樣地，感測元件1可如上述地配置。在許多具體實施例中，該感測器可具有一整體管狀的外觀，其將輻射入口與終端提供在該管狀本體之相對平坦側邊上。但是在第8d圖之右側的具體實施例中，該外觀可更為接近於一長方形或立方體的形狀。在其中，該等終端座落在感測元件1a到1d與收斂手段5之間的一區域中。

該等前述的設計選項造成具有一視野相對於其外觀為非對稱的感測器。此可允許簡易地處理與安裝該感測器或 包括該感測器之裝置，且仍具有由該感測器或包含該感測器之裝置所提供之視野的非對稱特性。

為了取得一IR放射對象/物件之位置及/或近似的資訊，該垂直像素的陣列可結合於一多重聚焦元件的水平線來感測在一水平平面上的移動，例如Fresnel鏡，其將區段沿著傾斜於或垂直於該等感測元件之配置線的一條線配置成彼此鄰接。該等區段可略微脫離它們的外部光學軸，所以由一平面(上方)視角來看，它們會看進去被監測之空間的不同區段當中。一種典型常用的Fresnel鏡具有三個垂直分區(「堆疊」在垂直方向上)，及多個(基本上為8到12)水平分區(並列在水平方向上)。藉由這種鏡片，對於每個像素產生一分區樣式。利用適當的幀速率讀取該等個別像素經由該感測器之偵測範圍可允許定位，並依循一IR放射物件的熱圖像，而允許利用相當少數目的感測元件或聚焦元件來達到一2D熱影像。

以下係說明本發明第二實施態樣。下述本發明第二實施態樣的特徵可結合前述之本發明第一實施態樣的特徵。

已知的感測器之缺點亦在於它們的輸出信號會受到雜訊影響，因此無法精確地反應所要偵測的狀況，且使用很複雜，且因此需要其它外部處理。依此程度，存在有一目的在於提供一輻射感測器，用於正確與簡易地提供輸出信號給輻射，其可由本發明第二實施態樣來達到，以下第二實施態樣中進一步附加之結構係關於本發明第二實施態樣中較佳具體實施例。

依此程度，一輻射感測器，包含一或多個輻射感測元件，及接收該等感測元件之電子信號的電路，並根據該感測元件之電子信號提供一感測器輸出信號。該電路包含一切換信號電路，用於產生已知在該感測器外部的一可切換組件之開/關輸出信號，或包含一數位輸出信號電路，用於提供一多位元序列輸出信號。該感測器另具有一輸出終端，較佳地是僅一個輸出終端，用於輸出該開/關輸出信號或該多位元序列輸出信號。

利用前述的特徵，該輸出信號因為其以「即可使用」(ready-to-use)格式由該感測器輸出而可簡易地使用。僅提供一個輸出終端可降低內部組件受到外部雜訊的影響，因為整體而言，所提供的少數終端僅會收集到少量的外部雜訊。

在該感測器外殼內提供的電路可設計成具有少於50μW的電力消耗，較佳地是少於20μW，或少於10μW。所消耗的電力被轉換成熱量，因此在該感測器內的加熱功率低於公稱值，使得內部被加熱所造成內部產生的感測失真可被維持較小，且在可忽略的位準之下。

可以提供一溫度基準元件用於測量該感測器之相關部份的溫度，做為信號評估的考慮。

該等感測元件可為溫差電堆、熱輻射計或熱電感測元件。它們可用配對方式提供做為共通模式抑制。複數感測元件可提供成一陣列(縱向配置)或做為一矩陣(覆蓋某個區域)，以用於允許空間解析度。

該等感測元件可具有吸收層，用於改善該入射輻射的吸收。

該電路可包含一數位零件，用於完成數位信號處理，並可包含一A/D轉換器(AD轉換器)，用於轉換類比信號成為數位信號，其中後者可提供為複數平行位元或做為一序列位元流。

濾波手段可提供在該光學路徑上，或在該類比信號路徑或在該數位信號路徑上。

該外殼可具有相當好的熱傳導性。尤其是其熱傳導率優於純銅的20%，較佳地是優於其50%。

另外，該外殼可為導電性，用於遮蔽內部電路對抗外部電磁輻射，此可降低其對於內部電路的影響。

該外殼可具有標準化的尺寸，例如依據TO5標準或TO46標準。其亦可成形為一SMD(表面黏著元件，Surface mounted device)。

第1圖所示為可應用本發明之一種感測器。一電路板3承載感測元件1與電路2。終端7逐一穿過一外殼4至6的基板6，藉由如接合線8，被連接至電路2及/或感測元件1，。電路板3可被提供在基板6上。在所示的具體實施例中，該感測器僅包含一輸出終端7a，以用於輸出該偵測信號。

第9圖所示為該開放感測器之平面圖。在該感測器的基板6上，一小型電路板3用於提供支撐一基板20，其承載有感測元件1與電路2，較佳地是形成一ASIC。編號7a 到7d代表終端7之內側末端到達外側，如第1圖所示。他們在內側端處可被加寬來預備接合。接合線8可由該等終端末端處到達適當的計數器終端，例如在電路/ASIC 2上。感測元件1亦可經由接合連接或其它種類的連線來連接至ASIC 2。

21代表一溫度基準感測器，用於感測該感測器之相關部份的溫度。該相關部份可為承載感測元件1的基板。但同樣地，溫度基準感測器21可被整合到ASIC 2當中。其亦藉由適當的手段連接至電路2。其輸出信號可被考慮用於評估來自感測元件1的信號。

整體而言，在外殼基底板6、電路板3、基板20與在基板20上的感測元件1及電路2可形成一堆疊。

光束收斂手段5可為一鏡片或Fresnel鏡片。其與提供有感測元件1的該平面之距離D可為該鏡片之焦距，或可與其在z方向上(朝向或遠離該鏡片)偏離一限定值。

在第9圖中，11代表光束收斂手段5的光學軸。該感測元件1可相對於該光學軸對稱地被具有，或以某種非對稱地方式。

感測元件1可具有共通模式抑制。用於紅外線輻射的感測元件在它們的終端處提供AC或DC信號。該配置可使得兩個感測元件在相同方向上(共通模式)接收的信號成分彼此抵消。此可藉由串聯或並聯連接兩個具有相反極性的感測元件來達成，即在串聯連接中為連接該等個別正終端或該等個別負終端，且並聯連接一個感測元件之正極到其 它感測元件的負極。然後，該共通模式抵消並僅聚焦來自一不同來源的輻射，僅撞擊到該等感測元件中之一，而將造成一信號，因為其並未由來自該個別其它感測元件的相同但相反極性的信號成分所抵消。藉此擾動量，例如整個裝置之溫度上升，或散佈很廣的輻射源，例如對於入射的陽光造成表面的加熱，皆不會造成漏失偵測。該等連接的感測元件可以彼此相鄰，或比一感測元件的尺寸要距離更遠。

被建構在該感測器內的電路2，使得其在操作模式下具有少於50μW的電力消耗，較佳地是少於20μW，或少於10μW。消耗的電力被轉換成熱量。藉由設計使得消耗的電力較小，所得到的加熱功率亦小。然後，該內部加熱不會造成漏失偵測。其亦顯示出由該內部電路本身產生的熱量明顯地會造成漏失偵測。感測元件1通常基於轉換入射輻射由該等感測元件操作感測的熱量。該等感測元件無法區別由入射輻射產生的熱量或是由鄰近的內部電路產生的熱量。因此，為了最小化來自電路功率加熱造成的漏失偵測，電路功率被設計成相當地小，如上所述。

為了避免由於改變內部感測器操作狀態(例如待機或是繁忙運算中)造成功率消耗的改變所產生的溫度變化，設計上可使得在該等多種操作狀態下的功率消耗(最大功率Pmax，最小功率Pmin)僅差異在一預定量內。例如，Pmax/Pmin的比例可低於3、低於2、低於1.5或低於1.2，或者Pmax-Pmin的差值可低於10μW、5μW、2μW、或1μW。

此可藉由適當地設計該電路之固有特性來達成。其可提供專屬的功率消耗控制手段，例如功率消耗控制器，其中可包括一適當控制的虛擬消耗者，其用於保持功率消耗高於相對於所有可能的操作狀態之最高可能的功率消耗所定義的某個位準之上。該功率消耗控制器可能增加功率消耗，例如在該虛擬消耗者或是當消耗較低時在另一組件中。藉此，功率消耗可相當地均勻，且因此內部加熱功率相當均勻，因此其所造成的溫度變化可相當低。

電路2包括該切換信號電路，用於產生該開/關輸出信號，或包括該數位輸出信號電路，用於提供該多位元序列輸出信號。其在架構上連接於感測元件1與輸出終端7a之間。

光束收斂手段5可由IR透明材料製成。其可包含矽或鍺做為主要成份或其混合物。該鏡片可由微型加工來成形。

在該光學路徑上的濾波可藉由提供濾波層來達到，例如在光束收斂手段5上提供像是具有濾波層之鏡片或Fresnel鏡片。它們可成形為抗反射層，或為帶通、低通或高通層，或是選擇性反射層。藉由選擇性的反射濾波器之特性可消除選擇性的波段。複數個這樣的層可以堆疊的方式提供來設計出所需要的傳輸特性。該光學濾波可以包含1或2或5或高於5層或高於10層或高於20層。

為了避免整體感測器之熱不平衡性，該感測器之外殼可以包含具有相當良好熱傳導性的材料。其熱傳導性可優於純銅的20%或優於純銅的50%。該感測器外殼4至6可 以包含由前述材料以適當方式(特別是同心)形成的金屬蓋4，並承載一輻射入口，例如收斂手段5。藉此，該感測器之熱不平衡性可降低，使得同樣地可降低由於熱不平衡性造成的漏失偵測。

該外殼(蓋子)的感測器內壁之反射率可小於0.5、小於0.2或小於0.1，即少於被反射之入射輻射的50%、20%、10%。對於選擇的應用，其可小於5%或小於1%。此經由收斂手段5而用於最小化該預定輻射路徑之側向輻射路徑，與經由內部反射而可能發現進入到該等感測元件之路徑。其可被快速地吸收，且不會貢獻於在該感測元件處的信號。

第3圖所示為在感測器10之外殼內所提供之電路的示意方塊圖。電路2可為一ASIC(特定應用積體電路，Application specific integrated circuit)，並可包含一類比部份與數位部份，及一AD轉換器。該ASIC可在一個晶片內包含所有前述的組件與功能性。一AD轉換器可為類比組件與數位組件之間的一鏈結。

該等類比組件可包含來自感測元件1之信號的某種放大器33。放大器系數可視需要選擇，並亦可為1倍或小於1倍。放大器可包括阻抗轉換，以用於得到更強的信號做為後續評估。

32可為一類比濾波器，其可過濾掉對於所要偵測的狀況並非典型的信號量。其可為一種低通濾波器，可過濾掉例如高於10Hz或高於5Hz或高於2Hz的頻率。

如果提供複數個感測元件1，可提供某種多工器31，以用於序列地輪詢個別感測元件1，並一個接一個地提供它們的輸出至該等個別提供的類比組件之輸入。同樣地，溫度基準感測器21可連接至多工器31。但同樣地，其亦可直接經由AD轉換器34或多或少地進行。

該等前述的組件可在於該數位電路部份中所提供的一控制器39的控制之下。

該數位電路部份(如35所示)可包含一記憶體36，用於儲存程式資料、輸入資料、暫時資料、測量資料、歷史資料及類似者。

一處理器37可提供用於提供所需要的主要功能性，特別是用於實施該切換信號電路，以用於產生一開/關輸出信號，及/或用於實施該數位輸出信號電路，以用於提供一多位元序列輸出信號。

為了完成這些功能性並產生該等前述的輸出信號，處理器37可執行適當的程式來評估該等測量的數值，以及亦可能經由該等終端中之一而自外部輸入的數值。

當實施用於產生開/關輸出信號的切換信號電路時，該處理器可比較自AD轉換器34接收的該等測量值中的一或多者，與預先定義或調整的臨界值，且在當超過該臨界時產生一偵測信號。該臨界可由來自一輸入終端的一外部輸入定義，以用於定義該感測器的靈敏度。在發現到一正偵測之後，一輸出信號可由第一狀態切換到第二狀態(關到開)。其可根據亦由處理器37實施的預定條件來重置(至第 一狀態，即關閉狀態)。該條件在當量測的信號消失，或在一預定時間(例如2秒)之後重置，或在經由該等輸入終端中之一接收的一輸入信號決定的時間之後重置時可被重置。該處理器之輸出可被給定至輸出終端7a。其特性(振幅及/或內部電阻及/或頻率及/或編碼)可使得其適用於立即驅動可直接連接至該感測器之外部切換組件。該等兩個狀態(開/關)可由不同的電壓來反應。該等兩個電壓之間的電壓差可高於0.2伏特，或高於0.5伏特，或高於1伏特。於輸出終端7a處的輸出電阻可小於100歐姆，或小於50、20或10歐姆。

當具體實施數位編碼的定量輸出信號電路時，處理器37可再次進行來自AD轉換器34的該等測量信號之評估，其依此接收來自一或多個感測元件1之輸入。該評估可在由儲存在記憶體36中的一程式所反應的給定條件之下來進行。該等評估的結果可得到一定量值，例如用於反應一溫度值。此數值可被給定至一Codec(編碼/解碼電路(Coding/decoding circuit))38，其可以編碼該定量值成為一預先定義的編碼方式之一序列位元流。此可被給定至輸出終端7a。藉由Codec 38，該序列信號被再次成形(振幅、位元持續時間、內部電阻)，適合於由符合所選擇的編碼方式的外部(聆聽)組件來立即接收。Codec 38可根據一種已知的編碼方式來操作，例如二元化、IIC或類似者。如果使用IIC，可額外地提供一時脈信號輸出。

該感測器可被調整成以一可選擇的方式來同時實施一 切換信號電路與一數位輸出信號電路，例如可由經由終端7其中之一的一輸入信號來做選擇。

該感測器可具有三個終端7，即一個輸出終端7a與兩個電力終端7b與7c，7b用於供應電壓，而7c用於接地。輸出終端7a輸出前述之數位序列輸出信號或前述之切換信號。該感測器亦可具有第四終端7d，以用於一輸入信號。其可為一靈敏度設定信號，或一開啟時間設定信號，或一致能信號，或一選擇信號，或一同步信號，其用於同步化感測器內部循環/時序與外部需求。該感測器亦可包含一個以上的輸入終端。其可包含對於該等前述之輸入量之每一者的輸入終端，即一個終端用於靈敏度設定，一個終端用於開啟時間設定，一個終端用於致能設定，一個輸入終端用於前述的選擇信號，而一個輸入信號用於該同步信號。

39代表一控制器，用於控制該等個別的類比與數位組件之功能性。技術上而言，數位電路部份35可具有一CPU，其在適當時間實施處理器37、控制器39與Codec 38。

控制器39可以控制多工器31、濾波器32、AD轉換器34，以及該等數位組件之操作。

Codec 38亦可用於解碼來自該等輸入終端中之一的編碼輸入資料。

該致能輸入可以接收來自一感光裝置的信號，使得當已經偵測到有光線時，可避免輸出一切換信號電路的一開/關輸出信號。此可避免例如在白天期間進行操作。

感測器之靈敏度可經由晶片級，較佳地是在ASIC層級 的遮罩程式化來定義。電路2可以包含可能被永久修正來得到所需要之靈敏度的結構。此可在該類比信號部份或該數位信號部份中完成。其在第3圖中以編號40代表，且其顯示為做為濾波器32及/或放大器33之類比分支影響操作的一部份。但同樣地，其可提供在數位電路部份35中。

在其外觀中，該感測器之尺寸可根據某些標準，例如TO5或TO46。該感測器亦可形成為一表面黏著元件(SMD)，在該表面其中之一上具有接點區域或接點凸塊。

其本發明第二實施態樣之內容如下：一種輻射感測器(10)，其包含一或多個輻射感測元件(1)，其根據入射輻射提供一電子信號；一外殼(4至6)，其限定該感測元件，並允許輻射由外部入射到該感測元件上；複數個終端(7)，用於供應電力至該感測器，並用於輸出一感測器輸出信號；及電路(2)，其接收該感測元件的電子信號，並根據該感測元件的電子信號提供該輸出信號，其特徵在於該電路包含一切換信號電路，以用於產生在該感測器外部的一可切換組件之一開/關輸出信號，及/或包含一數位輸出信號電路，以用於提供一多位元序列輸出信號，及該感測器具有一輸出終端(7a)，以用於輸出該開/關輸出信號或該多位元序列輸出信號。

上述本發明第二實施態樣之感測器，包含一或多個輸入終端(7d)，用於接收致能信號、靈敏度設定信號、切換信號持續時間設定信號或同步信號中的一或多者。

上述本發明第二實施態樣之感測器，其中於該外殼內所提供的該電路之電力消耗少於50μW，較佳地是少於20μW或少於10μW。

上述本發明第二實施態樣之感測器具有四個終端，意即兩個電力終端(7b、7c)、一信號輸出終端(7a)及一輸入終端(7d)。

上述本發明第二實施態樣之感測器，其中該切換信號電路用於產生具有一段預定持續時間或根據一收到的輸入信號之持續時間的開/關輸出信號。

上述本發明第二實施態樣之感測器，包含一A/D轉換器，以用於轉換一類比量成為一序列或並列的數位量，其中該A/D轉換器輸入於該感測元件的電子信號，或由其所得到的一信號，以及經由該等輸入終端中至少一者所輸入的至少一輸入信號當中可多工化。

上述本發明第二實施態樣之感測器，包含一溫度基準元件，其連接至該電路，以用於偵測該感測器元件的一基準溫度。

上述本發明第二實施態樣之感測器，其中該感測元件為一溫差電堆；或者該感測元件為包含一溫差電堆、一熱輻射計或一熱電感測元件，及/或可用於偵測紅外線輻射，較佳地是其波長範圍在2μm到20μm。

上述本發明第二實施態樣之感測器，包含一輻射收斂手段(5)，其收斂入射輻射在一收斂平面上，且複數個感測元件配置成參照該平面的一限定關係中。

上述本發明第二實施態樣之感測器，其中提供一對或複數對極性感測元件，該等對的感測元件被連接用於傳遞具有共通模式抑制的一共通電子信號。

上述本發明第二實施態樣之感測器，其中該電路包含一積體電路，較佳地為一ASIC，其較佳地包含一A/D轉換器(2b)，用於類比-數位式轉換信號，尤其是根據一感測元件的電子信號或類比輸入信號所產生的電子信號中的一或多者，並包含一數位信號處理部份(2c)，其中包含下列一或多項一記憶體部份，用於儲存輸入資料、程式資料、測量的資料、中間資料當中的一或多者，編碼及/或解碼手段，用於編碼要輸出的資料及/或用於解碼輸入資料，多工化命令手段，用於控制該A/D轉換手段及/或該編碼及/或解碼手段之輸入及/或輸出的連接，運算手段，用於處理自該感測元件之輸出所得到的信號，其中該ASIC另可包含一類比電路部份(2a)，其包含下列一或多項放大手段，用於放大來自該感測元件的電子信號，阻抗轉換手段，其可連接至一感測元件， 濾波手段，同步化手段。

上述本發明第二實施態樣之感測器，包含一輻射收斂手段(5)，其較佳地形成為該外殼的一部份，並形成為一連續性，較佳地是球面鏡或是Fresnel鏡，較佳地是以矽及/或鍺做為主要成分而製成。

上述本發明第二實施態樣之感測器，包含濾波手段，以用於過濾入射在該等感測元件上的輻射，較佳地是形成為在一輻射收斂手段上的一層或複數層做為一抗反射層及/或一帶通層。

上述本發明第二實施態樣之感測器，其中該外殼包含由導電性及/或熱傳導性為純銅之至少20%或至少50%之材料所製成的一蓋子。

上述本發明第二實施態樣之感測器，其可形成為一SMD，或具有標準化組態之外殼，較佳地是TO5或TO46。

上述本發明第二實施態樣之感測器，其包含電力消耗控制手段，特別用於控制電力不會低於某數值，該某個數值較佳地是相對於一最大可能電力消耗來定義。

在本說明書中所述之特徵只要它們的組合未因技術原因而排除者，皆應視為可彼此組合。同樣地，參照先前技術所述之該等特徵只要未與其有衝突皆亦可結合於本發明之特徵使用。

1‧‧‧感測元件

1a~1h‧‧‧感測元件

2‧‧‧電路

3‧‧‧電路板

4‧‧‧金屬蓋

5‧‧‧收斂手段

6‧‧‧基底板

7‧‧‧終端

7a‧‧‧輸出終端

7b‧‧‧電力終端

7c‧‧‧電力終端

7d‧‧‧第四終端

7d‧‧‧輸入終端

8‧‧‧接合線

9‧‧‧光束

10‧‧‧感測器

11‧‧‧光學軸

20‧‧‧基板

21‧‧‧溫度基準感測器

22‧‧‧配置線

23‧‧‧中點

24‧‧‧位置表示結構

31‧‧‧多工器

32‧‧‧類比濾波器

33‧‧‧放大器

34‧‧‧AD轉換器

35‧‧‧數位電路部份

36‧‧‧記憶體

37‧‧‧處理器

38‧‧‧編碼解碼電路

39‧‧‧控制器

40‧‧‧部份

51a~51d‧‧‧感測元件

52‧‧‧感測元件

53~56‧‧‧配置線

56-1a~56-1h‧‧‧成像區域

56-51a~56-51d‧‧‧成像區域

56-52‧‧‧成像區域

61‧‧‧吸收層

62‧‧‧反射層

80‧‧‧收斂手段

81‧‧‧鏡片區段

82‧‧‧稜鏡區段

83‧‧‧虛線

84‧‧‧平面

81、88‧‧‧球狀表面

86、87‧‧‧虛擬區隔線

85‧‧‧板區段

88‧‧‧鏡片區段

D‧‧‧距離

w1‧‧‧寬度

w2‧‧‧寬度

P1‧‧‧間距

P2‧‧‧間距

本發明之具體實施例將參照附屬圖式做說明，其中：第1圖為可應用本發明之感測器的截面圖。

第2a圖為在一感測器中感測元件之配置的平面圖。

第2b圖係一感測器在一天花板下方的實際安裝狀況之示意側視圖。

第3圖為該感測器之內部信號處理的區塊電路圖。

第4圖、第5a圖、第5b圖為在一感測器中該等感測元件之尺寸與其它配置，以及它們在要被監視的區域上的投影。

第6圖為包含影響層的一感測元件。

第7a、7b圖為幾何性考量。

第8a圖至第8d圖為一收斂手段的具體實施例。

第9圖為該感測器之內部結構的平面圖。

1a~1h‧‧‧感測元件

2‧‧‧電路

3‧‧‧電路板

21‧‧‧溫度基準感測器

22‧‧‧配置線

23‧‧‧中點

24‧‧‧位置表示結構

Claims (14)

1. 一種輻射感測器(10)，用於偵測輻射源，該輻射感測器包含：複數個輻射感測元件(1)，其沿著一配置線配置，並根據個別入射的輻射個別地提供一電子信號；一外殼，其限定該等輻射感測元件；輻射收斂手段，其具有一光學軸用於收斂入射輻射朝向該等輻射感測元件；及電路(2)，其接收該等輻射感測元件的電子信號，並根據該等輻射感測元件的電子信號提供一輸出信號，其特徵在於該配置線的中點偏離於該輻射收斂手段(5)的光學軸。
2. 一種輻射感測器(10)，用於偵測輻射源，該輻射感測器包含：複數個輻射感測元件(1)，其沿著一配置線配置，並根據個別入射的輻射個別地提供一電子信號；輻射收斂手段，其具有一光學軸用於收斂入射輻射朝向該等輻射感測元件；及電路(2)，其接收該等輻射感測元件的電子信號，並根據該等輻射感測元件的電子信號提供一輸出信號，其特徵在於該等輻射感測元件中至少部份在它們的感測部彼此相較之下具有不同的尺寸，較佳地是它們的有效敏感區域 在沿著該配置線的尺寸上具有不同的長度。
3. 一種輻射感測器(10)，用於偵測輻射源，該輻射感測器包含：複數個輻射感測元件(1)，其沿著一配置線配置，並根據個別入射的輻射個別地提供一電子信號；輻射收斂手段，其具有一光學軸用於收斂入射輻射朝向該等輻射感測元件；及電路(2)，其接收該等輻射感測元件的電子信號，並根據該等輻射感測元件的電子信號提供一輸出信號，其特徵在於該等輻射感測元件中至少部份彼此相較之下具有不同的相對靈敏度，較佳地是由該等感測部之不同結構或提供不同的影響層來製成在該等輻射感測元件上，特別是吸收層或反射層。
4. 一種輻射感測器(10)，用於偵測輻射源，該輻射感測器包含：複數個輻射感測元件(1)，其沿著一配置線配置，並根據個別入射的輻射個別地提供一電子信號；輻射收斂手段，其具有一光學軸用於收斂入射輻射朝向該等輻射感測元件；及電路(2)，其接收該等輻射感測元件的電子信號，並根據該等輻射感測元件的電子信號提供一輸出信號，其特徵在於兩對或更多配對的相鄰輻射感測元件具有不同的間 距。
5. 一種輻射感測器(10)，用於偵測輻射源，該輻射感測器包含：一個輻射感測元件或複數個輻射感測元件(1)，其沿著一配置線配置，並根據個別入射的輻射個別地提供一電子信號；輻射收斂手段，其具有一光學軸用於收斂入射輻射朝向該等輻射感測元件；及電路(2)，其接收該等輻射感測元件的電子信號，並根據該等輻射感測元件的電子信號提供一輸出信號，其特徵在於該收斂手段，其包含一或多個收斂區段，用於收斂輻射，及一或多個用於彎曲輻射的彎曲區段，該收斂區段與該彎曲區段較佳地是一體地形成。
6. 如申請專利範圍第1項至第5項中任一項之輻射感測器，其中該配置線為交會於該光學軸的一直線。
7. 如申請專利範圍第1項至第5項中任一項之輻射感測器，其中該輻射收斂手段，包含一鏡片部，其可提供為限定該等輻射感測元件的該外殼之一部份，其中該鏡片部可為一球面透鏡或一具有修正結構的鏡片。
8. 如申請專利範圍第1項至第5項中任一項之輻射感測器，其中該配置線在該光學軸的一側上具有一較長的部份，而在該光學軸的另一側上具有一較短的部份，其中該等輻射感測元件的尺寸由在該較長部份上的一最 外側輻射感測元件朝向接近於該中點的一輻射感測元件減小；及/或該等輻射感測元件的靈敏度由在該較長部份上的一最外側輻射感測元件朝向接近於該中點的一輻射感測元件增加或減小；及/或該間距由該較長部份上的一最外側輻射感測元件朝向接近於該中點的一輻射感測元件減小。
9. 如申請專利範圍第1項至第5項中任一項之輻射感測器，其包含複數個其它的輻射感測元件，較佳地沿著一或更多其它配置線進行配置。
10. 如申請專利範圍第1項至第5項中任一項之輻射感測器，其中該等輻射感測元件對於紅外線輻射敏感，且較佳地係由用於增加入射輻射的吸收之影響層所覆蓋。
11. 如申請專利範圍第1項至第5項中任一項之輻射感測器，其中該電路，包含用於個別地加權來自該等輻射感測元件之每一者的輸出信號的手段。
12. 如申請專利範圍第1項至第5項中任一項之輻射感測器，其包含一外部標記，用於指明該內側配置線的配置。
13. 如申請專利範圍第1項至第5項中任一項之輻射感測器，其包含提供在一輻射感測器表面處的終端，其相對於該光學軸具有一預定角度，該角度可為0°、90°，或是之間的數值。
14. 如申請專利範圍第1項至第5項中任一項之輻射感測器，其中該電路包含一積體電路，較佳地是一ASIC，其 較佳地是包含一A/D轉換器(2b)，用於類比-數位式轉換信號，特別是根據一輻射感測元件的電子信號所產生的一電子信號或一類比輸入信號中的一或多者；並包含一數位信號處理部份(2c)，其中包含下列一或多項：一記憶體部份，用於儲存輸入資料、程式資料、測量的資料、中間資料當中的一或多者；編碼及/或解碼手段，用於編碼要輸出的資料及/或用於解碼輸入資料；多工化命令手段，用於控制該A/D轉換手段及/或該編碼及/或解碼手段之輸入及/或輸出的連接；運算手段，用於處理自該感測元件之輸出所得到的信號；其中該ASIC另可包含一類比電路部份(2a)，其包含下列一或多項：放大手段，用於放大來自該感測元件的電子信號；阻抗轉換手段，其可連接至一感測元件；濾波手段。