WO2012007580A2 - Assembly and method for detecting different optical wavelengths - Google Patents

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WO2012007580A2
WO2012007580A2 PCT/EP2011/062151 EP2011062151W WO2012007580A2 WO 2012007580 A2 WO2012007580 A2 WO 2012007580A2 EP 2011062151 W EP2011062151 W EP 2011062151W WO 2012007580 A2 WO2012007580 A2 WO 2012007580A2
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photodiode
illuminance
wavelength
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Michael Gieseler
Manfred Sorst
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Zentrum Mikroelektronik Dresden Ag
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    • G01J3/46Measurement of colour; Colour measuring devices, e.g. colorimeters
    • G01J3/465Measurement of colour; Colour measuring devices, e.g. colorimeters taking into account the colour perception of the eye; using tristimulus detection

Definitions

  • the invention relates to an arrangement for detection
  • the arrangement is preferably used for determining an illuminance which is adapted to the perception of the human eye (visible-eye characteristic).
  • the invention also relates to a method for detecting different wavelengths of light, preferably for
  • Filter layers are applied, which only happen the visible wavelengths of light.
  • semiconductor devices which use two similar photodiodes, wherein a photodiode of the radiation is exposed directly and a second is provided with an intermittent metal cover to prevent direct irradiation. This second photodiode therefore only receives charge carriers from the depth of the
  • Crystals which are preferably generated by infrared light components (IR light components).
  • IR light components infrared light components
  • Transimpedance amplifier with subsequent voltage ADC and current ADC use find further describes that one ADC in turn to implement the two
  • Channel information is used, which can be disadvantageous with respect to the so-called flicker noise.
  • Another example of such semiconductor arrangements is the semiconductor sensor ISL29015 from Intersil.
  • the invention is therefore based on the object, a
  • this object is achieved by a first photodiode having a first light wavelength conversion characteristic and a second photodiode
  • Photodiode with a differing from the first light wavelength Umset z characterizing immediately are arranged side by side on a semiconductor chip.
  • two photodiodes are used which have different light wavelength conversion characteristics.
  • the first photodiode can preferably convert blue and green light components, while the second photodiode preferably converts red light components.
  • Both photodiodes have one for infrared light
  • the two photodiodes are right next to each other on one
  • optical window is arranged.
  • a translucent window is arranged such that both photodiodes are irradiated with almost the same intensity.
  • the translucent window has no filter properties. The remaining area of the
  • Chip surface must be opaque with a
  • the common optical window is arranged in a chip housing. If the semiconductor chip spent in a chip package, so the translucent window in one, the
  • Chip housing can be arranged and allows such a uniform irradiation of both photodiodes.
  • the object is procedural ig This is achieved in that in a first method step, a difference, based on a first electrical quantity, between the two electrical quantities is formed, that in the second method step a linearization of this difference takes place within a wavelength range of the visible light, that a calculation of an average light wavelength L using the difference formed in the first process step takes place and that a convolution operation is performed using a quadratic form and is outputted as a result of the calculation as a value for illuminance.
  • the first and second photodiodes having different wavelength conversion characteristics generate first and second electrical quantities. This can be
  • lux value for example, as a lux value.
  • the electrical variable is a current. From the light wavelengths received by the photodiode a current is generated, which can subsequently be converted into a voltage. From this current or the voltage generated therefrom, a frequency corresponding to the voltage can be generated in a further conversion step.
  • a frequency or a digital output value is usually generated from the current.
  • Illuminance is performed.
  • L describes a mean lambda, k a
  • Fig. 2 shows an inventive arrangement of two photodiodes in a chip layout
  • a first photodiode 1 preferably converts blue and green light components, as shown in FIG. 1 as a continuous line trace.
  • a second photodiode 2 preferably converts red light components, as shown in FIG. 1 as a dashed-dotted line.
  • Photodiodes 1 and 2 have, for example, a for
  • Infrared light comparable transmission characteristics.
  • the first and the second photodiode 1 and 2 are arranged on the semiconductor chip 3 with a very small distance from each other, so that both are irradiated below a common, arranged over two photodiodes 1 and 2, optical window of the incident light in the same intensity.
  • the optical window which is not shown in the figure 2, can also in a housing of the
  • Semiconductor chips 3 may be arranged.
  • Each photodiode generates its own photocurrent. These are converted separately into a digital signal.
  • This digital signal may be, for example, a frequency signal at a voltage-frequency conversion or the output code of an ADC.
  • FIG. 2 shows an exemplary floorplanning of an entire chip 3 which, in addition to a sensor structure which also contains the two photodiodes 1 and 2, contains further components.
  • This structure includes two
  • external computer is implemented, for example, a characteristic of the human eye modeled.
  • the filter bandwidth is symmetrical about this mean and is 170 nm.
  • the factor k is chip related
  • Intensity for example, using a 16-bit resolution, a maximum intensity value is displayed.
  • OTP register Component that is programmed only once at the user
  • the determined mean wavelength L can be used both as an intermediate result of the method and for outputting the average color value of a light signal.

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Abstract

The invention relates to an assembly and method for detecting different optical wavelengths. The aim of the invention is to provide an assembly and method which do not require any additional process steps during chip production and are thus more cost-effective in the production. The assembly achieves this aim by providing a first photodiode (1) having a first conversion characteristic with regard to optical wavelength and a second photodiode (2) having a conversion characteristic with regard to optical wavelength differing from the first conversion characteristic, both photodiodes being arranged directly adjacent to each other on a semiconductor chip (3).

Description

Anordnung und Verfahren zur Detektion unterschiedlicher  Arrangement and method for detecting different
Lichtwellenlängen Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Detektion  Light Wavelengths The invention relates to an arrangement for detection
unterschiedlicher Lichtwellenlängen, vorzugsweise zur different wavelengths of light, preferably for
Ermittlung einer Beleuchtungsstärke. Die Anordnung wird vorzugsweise zur Ermittlung einer Beleuchtungsstärke, welche an das Empfinden des menschlichen Auges (Visible-Eye- Charakteristik) angepasst ist, verwendet. Determination of illuminance. The arrangement is preferably used for determining an illuminance which is adapted to the perception of the human eye (visible-eye characteristic).
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Detektion unterschiedlicher Lichtwellenlängen, vorzugsweise zur The invention also relates to a method for detecting different wavelengths of light, preferably for
Ermittlung einer Beleuchtungsstärke, bei welchem in zwei verschiedenen Lichtwellenlängenbereichen je eine Wandlung der detektierten Wellenlängenintensität in je eine Determining an illuminance, in which in two different light wavelength ranges depending on a conversion of the detected wavelength intensity in each one
elektrische Größe erfolgt. electrical size is done.
Aus dem Stand der Technik sind Halbleiteranordnungen bekannt, bei denen auf einer Halbleiteroberfläche Semiconductor arrangements are known in the prior art in which on a semiconductor surface
Filterschichten aufgebracht sind, welche nur die sichtbaren Lichtwellenlängen passieren lässt. Filter layers are applied, which only happen the visible wavelengths of light.
Weiterhin sind Halbleiteranordnungen bekannt, welche zwei gleichartige Fotodioden nutzen, wobei eine Fotodiode der Strahlung direkt ausgesetzt ist und eine zweite mit einer intermittierenden Metallabdeckung zur Vermeidung einer direkten Einstrahlung versehen ist. Diese zweite Fotodiode empfängt daher nur Ladungsträger aus der Tiefe des Furthermore, semiconductor devices are known, which use two similar photodiodes, wherein a photodiode of the radiation is exposed directly and a second is provided with an intermittent metal cover to prevent direct irradiation. This second photodiode therefore only receives charge carriers from the depth of the
Kristalls, welche vorzugsweise durch Infrarote-Lichtanteile ( IR-Lichtanteile ) erzeugt werden. Ein Beispiel hierfür ist im Patent der Firma TAOS US 6,596,981 Bl offenbart. Hieraus ist bezüglich der Schaltungsanordnung bekannt, dass Crystals, which are preferably generated by infrared light components (IR light components). An example of this is disclosed in the patent of TAOS US 6,596,981 Bl. From this it is known with respect to the circuit arrangement that
Transimpedanzverstärker mit nachfolgendem Spannungs- ADC und Strom- ADC Verwendung finden. TAOS beschreibt weiter, dass ein ADC nacheinander zur Umsetzung der beiden Transimpedance amplifier with subsequent voltage ADC and current ADC use find. TAOS further describes that one ADC in turn to implement the two
Kanalinformationen verwendet wird, was nachteilig bezüglich des sogenannten Funkelrauschens (Flicker Noise) sein kann. Channel information is used, which can be disadvantageous with respect to the so-called flicker noise.
Ein weiteres Beispiel für derartige Halbleiteranordnungen ist der Halbleitersensor ISL29015 der Firma Intersil. Another example of such semiconductor arrangements is the semiconductor sensor ISL29015 from Intersil.
Diese Lösungen aus dem Stand der Technik weisen den Nachteil auf, dass sie eine Abdeckung oder ein spezielles Filter für mindestens eine Fotodiode benötigen. Diese werden These prior art solutions have the disadvantage of requiring a cover or a special filter for at least one photodiode. These will
üblicherweise in zusätzlichen Behandlungsschritten bei der Chipherstellung erzeugt und verursachen somit einen Usually generated in additional treatment steps in the chip production and thus cause a
Mehraufwand innerhalb des Herstellungsverfahrens und damit verbunden höhere Kosten.  Additional expenses within the manufacturing process and associated higher costs.
Eine verfahrenstechnische Umsetzung der Detektion A procedural implementation of the detection
unterschiedlicher Lichtwellenlängen nach dem Stand der different wavelengths of light according to the state of
Technik bei den Firmen TAOS und Intersil zur Errechnung einer sogenannten Visible-Eye-Charakteristik ist den Technology at the companies TAOS and Intersil for the calculation of a so-called Visible Eye characteristic is the
Offenbarungen zu entnehmen, dass in der Grundgleichung Revelations show that in the basic equation
Lux = kl *blau+k2 *rot ausgegangen wird, wobei kl und k2 in Abhängigkeit vom IR-Anteil bereichsweise variabel angegeben werden. Allerdings beschreibt TAOS in der US 6,596,981 Bl das Erfassen des spektralen Inhalt des einfallenden Lichtes. Lux = kl * blue + k2 * is assumed to be red, where kl and k2 are given variable in regions as a function of the IR component. However, TAOS in US 6,596,981 Bl describes detecting the spectral content of the incident light.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine The invention is therefore based on the object, a
Anordnung und ein Verfahren zur Detektion unterschiedlicher Lichtwellenlängen anzugeben, welche keine zusätzlichen Provide arrangement and a method for detecting different wavelengths of light, which no additional
Behandlungsschritte bei der Chipherstellung benötigen und somit kostengünstiger in der Herstellung sind. Need treatment steps in the chip production and thus are cheaper to manufacture.
Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe anordnungsseit ig dadurch gelöst, dass eine erste Fotodiode mit einer ersten Lichtwellenlängen-Umsetzcharakteristik und eine zweite According to the invention, this object is achieved by a first photodiode having a first light wavelength conversion characteristic and a second photodiode
Fotodiode mit einer sich von der ersten unterscheidenden Lichtwellenlängen-Umset zcharakteristik unmittelbar nebeneinander auf einem Halbleiterchip angeordnet sind. Photodiode with a differing from the first light wavelength Umset zcharakteristik immediately are arranged side by side on a semiconductor chip.
Erfindungsgemäß werden zwei Fotodioden genutzt, welche verschiedene Lichtwellenlängen-Umset zcharakteristiken aufweisen. So kann die erste Fotodiode beispielsweise bevorzugt blaue und grüne Lichtanteile umsetzten, während die zweite Fotodiode vorzugsweise rote Lichtanteile umsetzt. Dabei haben beide Fotodioden eine für Infrarot-Licht According to the invention, two photodiodes are used which have different light wavelength conversion characteristics. For example, the first photodiode can preferably convert blue and green light components, while the second photodiode preferably converts red light components. Both photodiodes have one for infrared light
vergleichbare Wellenlängen-Umsetzcharakteristik. Die beiden Fotodioden sind unmittelbar nebeneinander auf einem comparable wavelength conversion characteristic. The two photodiodes are right next to each other on one
Halbleiterchip angeordnet, so dass sie von einem den Bereich der beiden Fotodioden beleuchtenden Licht mit nahezu Semiconductor chip arranged so that they are almost equal to a light illuminating the area of the two photodiodes
gleicher Intensität bestrahlt werden. be irradiated at the same intensity.
In einer Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass über der ersten und der zweiten Fotodiode ein gemeinsames In one embodiment of the invention it is provided that over the first and the second photodiode a common
optisches Fenster angeordnet ist. optical window is arranged.
Über beiden Fotodioden ist ein lichtdurchlässiges Fenster derart angeordnet, dass beide Fotodioden mit nahezu gleicher Intensität bestrahlt werden. Das lichtdurchlässige Fenster hat keine Filtereigenschaften. Der übrige Bereich der Over both photodiodes, a translucent window is arranged such that both photodiodes are irradiated with almost the same intensity. The translucent window has no filter properties. The remaining area of the
Chipoberfläche muss mit einer lichtundurchlässigen Chip surface must be opaque with a
Beschichtung oder Abdeckung versehen sein. Be provided coating or cover.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass das gemeinsame optische Fenster in einem Chipgehäuse angeordnet ist. Wird der Halbleiterchip in ein Chipgehäuse verbracht, so wird das lichtdurchlässige Fenster in einem, den In a further embodiment of the invention, it is provided that the common optical window is arranged in a chip housing. If the semiconductor chip spent in a chip package, so the translucent window in one, the
Halbleiterchip deckelartig abdeckenden Bereich des Semiconductor chip covering area of the
Chipgehäuses angeordnet sein und ermöglicht derart ein gleichmäßiges Bestrahlen beider Fotodioden. Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe verfahrensseit ig dadurch gelöst, dass in einem ersten Verfahrensschritt eine auf eine erste elektrische Größe bezogene Differenz zwischen den beiden elektrischen Größen gebildet wird, dass im zweiten Verfahrensschritt eine Linearisierung dieser bezogenen Differenz innerhalb eines Wellenlängenbereiches des sichtbaren Lichts erfolgt, dass eine Berechnung einer mittleren Lichtwellenlänge L unter Verwendung der im ersten Verfahrensschritt gebildeten Differenz erfolgt und dass eine Faltungsoperation unter Verwendung einer quadratischen Form erfolgt und das im Ergebnis der Berechnung als ein Wert für eine Beleuchtungsstärke ausgegeben wird. Chip housing can be arranged and allows such a uniform irradiation of both photodiodes. According to the invention, the object is procedural ig This is achieved in that in a first method step, a difference, based on a first electrical quantity, between the two electrical quantities is formed, that in the second method step a linearization of this difference takes place within a wavelength range of the visible light, that a calculation of an average light wavelength L using the difference formed in the first process step takes place and that a convolution operation is performed using a quadratic form and is outputted as a result of the calculation as a value for illuminance.
Die erste und die zweite Fotodiode, welche verschiedene Wellenlängen-Umsetzcharakteristiken aufweisen, erzeugen eine erste und eine zweite elektrische Größe. Diese kann The first and second photodiodes having different wavelength conversion characteristics generate first and second electrical quantities. This can
beispielsweise eine Spannung oder eine Frequenz sein, wobei die Frequenz aus einer zuerst erzeugten Spannung erzeugt werden kann. Diese elektrischen Größen werden gemäß den dargestellten Verfahrensschritten in einen Ausgabewert umgewandelt, welcher einer Beleuchtungsstärke, For example, be a voltage or a frequency, wherein the frequency can be generated from a voltage generated first. These electrical quantities are converted according to the illustrated method steps into an output value which corresponds to a illuminance,
beispielsweise als ein Lux-Wert, entspricht. for example, as a lux value.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, einen Strom-ADC ( Strom-Analog-Digital-Wandler ) einzusetzen um die Another possibility is to use a current ADC (current-to-analog-to-digital converter) around the
elektrische Größe, welche ein Fotostrom ist, in einen dem Strom entsprechenden digitalen Ausgabewert zu wandeln. Hierzu wird beginnend mit dem ersten Verfahrensschritt dieelectrical quantity, which is a photocurrent, to convert into a digital output value corresponding to the current. For this purpose, starting with the first method step, the
Bildung der bezogenen Differenz durchgeführt, nachfolgend in einem zweiten Schritt ein mittleres Lambda berechnet und im letzten Verfahrensschritt eine nichtlineare Forming the difference obtained, subsequently calculated in a second step, a mean lambda and in the last step, a non-linear
Faltungsoperation ausgeführt. In einer Ausführung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die elektrische Größe eine Strom ist. Aus den durch die Fotodiode empfangenen Lichtwellenlängen wird ein Strom erzeugt, welcher nachfolgend in eine Spannung gewandelt werden kann. Aus diesem Strom oder der daraus erzeugten Spannung kann in einem weiteren Wandlungsschritt eine der Spannung entsprechende Frequenz erzeugt werden. Convolution operation performed. In one embodiment of the method it is provided that the electrical variable is a current. From the light wavelengths received by the photodiode a current is generated, which can subsequently be converted into a voltage. From this current or the voltage generated therefrom, a frequency corresponding to the voltage can be generated in a further conversion step.
Nach dem Stand der Technik wird meist aus dem Strom eine Frequenz oder gleich ein digitaler Ausgabewert erzeugt. According to the state of the art, a frequency or a digital output value is usually generated from the current.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Berechnung gemäß der Formel In a further embodiment of the invention it is provided that the calculation according to the formula
k*blau  k * blue
Beleuchtungs stärke = durchgeführt wird.  Illuminance = is performed.
(L-L-LML-LZ) (LL- L ML-L Z )
Hierbei beschreibt L ein mittleres Lambda, k einen Here L describes a mean lambda, k a
Formfaktor aus der Umsetzung des Bestrahlungsleistung in die LUX-Definition sowie LI, L2 die untere und obere Nullstelle der Human Eye-Charakteristik (Visible-Eye-Charakteristik ) . Form factor from the conversion of the irradiation power into the LUX definition and LI, L2 the lower and upper zero point of the Human Eye characteristic (Visible-Eye characteristic).
Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines The invention will be described below with reference to a
Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. In den Embodiment will be explained in more detail. In the
zugehörigen Zeichnungen zeigt accompanying drawings shows
Fig. 1 eine Darstellung eines Wellenlängen-Intensitäts-1 is a representation of a wavelength intensity
Diagramms für zwei erfindungsgemäß genutzte Diagram for two inventively used
Fotodioden mit unterschiedlichen Wellenlängen- Photodiodes with different wavelengths
Umsetzcharakteristiken, conversion characteristics,
Fig. 2 eine erfindungsgemäß Anordnung zweier Fotodioden in einem Chip-Layout und Fig. 2 shows an inventive arrangement of two photodiodes in a chip layout and
Fig. 3 in der oberen Diagrammdarstellung des Ergebnisse einer Faltungsoperation für das im unteren Diagramm dargestellte monochromatische Licht (durchgehenderFig. 3 in the upper diagram representation of the results of a folding operation for the monochromatic light shown in the lower diagram (continuous
Linienzug/rote Kurve) mit der bekannten Human EyeTrace / red curve) with the well-known Human Eye
Kurve . Curve .
Erfindungsgemäß erfolgt eine Nutzung von zwei Fotodioden 1 und 2 mit unterschiedlicher Wellenlängen- Umsetzcharakteristik. Dabei setzt eine erste Fotodiode 1 vorzugsweise blaue und grüne Lichtanteile um, wie in der Figur 1 als durchgehender Linienzug dargestellt. Eine zweite Fotodiode 2 setzt vorzugsweise rote Lichtanteile um, wie in der Figur 1 als Strich-Punkt-Linie dargestellt. Beide According to the invention, use is made of two photodiodes 1 and 2 with different wavelength conversion characteristics. In this case, a first photodiode 1 preferably converts blue and green light components, as shown in FIG. 1 as a continuous line trace. A second photodiode 2 preferably converts red light components, as shown in FIG. 1 as a dashed-dotted line. Both
Fotodioden 1 und 2 haben beispielsweise eine für Photodiodes 1 and 2 have, for example, a for
Infrarotlicht (IR) vergleichbare Übertragungscharakteristik. Infrared light (IR) comparable transmission characteristics.
Die erste und die zweite Fotodiode 1 und 2 werden auf dem Halbleiterchip 3 mit einem sehr kleinen Abstand zueinander angeordnet, so dass beide unterhalb eines gemeinsamen, über beiden Fotodioden 1 und 2 angeordneten, optischen Fenster von dem einfallen Lichte in gleicher Intensität bestrahlt werden. Das optische Fenster, welches in der Figur 2 nicht dargestellt ist, kann auch in einem Gehäuse des The first and the second photodiode 1 and 2 are arranged on the semiconductor chip 3 with a very small distance from each other, so that both are irradiated below a common, arranged over two photodiodes 1 and 2, optical window of the incident light in the same intensity. The optical window, which is not shown in the figure 2, can also in a housing of the
Halbleiterchips 3 angeordnet sein. Semiconductor chips 3 may be arranged.
Jede Fotodiode erzeugt einen eigenen Fotostrom. Diese werden getrennt voneinander in je ein Digitalsignal gewandelt. Each photodiode generates its own photocurrent. These are converted separately into a digital signal.
Dieses Digitalsignal kann beispielsweise ein Frequenzsignal bei einer Spannungs-Frequenz-Umsetzung oder der Ausgangs- Code eines ADC sein. This digital signal may be, for example, a frequency signal at a voltage-frequency conversion or the output code of an ADC.
Diese beiden Digitalsignale werden in mittels des weiter unten beschriebenen Verfahrens in einen Intensitätswert umgerechnet, welcher der bei Sonnenlicht vom menschlichen Auge wahrgenommenen Intensität entspricht. These two digital signals are converted by means of the method described below into an intensity value which corresponds to the intensity perceived by the human eye in sunlight.
In der Abbildung 2 ist ein beispielhaftes Floorplanning eines gesamten Chips 3 dargestellt, welches neben einer Sensor-Struktur, die auch die beiden Fotodioden 1 und 2 beinhalten, weitere Baugruppen enthält. In dieser FIG. 2 shows an exemplary floorplanning of an entire chip 3 which, in addition to a sensor structure which also contains the two photodiodes 1 and 2, contains further components. In this
Darstellung ist die erste Fotodiode 1 das mit „Blau" und die zweite Fotodiode 2 das mit „IR" gekennzeichnete Quadrat. Die neben den Fotodioden angeordneten Rechtecke sind die Representation is the first photodiode 1 with "blue" and the second photodiode 2, the square marked "IR". The arranged next to the photodiodes rectangles are the
zugehörigen AD-Umsetzer. Daneben befindet sich die mit „Dark" gekennzeichnete Struktur zur Erfassung der associated AD converter. Next to it is the structure marked "Dark" for capturing the
Dunkelströme. Diese Struktur umfasst zwei Dark currents. This structure includes two
Kompensationssensoren, lediglich für den Fall, dass dieCompensation sensors, just in case the
Dunkelströme für „Blau" und „IR" gleich groß sind, wird nur ein Kompensationssensor auf dem Chip 3 benötigt. Dark currents for "blue" and "IR" are the same size, only one compensation sensor on the chip 3 is required.
Gemäß der Erfindung wird eine integrierbare Lösung zur According to the invention, an integrable solution for
Bestimmung der Visible Eye Charakteristik aus vorzugsweise einer blauempfindlichen ersten 1 und einer rotempfindlichen zweiten Fotodiode 2 und einer Schaltungsanordnung zur direkten Wandlung der Fotoströme mittels eines Spannungs- Frequenz-Umsetzers verwendet. Determining the visible eye characteristic of preferably a blue-sensitive first 1 and a red-sensitive second photodiode 2 and a circuit arrangement for direct conversion of the photocurrents by means of a voltage-frequency converter used.
Nach dem Stand der Technik wird mit Hilfe einer According to the prior art is using a
komplizierten nichtlinearen Formel, welche auf einem complicated nonlinear formula, which on one
externen Rechner implementiert ist, beispielsweise eine Charakteristik des menschlichen Auges nachempfunden. external computer is implemented, for example, a characteristic of the human eye modeled.
Gemäß der Erfindung wird die Intensität in mehreren According to the invention, the intensity in several
Verfahrensschritten ermittelt, welche nachfolgend aufgeführt sind: Determined process steps, which are listed below:
a) Errechnung einer auf eine „blaue" Charakteristik a) Calculation of a "blue" characteristic
bezogenen Differenz (blau-rot) /blau . „blau" und „rot kennzeichnen dabei die umgesetzten Fotoströme. b) Linearisierung dieser bezogenen Größe im Bereich des sichtbaren Lichtes, also im Wellenlängenbereich von 450 nm ... 670nm. c) Errechnung einer mittleren Lichtwellenlänge L unterrelative difference (blue-red) / blue. "Blue" and "red" indicate the converted photocurrents, b) linearization of this related quantity in the range of visible light, ie in the wavelength range from 450 nm to 670 nm. c) calculation of a mean wavelength of light L below
Nutzung der unter a.) ermittelten bezogenen/normiertenUse of the referred / normalized determined under a.)
Differenz . d) Vereinfachte Faltungsoperation unter Verwendung einer quadratischen Form Difference. d) Simplified convolution operation using a square shape
k*blau k * blue
Beleuchtungsstärke = (L-L L-Lz)  Illuminance = (L-L L-Lz)
Dabei werden die Nulldurchgänge des Nennerpolynoms At the same time, the zero crossings of the denominator polynomial become
beispielsweise so gewählt, dass die Faltungsoperation auf dem Mittelwert des Visible Eye-Spektrums (550nm - 555nm) ihr Maximum hat. Die Filterbandbreite ist symmetrisch um diesen Mittelwert und beträgt 170 nm. Damit sind die Nullstellen Li = 465nm und L2 = 635nm. Der Faktor k ist chipbezogen for example, chosen so that the convolution operation has its maximum on the average of the Visible Eye spectrum (550nm - 555nm). The filter bandwidth is symmetrical about this mean and is 170 nm. Thus, the zeroes Li = 465nm and L2 = 635nm. The factor k is chip related
empirisch so zu ermitteln, derart, dass bei maximaler empirically so to determine, such that at maximum
Intensität beispielsweise unter Verwendung einer 16 Bit- Auflösung ein maximaler Intensitätswert angezeigt wird.  Intensity, for example, using a 16-bit resolution, a maximum intensity value is displayed.
Dafür kann in der Chiparchitektur ein elektronisches This can be in the chip architecture an electronic
Bauelement, das nur einmal beim Anwender programmiert wird ( OTP-Register ) , vorgesehen sein. Component that is programmed only once at the user (OTP register), be provided.
Im oberen Diagramm der Figur 3 wird das Ergebnis einer In the upper diagram of Figure 3, the result of a
Faltung für das im unteren Diagramm dargestellte Convolution for the one shown in the lower diagram
monochromatische Licht (durchgehender Linienzug/rote Kurve) mit der bekannten Human Eye Kurve (Strich-Punkt-Line/grün) verglichen. Sie zeigt trotz des einfachen Verfahrens eine in weiten Bereichen sehr gute Übereinstimmung bezüglich der idealen Human Eye-Charakteristik . monochromatic light (continuous line / red curve) compared with the known human eye curve (dash-dot line / green). Despite the simple method, it shows a very good agreement in many areas with regard to the ideal human eye characteristic.
Die ermittelte mittlere Wellenlänge L ist sowohl als ein Zwischenergebnis des Verfahrens, als auch zur Ausgabe des mittleren Farbwertes eines Lichtsignals nutzbar. Bezugs zeichenliste The determined mean wavelength L can be used both as an intermediate result of the method and for outputting the average color value of a light signal. Reference sign list
erste Fotodiode first photodiode
zweite Fotodiode second photodiode
Halbleiterchip Semiconductor chip

Claims

Patentansprüche claims
1. Anordnung zur Detektion unterschiedlicher 1. Arrangement for detecting different
Lichtwellenlängen, vorzugsweise zur Ermittlung einer Beleuchtungsstärke, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Fotodiode (1) mit einer ersten  Light wavelengths, preferably for determining an illuminance, characterized in that a first photodiode (1) with a first
Lichtwellenlängen-Umsetzcharakteristik und eine zweite Fotodiode (2) mit einer sich von der ersten  Light wavelength conversion characteristic and a second photodiode (2) with a from the first
unterscheidenden Lichtwellenlängen-Umset zcharakteri stik unmittelbar nebeneinander auf einem Halbleiterchip angeordnet sind.  distinctive light wavelength Umset zcharakteri stik are arranged directly adjacent to each other on a semiconductor chip.
2. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch 2. A semiconductor device according to claim 1, characterized
gekennzeichnet, dass über der ersten und der zweiten Fotodiode (1, 2) ein gemeinsames optisches Fenster angeordnet ist.  in that a common optical window is arranged above the first and the second photodiode (1, 2).
3. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das gemeinsame optische Fenster in einem Chipgehäuse angeordnet ist. 3. A semiconductor device according to claim 1 or 2, characterized in that the common optical window is arranged in a chip housing.
4. Verfahren zur Detektion unterschiedlicher 4. Method for detecting different
Lichtwellenlängen, vorzugsweise zur Ermittlung einer Beleuchtungsstärke, bei welchem in zwei verschiedenen Lichtwellenlängenbereichen je eine Wandlung der  Wavelengths of light, preferably for determining an illuminance, in which in each of two different light wavelength ranges a conversion of the
detektierten Wellenlängenintensität in je eine  detected wavelength intensity in each one
elektrische Größe erfolgt, dadurch  electrical size occurs, thereby
gekennzeichnet, dass in einem ersten  characterized in that in a first
Verfahrensschritt eine auf eine erste elektrische Größe bezogene Differenz zwischen den beiden elektrischen Größen gebildet wird, dass im zweiten Verfahrensschritt eine Linearisierung dieser bezogenen Differenz Step, a relation to a first electrical magnitude difference between the two electrical variables is formed, that in the second process step a linearization of this difference
innerhalb eines Wellenlängenbereiches des sichtbaren Lichts erfolgt, dass eine Berechnung einer mittleren Lichtwellenlänge L unter Verwendung der im ersten within a wavelength range of the visible light, a calculation of a mean wavelength of light L using the first
Verfahrensschritt gebildeten Differenz erfolgt und dass eine Faltungsoperation unter Verwendung einer Process step formed difference and that a convolution operation using a
quadratischen Form erfolgt und das im Ergebnis der Berechnung als ein Wert für eine Beleuchtungsstärke ausgegeben wird. quadratic shape and that is output as a result of the calculation as a value for illuminance.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch Method according to claim 4, characterized
gekennzeichnet, dass die elektrische Größe eine Strom ist . characterized in that the electrical quantity is a current.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch A method according to claim 4 or 5, characterized
gekennzeichnet, dass die Berechnung gemäß der characterized in that the calculation according to the
f ^bl cm,  f ^ bl cm,
Formel Beleuchtungsstärke = (L_L )H,(L-L ) durch<?eführt wird. Formula Illuminance = (L _ L) H, ( LL ) by < ? ef is ührt.
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