TWI542152B - Light detection device - Google Patents
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- G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
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Description
本發明係關於半導體光檢測裝置，尤其係關於使用光電二極體來測定所入射的光量的技術。
將習知之半導體光檢測裝置的電路圖顯示於第3圖。
習知之半導體光檢測裝置係由光檢測部與計數器部所構成。
光檢測部係具備有：作為受光元件的第1光電二極體1及第2光電二極體2、第1蓄積手段12及第2蓄積手段13、開關6及7與基準電壓電路8a、放大器3及4、差分電路5、夾鉗電容20、將夾鉗電容20的電荷初始化的開關11與基準電壓電路8b、比較器9、及接受比較器9的輸出電壓Vcomp來控制各開關的控制電路10。
計數器部係具備有：振盪電路14、時脈成形電路15、第1及第2計數器16及17、計數器重置電路18、及暫存器19。
第1光電二極體1係設有遮斷紅外光的手段，藉由所入射的可見光而發生電荷。第2光電二極體2係設有遮斷所入射的光的遮光手段，發生作為基準的電荷。第1蓄積手段12係蓄積發生在第1光電二極體1的電荷。第2蓄積手段13係蓄積發生在第2光電二極體2的電荷。開關6及7與基準電壓電路8a係將第1蓄積手段12及第2蓄
積手段13的電荷進行重置。差分電路5係輸出蓄積在第1蓄積手段12及第2蓄積手段13的電荷的差分的電壓。夾鉗電容20係蓄積差分電路5所輸出的差分的電壓。開關11與基準電壓電路8b係將夾鉗電容20的電荷初始化。比較器9係將根據差分的電壓Vout與基準電壓電路8c的基準電壓Vrefc作比較而輸出輸出電壓Vcomp。亦即，若藉由入射至第1光電二極體1的可見光所致之電荷、與成為第2光電二極體2之基準的電荷的差分的電壓超過基準電壓Vrefc時，輸出電壓Vcomp係由Lo反轉成Hi。控制電路10係接受比較器9所輸出的輸出電壓Vcomp，生成重置訊號R及夾鉗訊號CL，藉由該訊號來控制各開關。
振盪電路14及時脈成形電路15係由控制電路10輸入夾鉗訊號CL，而輸出訊號TBCLK與夾鉗訊號CL。訊號TBCLK係夾鉗訊號CL僅在Lo的期間被輸出振盪電路14的訊號的訊號。第1計數器16係對訊號TBCLK進行計數，若達到預定的計數值時，即輸出訊號TBASE1。亦即，光電二極體1及2為以振盪電路的頻率來計測正在蓄積電荷的期間者。第2計數器17係對夾鉗訊號CL進行計數而輸出計數值。亦即，計測光電二極體1及2所進行的電荷的蓄積與放電的週期數者。
將顯示半導體光檢測裝置之平常動作的時序圖顯示於第4圖。
半導體光檢測裝置係若開始期間TBASE時，控制電路10將重置訊號R與夾鉗訊號CL形成為Hi。
藉此，開關6與7呈ON而光電二極體1與2的電壓被重置為基準電壓Vrefa。此外，開關11呈ON而差分電路5的輸出被重置為基準電壓Vrefb。接著，控制電路10係若經過預定的延遲時間時，將重置訊號R形成為Lo而使開關6與7為OFF，使光電二極體1與2開始蓄電。在蓄積期間，光電二極體1的輸出電壓VDI1係與所入射的可見光的量成正比而降低。此外，光電二極體2係被遮光，因此光電二極體2的輸出電壓VDI2並未降低。
若經過延遲時間α時，控制電路10係將夾鉗訊號CL形成為Lo而使開關11為OFF，使差分電路5將差分(電壓Vout)輸出至比較器9。
差分電路5所輸出的電壓Vout係慢慢上升而在差分輸出期間Ts達到基準電壓Vrefc。差分輸出期間Ts係可見光的強度愈大則愈成為短時間。
比較器9係若電壓Vout小於基準電壓Vrefc時，係將輸出電壓Vcomp設為Lo，但是若在差分輸出期間Ts，電壓Vout達到基準電壓Vrefc時，則將輸出電壓Vcomp設為Hi。
若輸出電壓Vcomp成為Hi時，控制電路10係將重置訊號R與夾鉗訊號CL形成為Hi，使輸出電壓Vcomp延遲來維持預定的期間Hi狀態。
若重置訊號R與夾鉗訊號CL成為Hi時，開關6及7、及開關11呈ON，光電二極體1與2被重置，電壓Vout會降低而成為基準電壓Vrefb。
以下，重置訊號R成為Lo，接著夾鉗訊號CL成為Lo而反覆相同的動作。
如上所示，反覆光電二極體1及2的蓄電與重置，該差分輸出期間Ts係可見光的強度愈大則愈短。
[專利文獻1]國際公開第2009/081971號
但是，在習知之半導體光檢測裝置中，若含有多數白熱燈泡等紅外光的光入射時，或異常強的光入射時，具有以下所示之缺點。
半導體光檢測裝置係藉由封裝體的構造，光由半導體晶片的側面等進入，因此在半導體的基板內會發生多數的少數載體。此時，藉由已到達至光電二極體1及2與基板的接合部的少數載體，光電二極體1及2的輸出電壓VDI1及2會降低。
若含有大量紅外光的光或異常強的光入射時，相對於因由表面所入射的可見光所致之光電二極體的輸出電壓的降低量，因藉由由半導體晶片的側面等所進入之紅外光或可見光所發生的少數載體所致之光電二極體的輸出電壓的降低量的比率會變大。因此，光電二極體1的輸出電壓
VDI1與光電二極體2的輸出電壓VDI2係保持差異小的狀況而降低。光電二極體1的輸出電壓VDI1係僅可至光電二極體的接合成為順偏壓為止進行降低，通常為-0.3V左右。因此，若光電二極體1及2的基準電壓Vrefa較低時，在電壓Vout到達基準電壓Vrefc之前，光電二極體1的輸出電壓VDI1係到達-0.3V而停止降低。若光電二極體2的輸出電壓VDI2更進一步降低，電壓Vout並不會到達基準電壓Vrefc，而開始下降。因此，在期間TBASE，比較器的輸出係形成為一次也不會反轉的狀態。半導體光檢測裝置係輸出資料0，亦即檢測結果係雖然可見光入射，仍形成為暗狀態。
因此，本發明之目的在提供一種即使在含有大量紅外光的光或異常強的光入射的情形下，亦可輸出更接近實際光量的測定值的光檢測裝置。
為解決習知之課題，本發明之光檢測裝置係如以下構成。
形成為一種光檢測裝置，其特徵為具備有：第1受光元件，其係設有將紅外光進行遮光的紅外遮光手段；第2受光元件，其係設有將所入射的光進行遮光的遮光手段；蓄積手段，其係蓄積發生在第1受光元件與第2受光元件的電荷；差分電路，其係輸出蓄積在第1受光元件與第2受光元件的電荷的差分；比較器，其係檢測根據差分的電
壓已達到預定的電壓而輸出檢測訊號；控制電路，其係根據檢測訊號，在將蓄積在第1受光元件與第2受光元件的電荷與藉由差分電路所得之差分重置成初始值後，使電荷再次蓄積在蓄積手段；及蓄積檢測電路，其係若第1受光元件或第2受光元件的輸出電壓達到預定的電位時，對控制電路輸出檢測訊號。
藉由本發明之光檢測裝置，由於形成為設置檢測第1受光元件或第2受光元件的輸出電壓已達到預定電位的蓄積檢測電路，若含有大量紅外光的光入射時，雖然有充分的入射光，但是差分未達到預定的值時即輸出檢測訊號的構成，因此可輸出更為接近於實際光量的測定值。
以下說明本實施形態之半導體光檢測裝置。
第1圖係顯示本實施形態之半導體光檢測裝置之構成的電路圖。
本實施形態之半導體光檢測裝置係由光檢測部與計數器部所構成。
光檢測部係具備有：作為受光元件的第1光電二極體1及第2光電二極體2；輸入與第1光電二極體1的陰極相連接的變換器21；第1蓄積手段12及第2蓄積手段13；開關6及7與基準電壓電路8a；放大器3及4；差分電
路5；夾鉗電容20；將夾鉗電容20的電荷初始化的開關11與基準電壓電路8b；比較器9；輸入比較器9的輸出與變換器21的輸出的OR電路22；及接受OR電路22所輸出的輸出電壓Vcomp來控制各開關的控制電路10。
計數器部係具備有：振盪電路14及時脈成形電路15、第1計數器16、第2計數器17、計數器重置電路18、及暫存器19。
第1光電二極體1係設有遮斷紅外光的手段，藉由所入射的可見光而發生電荷。第2光電二極體2係設有遮斷所入射的光的遮光手段，發生作為基準的電荷。變換器21係若第1光電二極體1的陰極的電壓降低時，由Lo反轉為Hi。亦即，為第1光電二極體1的電荷的蓄積檢測電路。
第1蓄積手段12係蓄積發生在第1光電二極體1的電荷。第2蓄積手段13係蓄積發生在第2光電二極體2的電荷。開關6及7與基準電壓電路8a係將第1蓄積手段12及第2蓄積手段13的電荷進行重置。
差分電路5係輸出蓄積在第1蓄積手段12及第2蓄積手段13的電荷的差分的電壓。夾鉗電容20係蓄積差分電路5所輸出的差分的電壓。開關11與基準電壓電路8b係將夾鉗電容20的電荷初始化。
比較器9係輸出將根據差分的電壓Vout與基準電壓電路8c的基準電壓Vrefc進行比較的結果。亦即，若藉由入射至第1光電二極體1的可見光所致之電荷、與成為
第2光電二極體2的基準的電荷的差分的電壓超過基準電壓Vrefc時，比較器9的輸出係由Lo反轉為Hi。
控制電路10係接受比較器9的輸出透過OR電路22所被輸出的輸出電壓Vcomp，生成重置訊號R及夾鉗訊號CL，藉由該訊號來控制各開關。此外，OR電路22係按照變換器21的輸出的反轉，將輸出電壓Vcomp反轉而輸出至控制電路10。
振盪電路14及時脈成形電路15係由控制電路10輸入夾鉗訊號CL而輸出訊號TBCLK與夾鉗訊號CL。夾鉗訊號CL的延遲時間α係設定為比重置訊號R的延遲時間為更長。訊號TBCLK係夾鉗訊號CL僅在Lo的期間被輸出振盪電路14的訊號的訊號。
第1計數器16係對訊號TBCLK進行計數，若達到預定的計數值時，即輸出訊號TBASE1。亦即，以振盪電路的頻率來計測光電二極體1及2正在蓄積電荷的期間者。第2計數器17係對夾鉗訊號CL進行計數而輸出計數值。亦即，為計測光電二極體1及2所進行的電荷的蓄積與放電的週期數者。
計數器重置電路18係若計數器部開始夾鉗訊號CL的計數時，將訊號TBASE形成為Hi，若第1計數器16輸出訊號TBASE1時，將訊號TBASE形成為Lo。此外，計數器重置電路18係對第1計數器16輸出重置訊號RESET1而重置第1計數器16的計數值，對第2計數器17輸出重置訊號RESET2而亦重置第2計數器17的計數
值。如上所示，計數器重置電路18係至差分電路5正在輸出差分的期間的合計達到預定期間為止，將訊號TBASE保持為Hi。
暫存器19為16位元暫存器，在訊號TBASE為Hi的期間，記憶第2計數器17所輸出的計數值。接著，將若訊號TBASE變為Lo時所記憶的計數值作為16位元的暫存器輸出來進行輸出。該輸出係在TBASE期間，光電二極體1及2反覆蓄電與放電的次數，成為與入射光的強度成正比的值。
藉此，半導體光檢測裝置係可計測入射光的強度。接著，可見光為主體的光入射時的平常動作時的半導體光檢測裝置的動作係與第4圖所示之習知之半導體光檢測裝置的時序圖相同。
半導體光檢測裝置係若開始期間TBASE時，控制電路10將重置訊號R與夾鉗訊號CL形成為Hi。
藉此，開關6與7呈ON，光電二極體1與2的電壓被重置為基準電壓Vrefa。此外，開關11呈ON而差分電路5的輸出被重置為基準電壓Vrefb。接著，控制電路10係若經過預定的延遲時間時，將重置訊號R形成為Lo而使開關6與7呈OFF，在光電二極體1與2開始蓄電。在蓄積期間，光電二極體1的輸出電壓VDI1係與所入射的可見光的量成正比而降低。此外，光電二極體2係被遮光，因此光電二極體2的輸出電壓VDI2並不會降低。
若經過延遲時間α，控制電路10係將夾鉗訊號CL
形成為Lo而使開關11呈OFF，使差分電路5將差分(電壓Vout)輸出至比較器9。
差分電路5所輸出的電壓Vout係慢慢上升而在差分輸出期間Ts達到基準電壓Vrefc。差分輸出期間Ts係可見光的強度愈大則愈成為短時間。
比較器9係若電壓Vout小於基準電壓Vrefc時，係將輸出電壓Vcomp形成為Lo，但是若在差分輸出期間Ts，電壓Vout達到基準電壓Vrefc時，將輸出電壓Vcomp形成為Hi。
若輸出電壓Vcomp成為Hi時，控制電路10係將重置訊號R與夾鉗訊號CL形成為Hi，使輸出電壓Vcomp延遲而維持Hi狀態預定的期間。
若重置訊號R與夾鉗訊號CL成為Hi時，開關6及7、及開關11呈ON，光電二極體1與2被重置，電壓Vout降低而成為基準電壓Vrefb。
以下，重置訊號R成為Lo，接著夾鉗訊號CL成為Lo，反覆相同動作。
如上所示，反覆光電二極體1及2的蓄電與重置，該差分輸出期間Ts係可見光的強度愈大則愈短。
接著，說明含有大量紅外光的光或異常強的光入射時之本實施形態之半導體光檢測裝置的動作。
第2圖係顯示本實施形態之半導體光檢測裝置之含有大量紅外光的光或異常強的光入射時的動作的時序圖。
至蓄積開始，係與平常時的動作、第4圖的時序圖相
同。
若重置訊號R由Hi成為Lo而蓄積開始時，含有大量紅外光的光或異常強的光入射時，光電二極體2的輸出電壓VDI2的降低快，與光電二極體1的輸出電壓VDI1的降低的差較小。因此，在電壓Vout達到基準電壓Vrefc前，光電二極體1的輸出電壓VDI1係達到-0.3V左右。
在此，將變換器21的反轉電壓Vth21設定為例如0.5V左右。如上所示藉由在光電二極體1的陰極設置變換器21，在輸出電壓VDI1完全下降前，變換器21輸出Hi。因此，OR電路22所輸出的輸出電壓Vcomp係未取決於比較器9的輸出而成為Hi。
如以上說明所示，本實施形態之半導體光檢測裝置係僅追加簡便的電路，即使在含有大量紅外光的光或異常強的光入射時，亦可使檢測輸出接近於原本所期望的值。
其中，在本實施形態之半導體光檢測裝置中，變換器21的輸入係與光電二極體1的陰極相連接來進行說明，但是並非限定於此。例如，若在使變換器21的反轉電壓Vth21不太能變低的情形下，即使在變換器21的輸入連接光電二極體2的陰極，亦可得同樣效果。此外，亦可與放大器3或放大器4的輸出相連接。
此外，變換器21若為可檢測光電二極體的陰極的電壓的電路即可，而非限定於此。
此外，第1蓄積手段12及第2蓄積手段13係用以調節光電二極體1與2的受光感度者，即使沒有第1蓄積手
段12及第2蓄積手段13，本實施形態之半導體光檢測裝置係可感測光。
1、2‧‧‧光電二極體
3、4‧‧‧放大器
5‧‧‧差分電路
8a、b、c‧‧‧基準電壓電路
9‧‧‧比較器
10‧‧‧控制電路
11‧‧‧開關
14‧‧‧振盪器
15‧‧‧時脈成形電路
16‧‧‧第1計數器
17‧‧‧第2計數器
18‧‧‧計數器重置電路
19‧‧‧暫存器
20‧‧‧夾鉗電容
21‧‧‧變換器
22‧‧‧OR電路
CL‧‧‧夾鉗訊號
R‧‧‧重置訊號
Vcomp‧‧‧輸出電壓
VDI1、VDI2‧‧‧輸出電壓
Vrefa、Vrefb、Vrefc‧‧‧基準電壓
TBASE、TBASE1、TBASE2、TBCLK‧‧‧訊號
RESET1、RESET2‧‧‧重置訊號
第1圖係顯示本實施形態之半導體光檢測裝置的電路圖。
第2圖係顯示本實施形態之半導體光檢測裝置之含有大量紅外光的光或異常強的光入射時的動作的時序圖。
第3圖係顯示習知之半導體光檢測裝置的電路圖。
第4圖係顯示習知之半導體光檢測裝置之動作的時序圖。
1、2‧‧‧光電二極體
3、4‧‧‧放大器
5‧‧‧差分電路
8a、b、c‧‧‧基準電壓電路
9‧‧‧比較器
10‧‧‧控制電路
11‧‧‧開關
14‧‧‧振盪器
15‧‧‧時脈成形電路
16‧‧‧第1計數器
17‧‧‧第2計數器
18‧‧‧計數器重置電路
19‧‧‧暫存器
20‧‧‧夾鉗電容
21‧‧‧變換器
22‧‧‧OR電路
CL‧‧‧夾鉗訊號
R‧‧‧重置訊號
Vcomp‧‧‧輸出電壓
VDI1、VDI2‧‧‧輸出電壓
Vrefa、Vrefb、Vrefc‧‧‧基準電壓
TBASE、TBASE1、TBASE2、TBCLK‧‧‧訊號
RESET1、RESET2‧‧‧重置訊號
Claims (2)
- 一種光檢測裝置，其係測定可見光的照度的光檢測裝置，其特徵為具備有：第1受光元件，其係設有將紅外光進行遮光的紅外遮光手段；第2受光元件，其係設有將所入射的光進行遮光的遮光手段；蓄積手段，其係蓄積發生在前述第1受光元件與前述第2受光元件的電荷；差分電路，其係輸出蓄積在前述第1受光元件與前述第2受光元件的電荷的差分；比較器，其係檢測根據前述差分的電壓已達到預定的電壓而輸出檢測訊號；控制電路，其係根據前述檢測訊號，在將蓄積在前述第1受光元件與前述第2受光元件的電荷與藉由前述差分電路所得之差分重置成初始值後，使電荷再次蓄積在前述蓄積手段；及蓄積檢測電路，其係若前述第1受光元件或前述第2受光元件的輸出電壓達到預定的電位時，對前述控制電路輸出前述檢測訊號。
- 如申請專利範圍第1項之光檢測裝置，其中，前述蓄積檢測電路係具備有輸入第1受光元件或前述第2受光元件的輸出電壓的變換器。
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