專利名稱：經(jīng)過(guò)紅外校正的顏色傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及經(jīng)過(guò)紅外校正的顏色傳感器。
技術(shù)背景在許多設(shè)備中需要測(cè)量許多波長(zhǎng)帶中的光的強(qiáng)度的便宜光電檢測(cè)器。例如，利用紅色、藍(lán)色和綠色LED來(lái)生成被感測(cè)為特定顏色的光的光源經(jīng) 常在伺服回路中利用光電檢測(cè)器來(lái)補(bǔ)償老化，所述伺服回路將LED的輸出 保持為預(yù)定級(jí)別。光電檢測(cè)器用于通過(guò)測(cè)量三個(gè)光譜帶的每一個(gè)中由LED 生成的光來(lái)測(cè)量每個(gè)LED的輸出?？刂破鞲淖兞髦撩總€(gè)LED的平均電 流，以使得測(cè)得的輸出被保持在由將要生成的光的被感測(cè)顏色所確定的目 標(biāo)值。每個(gè)光電檢測(cè)器通常由覆蓋以顏料濾波器(pigment filter)的光電二 極管組成，所述顏料濾波器限制光電二極管對(duì)相應(yīng)波長(zhǎng)帶中的光的響應(yīng)。 來(lái)自光電二極管的信號(hào)由入射光、顏料的帶通濾波特性和各種與到達(dá)光電 二極管的光的強(qiáng)度級(jí)別無(wú)關(guān)的背景信號(hào)來(lái)確定。與光無(wú)關(guān)的信號(hào)經(jīng)常被稱 為"暗電流"。通過(guò)在不存在光時(shí)測(cè)量光電二極管的輸出然后將測(cè)得的信 號(hào)值從光電二極管在存在光的情況下生成的信號(hào)中減去，可以去除由暗電 流生成的誤差。例如，由阻擋所有光的不透明層覆蓋的額外光電二極管可 以包括在光電檢測(cè)器中。來(lái)自該光電二極管的信號(hào)然后被從覆蓋以各種顏 料濾波器的光電二極管所生成的信號(hào)中減去。不幸的是，可用于便宜的光電檢測(cè)器的顏料濾波器在光譜的紅外部分 中具有顯著的透射帶，并且在光譜的可見(jiàn)光區(qū)域中具有透射帶。在許多情 況下，感興趣的光源也包括光譜的紅外區(qū)域中的光；因此，如果光源包括 大量的紅外光，則由利用這些顏料濾波器之一的光電二極管生成的信號(hào)可 能包括不希望的紅外背景信號(hào)。紅外光或者是由受控制的光源生成，或者是由將光引入光傳感器輸入端的背景環(huán)境光源生成。在一些現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)中，在各種顏料濾波器上提供紅外阻擋濾波器以 阻擋不希望的紅外光。但是，額外的濾波器增加了光傳感器的成本。另 外，紅外濾波器在光譜的可見(jiàn)光區(qū)域中的透明度小于100%，因此，在顏 料濾波器上增加的濾波器削弱了感興趣的一部分光并且因此降低了光傳感 器的靈敏度。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明包括一種光傳感器，其生成第一輸出信號(hào)，該第一輸出信號(hào)指 示從預(yù)定方向接收的第一波長(zhǎng)帶中的光的強(qiáng)度。所述光傳感器包括襯底、 第一濾波層和控制器。襯底具有從預(yù)定方向接收光的第一和第二光電檢測(cè) 器。第一和第二光電檢測(cè)器對(duì)光譜的紅外部分中的光以及第一波長(zhǎng)帶中的 光敏感，并且生成第一和第二光電檢測(cè)器信號(hào)，第一和第二光電檢測(cè)器信 號(hào)指示第一和第二光電檢測(cè)器中的每一者接收的光的強(qiáng)度。第一濾波層透 射第一波長(zhǎng)帶中的光和光譜的紅外部分中的光，第一濾波層在光到達(dá)第二 光電檢測(cè)器之前截取所述光。第一濾波層阻擋第一波長(zhǎng)帶之外的部分可見(jiàn) 光譜中的光，但不改變第一光電檢測(cè)器接收的光?？刂破魈幚淼谝缓偷诙?光電檢測(cè)器信號(hào)以產(chǎn)生第一輸出信號(hào)，第一輸出信號(hào)與第二光電檢測(cè)器信 號(hào)相比，對(duì)光譜的紅外部分中的光依賴更小。在本發(fā)明的另一個(gè)方面中，傳感器還可以包括生成第三光電檢測(cè)器信 號(hào)的第三光電檢測(cè)器和防止光進(jìn)入第三光電檢測(cè)器的光阻擋層?？刂破鬟€ 可以在生成第一輸出信號(hào)過(guò)程中利用第三光電檢測(cè)器來(lái)校正暗電流。在本發(fā)明的另一個(gè)方面中，可以包含額外的濾波層和相應(yīng)的光電檢測(cè) 器以提供對(duì)其他光譜帶中的光強(qiáng)度的測(cè)量。


圖1是利用顏料濾波器的現(xiàn)有技術(shù)光電檢測(cè)器的剖視圖。 圖2是根據(jù)本發(fā)明的光傳感器的一個(gè)實(shí)施例的剖視圖。
具體實(shí)施方式
參照?qǐng)D1，可以更容易地理解本發(fā)明提供其優(yōu)點(diǎn)的方式，圖1是利用 顏料濾波器的現(xiàn)有技術(shù)光電檢測(cè)器的剖視圖。光電檢測(cè)器20通常由管芯21構(gòu)成，管芯21上制造有4個(gè)光電二極管。光電二極管22-24用于測(cè)量分 別由顏料濾波器25-27確定的三個(gè)波長(zhǎng)帶中的光的強(qiáng)度。光電二極管28由 阻擋所有光到達(dá)光電二極管28的不透明層29覆蓋，并且用于測(cè)量暗電 流。顏料濾波器是通過(guò)需要若干個(gè)掩蔽和沉積歩驟的光刻步驟而施加的。 施加層29需要類似的光刻步驟。如上所述，顏料濾波器并不阻擋紅外光 到達(dá)光電二極管。原理上，可以在光電二極管22-24上提供額外的濾波層 35，其阻擋紅外光到達(dá)光電二極管。但是，這種濾波器的制造大大增加了 光傳感器的成本。此外，每個(gè)額外的濾波層減少了到達(dá)光電二極管的光量 并且因此降低了光電檢測(cè)器的靈敏度。本發(fā)明通過(guò)包括額外的光電二極管而克服了這些問(wèn)題，該額外的光電 二極管測(cè)量包括紅外分量在內(nèi)的所有入射光。額外的光電二極管不干擾其 他光電二極管的操作，也不需要額外的制造步驟。來(lái)自光電二極管的信號(hào) 然后被組合以提供這樣的信號(hào)所述信號(hào)測(cè)量被針對(duì)暗電流和入射光中存 在的紅外輻射而進(jìn)行過(guò)校正的各個(gè)期望波長(zhǎng)帶中的強(qiáng)度?，F(xiàn)在參照?qǐng)D2，圖2是根據(jù)本發(fā)明的光傳感器的一個(gè)實(shí)施例的剖視 圖。在本發(fā)明的該實(shí)施例中，測(cè)量所有到達(dá)光傳感器的光的光電二極管31 被包括在襯底36上。對(duì)于本申請(qǐng)中的討論而言，將假設(shè)顏料層25是讓光 譜的紅色部分中的光通過(guò)的帶通濾波器，顏料層26是讓光譜的綠色部分 中的光通過(guò)的帶通濾波器，并且顏料層27是讓光譜的藍(lán)色部分中的光通 過(guò)的帶通濾波器。如上所述，這些顏料層中的每一層對(duì)于光譜的紅外部分 中的光是透明的。將來(lái)自光電二極管22-24、 28和31的信號(hào)分別用122、123、 124、 128禾口131表不°于是i23=frxired+f26xir (1)l24 = fgXIgreen + Id + f27XIr (2) 122二fbXIblue + Id + f25XIr (3) l31=Ired + Igreen + Iblue + Id + Ir (4)I28 = Id (5)這里，f。 fg和fb分別是分別由濾波器25-27透射的紅色、綠色和藍(lán)色波長(zhǎng)帶中的光的分?jǐn)?shù)。系數(shù)f25-f27分別是由濾波器25-27透射的輸入光中紅外 光的分?jǐn)?shù)。并且，Ired、 Igreen、 Iwue和Ir分別是光譜的紅色、綠色、藍(lán)色和 紅外區(qū)域中的輸入光的強(qiáng)度。最后，Id是暗電流。對(duì)于本示例來(lái)說(shuō)，假設(shè) 所有的光電二極管的尺寸和結(jié)構(gòu)基本相同，因此暗電流對(duì)于所有光電二極 管來(lái)說(shuō)是基本相同的。對(duì)于這里的討論來(lái)說(shuō)，如果個(gè)體光電二極管之間的 差別在統(tǒng)計(jì)變動(dòng)的范圍內(nèi)，就認(rèn)為兩個(gè)光電二極管具有基本相同的結(jié)構(gòu)和 暗電流，所述統(tǒng)計(jì)變動(dòng)是針對(duì)由傳統(tǒng)集成電路生產(chǎn)線上的相同工藝和掩模 組構(gòu)建的多個(gè)光電二極管而觀測(cè)的。代表通過(guò)每個(gè)濾波器透射的光的分?jǐn)?shù)的各種系數(shù)可以被針對(duì)任何光傳 感器來(lái)測(cè)量。例如，可以在光電二極管被暴露于各種波長(zhǎng)的單色光源時(shí)測(cè)量每個(gè)光電二極管生成的信號(hào)。因此，可以通過(guò)控制器37針對(duì)Ired、 Igreen和Iwue來(lái)求解上面所示的方程組，以提供校正后的輸出，即Ired等。在一個(gè)實(shí)施例中，顏料濾波層25-27由對(duì)紅外輻射基本上透明的材料構(gòu)成。也就是說(shuō)，f25=f26=f27=i。應(yīng)該注意，在這種情況下，可以用r替換ld+L即，并且5個(gè)方程的方程組可以被減少為4個(gè)方程的方程組。123 = frXIred+I， (6)124 = fgX Igreen+ 1， (7)i22=fbxiblue+r (8)I31 二 Ired + Igreen +1 blue+r (9)由于感興趣的量是Ired、 Ig^n和Iblue，因此控制器僅需要求解這種更簡(jiǎn)單的方程組。結(jié)果，不再需要測(cè)量暗電流的光電二極管28。因此，本發(fā)明的該實(shí)施例與傳統(tǒng)的光傳感器相比不需要更多的光電二極管。另外，該實(shí)施例 不需要與測(cè)量暗電流的光電二極管有關(guān)的不透明層，因此大大減少了制造 步驟的數(shù)目。本發(fā)明的上述實(shí)施例是基于現(xiàn)在將要更詳細(xì)地討論的進(jìn)一步近似，一 般而言，第k個(gè)光電二極管的輸出可以寫成如下形式A 二Jj;(x)雖)/(x)(ix (10)其中，k=red， blue或green, T"x)是作為波長(zhǎng)x的函數(shù)的、第k個(gè)濾波層 的透射，R(x)是作為波長(zhǎng)的函數(shù)的、在被用單位強(qiáng)度的光照明時(shí)由第k個(gè) 光電二極管生成的信號(hào)，I(x)是作為波長(zhǎng)的函數(shù)的、輸入光的強(qiáng)度。在整 個(gè)光譜上或者至少在函數(shù)Tk(X)、 R(x)和I(x)不全為零的區(qū)域上執(zhí)行積分。 該方程可以以如下形式重寫<formula>formula see original document page 10</formula> (11)可見(jiàn) 紅外通過(guò)比較方程(11)與方程(1) - (5)，可以看出方程(1) - (3)假設(shè)<formula>formula see original document page 10</formula>可見(jiàn) t等式(12)與強(qiáng)度函數(shù)I(x)的形狀和濾波函數(shù)Tk(x)的形狀無(wú)關(guān)。這種假設(shè) 不是對(duì)于所有的光源和顏料濾波器而言都精確滿足的。但是，本發(fā)明基于這樣的觀察它對(duì)于能夠?qū)斎胄盘?hào)中存在的任何紅外光進(jìn)行近似校正而無(wú)需額外的紅外濾波器而言足夠準(zhǔn)確了。上述實(shí)施例利用三種彩色顏料濾波器，這三種彩色顏料濾波器在可見(jiàn) 光譜的紅色、綠色和藍(lán)色區(qū)域中提供帶通濾波器。這種顏料彩色濾波器在 本領(lǐng)域中已知，因此在這里不對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)討論。對(duì)于這里的討論來(lái)說(shuō)， 注意到用于相機(jī)的集成電路中使用了這種濾波器就足夠了。但是，在不脫 離本發(fā)明的教導(dǎo)的情況下，也可以構(gòu)建利用不同光譜區(qū)域中的濾波器的實(shí) 施例。此外，帶通濾波器的數(shù)目可以不同于上面所討論的三個(gè)。例如，在許 多應(yīng)用中利用基于四種顏色的顏色濾波系統(tǒng)，以針對(duì)顏色再現(xiàn)擴(kuò)展到全范圍(gamut)。這種系統(tǒng)經(jīng)常需要也用來(lái)跟蹤4個(gè)分量光源的強(qiáng)度的光傳 感器。類似地，帶通濾波器和相應(yīng)的光電二極管的數(shù)目也可以小于3。具 有單個(gè)光電二極管并且利用反饋系統(tǒng)來(lái)校正老化效應(yīng)的光源在本領(lǐng)域中已 知，它們需要在具有紅外背景光的環(huán)境下跟蹤該光源的強(qiáng)度的光傳感器。本發(fā)明的上述實(shí)施例利用光電二極管作為光電檢測(cè)器。但是，可以利 用諸如光電三極管之類的其他形式的光電檢測(cè)器。本發(fā)明的上述實(shí)施例利用彼此基本相同的光電檢測(cè)器。但是，在光電 檢測(cè)器接收的光和光電檢測(cè)器生成的輸出信號(hào)之間的關(guān)系已知的情況下， 也可以構(gòu)建光電檢測(cè)器彼此顯著不同的實(shí)施例。例如，用于測(cè)量光傳感器接收的全部光的光電檢測(cè)器可以有不同于其他光電檢測(cè)器的尺寸。在這種 情況下，需要改變方程(1) - (9)中所示的常量以考慮結(jié)構(gòu)的差別。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，對(duì)本發(fā)明的各種修改將從以上的描述和附 圖中變得清楚。因此，本發(fā)明僅由權(quán)利要求書的范圍來(lái)限制。
權(quán)利要求
1.一種光傳感器，其生成第一輸出信號(hào)，該第一輸出信號(hào)指示從預(yù)定方向接收的第一波長(zhǎng)帶中的光的強(qiáng)度，所述光傳感器包括襯底，該襯底具有從所述預(yù)定方向接收光的第一光電檢測(cè)器和第二光電檢測(cè)器，所述第一和第二光電檢測(cè)器對(duì)光譜的紅外部分中的光以及所述第一波長(zhǎng)帶中的光敏感，所述第一和第二光電檢測(cè)器生成第一和第二光電檢測(cè)器信號(hào)，所述第一和第二光電檢測(cè)器信號(hào)分別指示所述第一和第二光電檢測(cè)器中每一者接收的光的強(qiáng)度；第一濾波層，該第一濾波層透射所述第一波長(zhǎng)帶中的光和所述光譜的紅外部分中的光，所述第一濾波層在來(lái)自所述預(yù)定方向的光到達(dá)所述第二光電檢測(cè)器之前截取所述光，并且阻擋所述第一波長(zhǎng)帶之外的部分可見(jiàn)光譜中的光，所述第一濾波層不改變所述第一光電檢測(cè)器接收的光；以及控制器，該控制器處理所述第一和第二光電檢測(cè)器信號(hào)以產(chǎn)生所述第一輸出信號(hào)，所述第一輸出信號(hào)與所述第二光電檢測(cè)器信號(hào)相比，對(duì)光譜的所述紅外部分中的光的依賴更小。
2. 如權(quán)利要求1所述的光傳感器，還包括生成第三光電檢測(cè)器信號(hào)的 第三光電檢測(cè)器和防止光進(jìn)入所述第三光電檢測(cè)器的光阻擋層，所述控制 器在生成所述第 一輸出信號(hào)過(guò)程中利用所述第三光電檢測(cè)器。
3. 如權(quán)利要求1所述的光傳感器，還包括生成第四光電檢測(cè)器信號(hào)的 第四光電檢測(cè)器和透射第二波長(zhǎng)帶中的光的第二濾波層，所述第二波長(zhǎng)帶 不同于所述第一波長(zhǎng)帶，所述第二濾波層在來(lái)自所述預(yù)定方向的光到達(dá)所 述第四光電檢測(cè)器之前截取所述光，并且阻擋所述第二波長(zhǎng)帶之外的部分 可見(jiàn)光譜中的光，所述第二濾波層不改變所述第一光電檢測(cè)器接收的光， 其中，所述控制器生成第二輸出信號(hào)，所述第二輸出信號(hào)與所述第四光電 檢測(cè)器信號(hào)相比，對(duì)光譜的所述紅外部分中的光的依賴更小。
4. 如權(quán)利要求1所述的光傳感器，其中，所述光電檢測(cè)器生成大小基 本相同的暗電流。
5. 如權(quán)利要求1所述的光傳感器，其中，所述光電檢測(cè)器彼此基本相同。
6. 如權(quán)利要求1所述的光傳感器，其中，所述光電檢測(cè)器包括光電二 極管。
7. 如權(quán)利要求1所述的光傳感器，其中，所述光電檢測(cè)器包括光電三 極管。
8. —種用于生成對(duì)從預(yù)定方向接收的第一波長(zhǎng)帶中的光的強(qiáng)度的第一估值的方法，所述方法包括提供襯底，該襯底具有從所述預(yù)定方向接收光的第一光電檢測(cè)器和第 二光電檢測(cè)器，所述第一和第二光電檢測(cè)器對(duì)光譜的紅外部分中的光以及 所述第一波長(zhǎng)帶中的光敏感，所述第一和第二光電檢測(cè)器生成第一和第二 光電檢測(cè)器信號(hào)，所述第一和第二光電檢測(cè)器信號(hào)分別指示所述第一和第 二光電檢測(cè)器中每一者接收的光的強(qiáng)度；提供第一濾波層，該第一濾波層透射所述第一波長(zhǎng)帶中的光和所述光 譜的紅外部分中的光，所述第一濾波層在來(lái)自所述預(yù)定方向的光到達(dá)所述 第二光電檢測(cè)器之前截取所述光，并且阻擋所述第一波長(zhǎng)帶之外的部分可見(jiàn)光譜中的光，所述第一濾波層不改變所述第一光電檢測(cè)器接收的光；以 及處理所述第一和第二光電檢測(cè)器信號(hào)以產(chǎn)生所述第一估值，所述第一 估值與所述第二光電檢測(cè)器信號(hào)相比，對(duì)光譜的所述紅外部分中的光依賴 更小。
9. 如權(quán)利要求8所述的方法，還包括提供生成第三光電檢測(cè)器信號(hào)的第三光電檢測(cè)器和防止光進(jìn)入所述第三光電檢測(cè)器的光阻擋層，并且在 生成所述第一估值過(guò)程中利用所述第三光電檢測(cè)器。
10. 如權(quán)利要求8所述的方法，還包括提供生成第四光電檢測(cè)器信 號(hào)的第四光電檢測(cè)器和透射第二波長(zhǎng)帶中的光的第二濾波層，并且生成第 二波長(zhǎng)帶中的光強(qiáng)度的第二估值，所述第二波長(zhǎng)帶不同于所述第一波長(zhǎng) 帶，所述第二濾波層在來(lái)自所述預(yù)定方向的光到達(dá)所述第四光電檢測(cè)器之 前截取所述光并且阻擋所述第二波長(zhǎng)帶之外的部分可見(jiàn)光譜中的光，所述 第二濾波層不改變所述第一光電檢測(cè)器接收的光，所述第二估值與所述第四光電檢測(cè)器信號(hào)相比，對(duì)光譜的所述紅外部分中的光依賴更小。
11. 如權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述光電檢測(cè)器生成大小基本 相同的暗電流。
12. 如權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述光電檢測(cè)器彼此基本相同。
13. 如權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述光電檢測(cè)器包括光電二極管。
14. 如權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述光電二極管具有基本相同 的尺寸。
15. 如權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述光電檢測(cè)器包括光電三極管。
16. —種用于制造光傳感器的方法，所述方法包括以下步驟 提供襯底，該襯底具有從預(yù)定方向接收光的第一光電檢測(cè)器和第二光電檢測(cè)器，所述第一和第二光電檢測(cè)器對(duì)光譜的紅外部分中的光以及第一 波長(zhǎng)帶中的光敏感，所述第一和第二光電檢測(cè)器生成第一和第二光電檢測(cè) 器信號(hào)，所述第一和第二光電檢測(cè)器信號(hào)分別指示所述第一和第二光電檢 測(cè)器中每一者接收的光的強(qiáng)度；沉積第一濾波層，該第一濾波層透射所述第一波長(zhǎng)帶中的光和所述光 譜的紅外部分中的光，所述第一濾波層在來(lái)自所述預(yù)定方向的光到達(dá)所述 第二光電檢測(cè)器之前截取所述光，并且阻擋所述第一波長(zhǎng)帶之外的部分可 見(jiàn)光譜中的光，所述第一濾波層不改變所述第一光電檢測(cè)器接收的光。
17. 如權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述襯底還包括生成第三光電 檢測(cè)器信號(hào)的第三光電檢測(cè)器，并且其中，防止光進(jìn)入所述第三光電檢測(cè)器的光阻擋層被沉積在所述第三光電檢測(cè)器上。
18. 如權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述襯底還包括生成第四光電 檢測(cè)器信號(hào)的第四光電檢測(cè)器，并且其中，透射第二波長(zhǎng)帶中的光的第二 濾波層被沉積在所述第四光電檢測(cè)器上，所述第二波長(zhǎng)帶不同于所述第一 波長(zhǎng)帶，所述第二濾波層在來(lái)自所述預(yù)定方向的光到達(dá)所述第四光電檢測(cè) 器之前截取所述光，并且阻擋所述第二波長(zhǎng)帶之外的部分可見(jiàn)光譜中的光，所述第二濾波層不改變所述第一光電檢測(cè)器接收的光。
19. 如權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述光電檢測(cè)器生成大小基本 相同的暗電流。
20. 如權(quán)利要求19所述的方法，其中，所述光電檢測(cè)器包括具有基本 相同尺寸的光電二極管。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了經(jīng)過(guò)紅外校正的顏色傳感器。一種光傳感器生成第一輸出信號(hào)，該第一輸出信號(hào)指示從預(yù)定方向接收的第一波長(zhǎng)帶中的光的強(qiáng)度。所述光傳感器包括具有第一和第二光電檢測(cè)器的襯底、第一濾波層和控制器。光電檢測(cè)器對(duì)對(duì)光譜的紅外部分中的光以及第一波長(zhǎng)帶中的光敏感，并且生成第一和第二光電檢測(cè)器信號(hào)。第一濾波層透射第一波長(zhǎng)帶中的光和光譜的紅外部分中的光，而阻擋第一波長(zhǎng)帶之外的部分可見(jiàn)光譜中的光，而不改變第一光電檢測(cè)器接收的光?？刂破魈幚淼谝缓偷诙怆姍z測(cè)器信號(hào)以產(chǎn)生第一輸出信號(hào)，該第一輸出信號(hào)被針對(duì)輸入光中的紅外光而校正。
文檔編號(hào)H01L21/82GK101276826SQ20081008807
公開(kāi)日2008年10月1日 申請(qǐng)日期2008年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月29日
發(fā)明者陳吉恩, 陳文杰, 陳范顯 申請(qǐng)人:安華高科技Ecbu Ip(新加坡)私人有限公司