專利名稱：光檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導體光檢測裝置，尤其涉及采用光電二極管來測定入射光的量的技術(shù)。
背景技術(shù)：
圖3示出現(xiàn)有的半導體光檢測裝置的電路圖?，F(xiàn)有的半導體光檢測裝置由光檢測部和計數(shù)器部構(gòu)成。光檢測部具備作為受光元件的第I光電二極管I以及第2光電二極管2 ;第I蓄積單元12以及第2蓄積單元13 ;開關(guān)6、7 ;基準電壓電路8a ;放大器3、4 ;差分電路5 ;鉗 位電容20 ;使鉗位電容20的電荷初始化的開關(guān)11和基準電壓電路8b ;比較器9 ;接收比較器9的輸出電壓Vcomp來控制各個開關(guān)的控制電路10。計數(shù)器部具備振蕩電路14以及時鐘形成電路15、第I計數(shù)器16以及第2計數(shù)器17、計數(shù)器復位電路18和寄存器19。第I光電二極管I設置有遮斷紅外光的單元，利用入射的可見光來產(chǎn)生電荷。第2光電二極管2設置有遮斷入射光的遮光單元，產(chǎn)生作為基準的電荷。第I蓄積單元12對在第I光電二極管I中產(chǎn)生的電荷進行蓄積。第2蓄積單元13對在第2光電二極管2中產(chǎn)生的電荷進行蓄積。開關(guān)6以及7和基準電壓電路8a使第I蓄積單元12以及第2蓄積單元13的電荷復位。差分電路5輸出蓄積在第I蓄積單元12以及第2蓄積單元13中的電荷的差分的電壓。鉗位電容20蓄積差分電路5所輸出的差分電壓。開關(guān)11和基準電壓電路8b使鉗位電容20的電荷初始化。比較器9對基于差分的電壓Vout與基準電壓電路Sc的基準電壓Vrefc進行比較，輸出輸出電壓Vcomp。即，當由入射到第I光電二極管I的可見光產(chǎn)生的電荷與第2光電二極管2的作為基準的電荷的差分電壓超過基準電壓Vrefc時，輸出電壓Vcomp從低電平向高電平翻轉(zhuǎn)。控制電路10接收比較器9輸出的輸出電壓Vcomp來生成復位信號R以及鉗位信號CL，并利用該信號來控制各個開關(guān)。振蕩電路14以及時鐘形成電路15從控制電路10輸入鉗位信號CL，輸出信號TBCLK和鉗位信號CL。信號TBCLK是用于僅在鉗位信號CL為低電平的期間輸出振蕩電路14的信號的信號。第I計數(shù)器16對信號TBCLK進行計數(shù)，當達到規(guī)定的計數(shù)值時輸出信號TBASE1。即，以振蕩電路的頻率來測量光電二極管I以及2蓄積電荷的期間。第2計數(shù)器17對鉗位信號CL進行計數(shù)來輸出計數(shù)值。即，測量光電二極管I以及2進行的電荷蓄積和放電的周期數(shù)。圖4示出表示半導體光檢測裝置的通常動作的時序圖。在半導體光檢測裝置中，當期間TBASE開始時，控制電路10將復位信號R和鉗位信號CL設為高電平。由此，開關(guān)6、7接通，光電二極管I和2的電壓被復位成基準電壓Vrefa。另外，開關(guān)11接通，差分電路5的輸出被復位成基準電壓Vrefb。并且，控制電路10在經(jīng)過規(guī)定的延遲時間后，使復位信號R成為低電平，使開關(guān)6、7斷開，使光電二極管I和2開始蓄電。在蓄積期間內(nèi)，光電二極管I的輸出電壓VDIl與入射的可見光的量成比例地降低。另外，因為光電二極管2被遮光，所以光電二極管2的輸出電壓VDI2不降低。當經(jīng)過延遲時間a時，控制電路10使鉗位信號CL成為低電平，使開關(guān)11斷開，差分電路5將差分(電壓Vout)輸出至比較器9。差分電路5輸出的電壓Vout緩緩上升，在差分輸出期間Ts內(nèi)達到基準電壓Vrefc0可見光的強度越大，差分輸出期間Ts越短。在電壓Vout小于基準電壓Vrefc的情況下，比較器9將輸出電壓Vcomp設為低電平，當在差分輸出期間Ts內(nèi)電壓Vout達到基準電壓Vrefc時，將輸出電壓Vcomp設為高電 平。當輸出電壓Vcomp成為高電平時，控制電路10將復位信號R和鉗位信號CL設為高電平，使輸出電壓Vcomp延遲來在規(guī)定的期間內(nèi)維持高電平狀態(tài)。當復位信號R與鉗位信號CL成為高電平時，開關(guān)6、7以及開關(guān)11接通，光電二極管I和2被復位，電壓Vout降低，成為基準電壓Vrefb。之后，復位信號R成為低電平，接著，鉗位信號CL成為低電平，反復相同的動作。這樣，反復光電二極管I以及2的蓄電和復位，可見光的強度越大，該差分輸出期間Ts越短。專利文獻I日本國際公開第2009/081971號但是，在現(xiàn)有的半導體光檢測裝置中，當白熾燈等的包含大量紅外光的光入射時或者異常強烈的光入射時，具有以下缺點。關(guān)于半導體光檢測裝置，根據(jù)封裝的構(gòu)造，光從半導體芯片的側(cè)面等進入，所以在半導體基板內(nèi)會產(chǎn)生多個少數(shù)載流子(少數(shù)々^ 'J r)D此時，光電二極管I以及2的輸出電壓VDIl以及VDI2由于到達光電二極管I以及2與基板的接合部的少數(shù)載流子而降低。當包含大量紅外光的光或異常強烈的光入射時，與基于從表面入射的可見光的光電二極管的輸出電壓降低量相比，基于通過從半導體芯片的側(cè)面等進入的紅外光或可見光產(chǎn)生的少數(shù)載流子的光電二極管的輸出電壓降低量的比率變大。因此，光電二極管I的輸出電壓VDIl與光電二極管2的輸出電壓VDI2在差異較小的狀態(tài)下降低。光電二極管I的輸出電壓VDIl僅僅能夠在光電二極管的結(jié)成為正偏置之前降低，通常為-O. 3V左右。因此，當光電二極管I以及2的基準電壓Vrefa較低時，在電壓Vout達到基準電壓Vrefc之前，光電二極管I的輸出電壓VDIl就達到-O. 3V而停止降低。當光電二極管2的輸出電壓VDI2進一步降低時，電壓Vout不會達到基準電壓Vrefc，而開始下降。因此，在期間TBASE中，比較器的輸出成為一次也不翻轉(zhuǎn)的狀態(tài)。半導體光檢測裝置輸出數(shù)據(jù)0，即盡管入射了可見光，但檢測結(jié)果是暗狀態(tài)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供即使在包含大量紅外光的光或異常強烈的光入射時也能夠輸出更接近實際光量的測定值的光檢測裝置。為了解決現(xiàn)有的課題，本發(fā)明的光檢測裝置采用以下結(jié)構(gòu)。采用了一種光檢測裝置，其特征在于，該光檢測裝置具備 第I受光元件，其設置有對紅外光進行遮光的紅外遮光單元;第2受光元件，其設置有對入射的光進行遮光的遮光單元；蓄積單元，其對在第I受光元件和第2受光元件中產(chǎn)生的電荷進行蓄積；差分電路，其輸出在第I受光元件與第2受光元件中蓄積的電荷的差分；比較器，其檢測基于差分的電壓達到規(guī)定電壓的情況，輸出檢測信號；控制電路，其根據(jù)檢測信號，將在第I受光元件與第2受光元件中蓄積的電荷和差分電路的差分復位成初始值，然后，使蓄積單元再次蓄積電荷；以及蓄積檢測電路，其在第I受光元件或第2受光元件的輸出電壓達到規(guī)定電位時，向控制電路輸出檢測信號。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明的光檢測裝置，設置有檢測第I受光元件或第2受光元件的輸出電壓達到規(guī)定電位的蓄積檢測電路，在包含大量紅外光的光入射的情況下，當盡管存在充分的入射光、但差分未達到規(guī)定值時，輸出檢測信號，所以能夠輸出更接近實際光量的測定值。



圖I是示出本實施方式的半導體光檢測裝置的電路圖。圖2是示出本實施方式的半導體光檢測裝置在包含大量紅外光的光或異常強烈的光入射時的動作的時序圖。圖3是示出現(xiàn)有半導體光檢測裝置的電路圖。圖4是示出現(xiàn)有半導體光檢測裝置的動作的時序圖。標號說明1、2光電二極管；3、4放大器；5差分電路；8a、b、c基準電壓電路；9比較器；10延遲電路；14振蕩電路；15時鐘形成電路；16第I計數(shù)器；17第2計數(shù)器；18計數(shù)器復位電路；19寄存器。
具體實施例方式以下，說明本實施方式的半導體光檢測裝置。圖I是示出本實施方式的半導體光檢測裝置的結(jié)構(gòu)的電路圖。本實施方式的半導體光檢測裝置由光檢測部和計數(shù)器部構(gòu)成。光檢測部具備作為受光元件的第I光電二極管I以及第2光電二極管2 ;輸入與第I光電二極管I的陰極連接的反相器21 ;第I蓄積單元12以及第2蓄積單元13 ;開關(guān)6、7和基準電壓電路8a ;放大器3、4 ;差分電路5 ;鉗位電容20 ;使鉗位電容20的電荷初始化的開關(guān)11和基準電壓電路Sb ;比較器9 ;輸入比較器9的輸出和反相器21的輸出的“或”電路22 ;接收“或”電路22輸出的輸出電壓Vcomp來控制各個開關(guān)的控制電路10。計數(shù)器部具備振蕩電路14以及時鐘形成電路15、第I計數(shù)器16、第2計數(shù)器17、計數(shù)器復位電路18和寄存器19。第I光電二極管I設置有遮斷紅外光的單元，利用入射的可見光來產(chǎn)生電荷。第2光電二極管2設置有遮斷入射的光的遮光單元，產(chǎn)生作為基準的電荷。當?shù)贗光電二極管I的陰極的電壓降低時，反相器21從低電平翻轉(zhuǎn)為高電平。即，作為第I光電二極管I的電荷的蓄積檢測電路。第I蓄積單元12對在第I光電二極管I中產(chǎn)生的電荷進行蓄積。第2蓄積單元13對在第2光電二極管2中產(chǎn)生的電荷進行蓄積。開關(guān)6以及7和基準電壓電路8a使第I蓄積單元12以及第2蓄積單元13的電荷復位。差分電路5輸出在第I蓄積單元12以及第2蓄積單元13中蓄積的電荷的差分電壓。鉗位電容20蓄積差分電路5所輸出的差分電壓。開關(guān)11和基準電壓電路Sb使鉗位電容20的電荷初始化。比較器9輸出對基于差分的電壓Vout和基準電壓電路Sc的基準電壓Vrefc進行比較后的結(jié)果。即，當基于向第I光電二極管I入射的可見光的電荷與第2光電二極管2的作為基準的電荷的差分電壓超過基準電壓Vrefc時，比較器9的輸出從低電平翻轉(zhuǎn)為高電平。控制電路10接收輸出電壓Vcomp，生成復位信號R以及鉗位信號CL，通過該信號來控制各個開關(guān)，其中，輸出電壓Vcomp是將比較器9的輸出經(jīng)由“或”電路22輸出后的電壓。此外，“或”電路22還與反相器21的輸出的翻轉(zhuǎn)對應地使輸出電壓Vcomp翻轉(zhuǎn)，輸出至控制電路10。 振蕩電路14以及時鐘形成電路15從控制電路10輸入鉗位信號CL，輸出信號TBCLK和鉗位信號CL。鉗位信號CL的延遲時間α被設定為比復位信號R的延遲時間長。信號TBCLK是用于僅在鉗位信號CL為低電平的期間輸出振蕩電路14的信號的信號。第I計數(shù)器16對信號TBCLK進行計數(shù)，當達到規(guī)定的計數(shù)值時輸出信號TBASEl。即，以振蕩電路的頻率來測量光電二極管I以及2蓄積電荷的期間。第2計數(shù)器17對鉗位信號CL進行計數(shù)，輸出計數(shù)值。即，測量光電二極管I以及2進行的電荷蓄積和放電的周期數(shù)。計數(shù)器復位電路18在計數(shù)器部開始鉗位信號CL的計數(shù)時，將信號TBASE設為高電平，當?shù)贗計數(shù)器16輸出了信號TBASEl時，將信號TBASE設為低電平。另外，計數(shù)器復位電路18向第I計數(shù)器16輸出復位信號RESET1，使第I計數(shù)器16的計數(shù)值復位，還向第2計數(shù)器17輸出復位信號RESET2，使第2計數(shù)器17的計數(shù)值復位。這樣，計數(shù)器復位電路18在差分電路5輸出差分的期間的總和達到規(guī)定期間之前，將信號TBASE保持為高電平。寄存器19是16位寄存器，在信號TBASE為高電平的期間，存儲第2計數(shù)器17所輸出的計數(shù)值。然后，當信號TBASE變?yōu)榈碗娖綍r，將已存儲的計數(shù)值作為16位的寄存器輸出進行輸出。該輸出是在TBASE期間內(nèi)、光電二極管I以及2反復蓄電和放電的次數(shù),是與入射光的強度成比例的值。這樣，半導體光檢測裝置能夠測量入射光的強度。并且，在以可見光為主體的光入射的情況下的通常動作時的半導體光檢測裝置的動作與圖4所示的現(xiàn)有半導體光檢測裝置的時序圖相同。在半導體光檢測裝置中，當期間TBASE開始時，控制電路10將復位信號R和鉗位信號CL設為高電平。由此，開關(guān)6、7接通，光電二極管I和2的電壓被復位成基準電壓Vrefa。另外，開關(guān)11接通，差分電路5的輸出被復位成基準電壓Vrefb。并且，控制電路10在經(jīng)過規(guī)定的延遲時間時使復位信號R成為低電平，使開關(guān)6、7斷開，使光電二極管I與2開始蓄電。在蓄積期間，光電二極管I的輸出電壓VDIl與入射的可見光的量成比例地降低。另外，因為光電二極管2被遮光,所以光電二極管2的輸出電壓VDI2不降低。當經(jīng)過延遲時間α時，控制電路10使鉗位信號CL成為低電平，使開關(guān)11斷開，使差分電路5向比較器9輸出差分(電壓Vout)。差分電路5所輸出的電壓Vout緩緩上升并在差分輸出期間Ts內(nèi)達到基準電壓Vrefc0可見光的強度越大，則差分輸出期間Ts越短。比較器9在電壓Vout小于基準電壓Vrefc的情況下,使輸出電壓Vcomp成為低電平，當在差分輸出期間Ts內(nèi)電壓Vout達到基準電壓Vrefc時，使輸出電壓Vcomp成為高電平。當輸出電壓Vcomp成為高電平時，控制電路10將復位信號R與鉗位信號CL設為高電平，使輸出電壓Vcomp延遲來在規(guī)定的期間內(nèi)維持高電平狀態(tài)。當復位信號R與鉗位信號CL成為高電平時，開關(guān)6、7以及開關(guān)11接通，光電二極
管I與2被復位，電壓Vout降低，成為基準電壓Vrefb。之后，復位信號R成為低電平，接著，鉗位信號CL成為低電平，反復相同的動作。這樣，反復光電二極管I以及2的蓄電和復位，可見光的強度越大，則該差分輸出期間Ts越短。接著，說明包含大量紅外光的光或異常強烈的光入射時的本實施方式的半導體光檢測裝置的動作。圖2是示出本實施方式的半導體光檢測裝置在包含大量紅外光的光或異常強烈的光入射時的動作的時序圖。在蓄積開始之前，通常時的動作與圖4的時序圖相同。當復位信號R從高電平變?yōu)榈碗娖蕉_始蓄積時，在包含大量紅外光的光或異常強烈的光入射的情況下，光電二極管2的輸出電壓VDI2的下降較快,與光電二極管I的輸出電壓VDII之間的降低差較小。因此，在電壓Vout達到基準電壓Vrefc之前，光電二極管I的輸出電壓VDIl達到-O. 3V左右。這里，將反相器21的翻轉(zhuǎn)電壓Vth21設定為例如O. 5V左右。這樣，通過在光電二極管I的陰極處設置反相器21，在輸出電壓VDIl充分下降之前，反相器21輸出高電平。因此，“或”電路22所輸出的輸出電壓Vcomp不取決于比較器9的輸出而處于高電平。如上所述，本實施方式的半導體光檢測裝置僅通過追加簡便的電路，即使在包含大量紅外光的光或異常強烈的光入射時，也能夠使檢測輸出接近本來期望的值。此外，在本實施方式的半導體光檢測裝置中，假定反相器21的輸入與光電二極管I的陰極連接而進行了說明，但不限于此。例如在無法使反相器21的翻轉(zhuǎn)電壓Vth21太低的情況下，即使將光電二極管2的陰極與反相器21的輸入連接，也能夠獲得同樣的效果。另夕卜，也可以與放大器3或放大器4的輸出連接。另外，反相器21只要是能夠檢測光電二極管的陰極電壓的電路即可，本發(fā)明并不被其所限定。另外，第I蓄積單元12以及第2蓄積單元13用于調(diào)節(jié)光電二極管I和2的受光靈敏度，即使沒有第I蓄積單元12以及第2蓄積單元13，本實施方式的半導體光檢測裝置也能夠檢測光。
權(quán)利要求
1.一種光檢測裝置，其對可見光的照度進行測定，其特征在于，該光檢測裝置具備 第I受光元件，其設置有對紅外光進行遮光的紅外遮光單元； 第2受光元件，其設置有對入射的光進行遮光的遮光單元； 蓄積單元，其對在所述第I受光元件和所述第2受光元件中產(chǎn)生的電荷進行蓄積； 差分電路，其輸出在所述第I受光元件與所述第2受光元件中蓄積的電荷的差分； 比較器，其檢測基于所述差分的電壓達到規(guī)定電壓的情況，輸出檢測信號； 控制電路，其根據(jù)所述檢測信號，將在所述第I受光元件與所述第2受光元件中蓄積的電荷和所述差分電路的差分復位成初始值，然后，使所述蓄積單元再次蓄積電荷；以及蓄積檢測電路，其在所述第I受光元件或所述第2受光元件的輸出電壓達到規(guī)定電位時，向所述控制電路輸出所述檢測信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光檢測裝置，其特征在于，所述蓄積檢測電路具備輸入第I受光元件或所述第2受光元件的輸出電壓的反相器。
全文摘要
本發(fā)明提供光檢測裝置，即使在包含大量紅外光的光或異常強烈的光入射時也能夠輸出更接近實際光量的測定值。該光檢測裝置具備第1受光元件，其根據(jù)入射的光產(chǎn)生電荷；第2受光元件，其設置有對入射的光進行遮光的遮光單元，產(chǎn)生作為基準的電荷；以及差分電路，其檢測這些電荷的差分成為規(guī)定值的情況，在根據(jù)差分電路的檢測信號檢測光強度的光檢測裝置中，設置有檢測第1受光元件或上述第2受光元件的輸出電壓達到規(guī)定電位的蓄積檢測電路，當盡管存在充足的入射光、但差分未達到規(guī)定值時，輸出檢測信號。
文檔編號G01J1/46GK102889927SQ20121024768
公開日2013年1月23日 申請日期2012年7月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月20日
發(fā)明者町田聰, 內(nèi)田俊之, 若林悠仁 申請人:精工電子有限公司