专利名称：光检测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体光检测装置，尤其涉及采用光电二极管来测定入射光的量的技术。
背景技术：
图3示出现有的半导体光检测装置的电路图。现有的半导体光检测装置由光检测部和计数器部构成。光检测部具备作为受光元件的第I光电二极管I以及第2光电二极管2 ;第I蓄积单元12以及第2蓄积单元13 ;开关6、7 ;基准电压电路8a ;放大器3、4 ;差分电路5 ;钳 位电容20 ;使钳位电容20的电荷初始化的开关11和基准电压电路8b ;比较器9 ;接收比较器9的输出电压Vcomp来控制各个开关的控制电路10。计数器部具备振荡电路14以及时钟形成电路15、第I计数器16以及第2计数器17、计数器复位电路18和寄存器19。第I光电二极管I设置有遮断红外光的单元，利用入射的可见光来产生电荷。第2光电二极管2设置有遮断入射光的遮光单元，产生作为基准的电荷。第I蓄积单元12对在第I光电二极管I中产生的电荷进行蓄积。第2蓄积单元13对在第2光电二极管2中产生的电荷进行蓄积。开关6以及7和基准电压电路8a使第I蓄积单元12以及第2蓄积单元13的电荷复位。差分电路5输出蓄积在第I蓄积单元12以及第2蓄积单元13中的电荷的差分的电压。钳位电容20蓄积差分电路5所输出的差分电压。开关11和基准电压电路8b使钳位电容20的电荷初始化。比较器9对基于差分的电压Vout与基准电压电路Sc的基准电压Vrefc进行比较，输出输出电压Vcomp。即，当由入射到第I光电二极管I的可见光产生的电荷与第2光电二极管2的作为基准的电荷的差分电压超过基准电压Vrefc时，输出电压Vcomp从低电平向高电平翻转。控制电路10接收比较器9输出的输出电压Vcomp来生成复位信号R以及钳位信号CL，并利用该信号来控制各个开关。振荡电路14以及时钟形成电路15从控制电路10输入钳位信号CL，输出信号TBCLK和钳位信号CL。信号TBCLK是用于仅在钳位信号CL为低电平的期间输出振荡电路14的信号的信号。第I计数器16对信号TBCLK进行计数，当达到规定的计数值时输出信号TBASE1。即，以振荡电路的频率来测量光电二极管I以及2蓄积电荷的期间。第2计数器17对钳位信号CL进行计数来输出计数值。即，测量光电二极管I以及2进行的电荷蓄积和放电的周期数。图4示出表示半导体光检测装置的通常动作的时序图。在半导体光检测装置中，当期间TBASE开始时，控制电路10将复位信号R和钳位信号CL设为高电平。由此，开关6、7接通，光电二极管I和2的电压被复位成基准电压Vrefa。另外，开关11接通，差分电路5的输出被复位成基准电压Vrefb。并且，控制电路10在经过规定的延迟时间后，使复位信号R成为低电平，使开关6、7断开，使光电二极管I和2开始蓄电。在蓄积期间内，光电二极管I的输出电压VDIl与入射的可见光的量成比例地降低。另外，因为光电二极管2被遮光，所以光电二极管2的输出电压VDI2不降低。当经过延迟时间a时，控制电路10使钳位信号CL成为低电平，使开关11断开，差分电路5将差分(电压Vout)输出至比较器9。差分电路5输出的电压Vout缓缓上升，在差分输出期间Ts内达到基准电压Vrefc0可见光的强度越大，差分输出期间Ts越短。在电压Vout小于基准电压Vrefc的情况下，比较器9将输出电压Vcomp设为低电平，当在差分输出期间Ts内电压Vout达到基准电压Vrefc时，将输出电压Vcomp设为高电 平。当输出电压Vcomp成为高电平时，控制电路10将复位信号R和钳位信号CL设为高电平，使输出电压Vcomp延迟来在规定的期间内维持高电平状态。当复位信号R与钳位信号CL成为高电平时，开关6、7以及开关11接通，光电二极管I和2被复位，电压Vout降低，成为基准电压Vrefb。之后，复位信号R成为低电平，接着，钳位信号CL成为低电平，反复相同的动作。这样，反复光电二极管I以及2的蓄电和复位，可见光的强度越大，该差分输出期间Ts越短。专利文献I日本国际公开第2009/081971号但是，在现有的半导体光检测装置中，当白炽灯等的包含大量红外光的光入射时或者异常强烈的光入射时，具有以下缺点。关于半导体光检测装置，根据封装的构造，光从半导体芯片的侧面等进入，所以在半导体基板内会产生多个少数载流子(少数々^ 'J r)D此时，光电二极管I以及2的输出电压VDIl以及VDI2由于到达光电二极管I以及2与基板的接合部的少数载流子而降低。当包含大量红外光的光或异常强烈的光入射时，与基于从表面入射的可见光的光电二极管的输出电压降低量相比，基于通过从半导体芯片的侧面等进入的红外光或可见光产生的少数载流子的光电二极管的输出电压降低量的比率变大。因此，光电二极管I的输出电压VDIl与光电二极管2的输出电压VDI2在差异较小的状态下降低。光电二极管I的输出电压VDIl仅仅能够在光电二极管的结成为正偏置之前降低，通常为-O. 3V左右。因此，当光电二极管I以及2的基准电压Vrefa较低时，在电压Vout达到基准电压Vrefc之前，光电二极管I的输出电压VDIl就达到-O. 3V而停止降低。当光电二极管2的输出电压VDI2进一步降低时，电压Vout不会达到基准电压Vrefc，而开始下降。因此，在期间TBASE中，比较器的输出成为一次也不翻转的状态。半导体光检测装置输出数据0，即尽管入射了可见光，但检测结果是暗状态。
发明内容
因此，本发明的目的是提供即使在包含大量红外光的光或异常强烈的光入射时也能够输出更接近实际光量的测定值的光检测装置。为了解决现有的课题，本发明的光检测装置采用以下结构。采用了一种光检测装置，其特征在于，该光检测装置具备 第I受光元件，其设置有对红外光进行遮光的红外遮光单元;第2受光元件，其设置有对入射的光进行遮光的遮光单元；蓄积单元，其对在第I受光元件和第2受光元件中产生的电荷进行蓄积；差分电路，其输出在第I受光元件与第2受光元件中蓄积的电荷的差分；比较器，其检测基于差分的电压达到规定电压的情况，输出检测信号；控制电路，其根据检测信号，将在第I受光元件与第2受光元件中蓄积的电荷和差分电路的差分复位成初始值，然后，使蓄积单元再次蓄积电荷；以及蓄积检测电路，其在第I受光元件或第2受光元件的输出电压达到规定电位时，向控制电路输出检测信号。发明效果根据本发明的光检测装置，设置有检测第I受光元件或第2受光元件的输出电压达到规定电位的蓄积检测电路，在包含大量红外光的光入射的情况下，当尽管存在充分的入射光、但差分未达到规定值时，输出检测信号，所以能够输出更接近实际光量的测定值。
图I是示出本实施方式的半导体光检测装置的电路图。图2是示出本实施方式的半导体光检测装置在包含大量红外光的光或异常强烈的光入射时的动作的时序图。图3是示出现有半导体光检测装置的电路图。图4是示出现有半导体光检测装置的动作的时序图。标号说明1、2光电二极管；3、4放大器；5差分电路；8a、b、c基准电压电路；9比较器；10延迟电路；14振荡电路；15时钟形成电路；16第I计数器；17第2计数器；18计数器复位电路；19寄存器。
具体实施例方式以下，说明本实施方式的半导体光检测装置。图I是示出本实施方式的半导体光检测装置的结构的电路图。本实施方式的半导体光检测装置由光检测部和计数器部构成。光检测部具备作为受光元件的第I光电二极管I以及第2光电二极管2 ;输入与第I光电二极管I的阴极连接的反相器21 ;第I蓄积单元12以及第2蓄积单元13 ;开关6、7和基准电压电路8a ;放大器3、4 ;差分电路5 ;钳位电容20 ;使钳位电容20的电荷初始化的开关11和基准电压电路Sb ;比较器9 ;输入比较器9的输出和反相器21的输出的“或”电路22 ;接收“或”电路22输出的输出电压Vcomp来控制各个开关的控制电路10。计数器部具备振荡电路14以及时钟形成电路15、第I计数器16、第2计数器17、计数器复位电路18和寄存器19。第I光电二极管I设置有遮断红外光的单元，利用入射的可见光来产生电荷。第2光电二极管2设置有遮断入射的光的遮光单元，产生作为基准的电荷。当第I光电二极管I的阴极的电压降低时，反相器21从低电平翻转为高电平。即，作为第I光电二极管I的电荷的蓄积检测电路。第I蓄积单元12对在第I光电二极管I中产生的电荷进行蓄积。第2蓄积单元13对在第2光电二极管2中产生的电荷进行蓄积。开关6以及7和基准电压电路8a使第I蓄积单元12以及第2蓄积单元13的电荷复位。差分电路5输出在第I蓄积单元12以及第2蓄积单元13中蓄积的电荷的差分电压。钳位电容20蓄积差分电路5所输出的差分电压。开关11和基准电压电路Sb使钳位电容20的电荷初始化。比较器9输出对基于差分的电压Vout和基准电压电路Sc的基准电压Vrefc进行比较后的结果。即，当基于向第I光电二极管I入射的可见光的电荷与第2光电二极管2的作为基准的电荷的差分电压超过基准电压Vrefc时，比较器9的输出从低电平翻转为高电平。控制电路10接收输出电压Vcomp，生成复位信号R以及钳位信号CL，通过该信号来控制各个开关，其中，输出电压Vcomp是将比较器9的输出经由“或”电路22输出后的电压。此外，“或”电路22还与反相器21的输出的翻转对应地使输出电压Vcomp翻转，输出至控制电路10。 振荡电路14以及时钟形成电路15从控制电路10输入钳位信号CL，输出信号TBCLK和钳位信号CL。钳位信号CL的延迟时间α被设定为比复位信号R的延迟时间长。信号TBCLK是用于仅在钳位信号CL为低电平的期间输出振荡电路14的信号的信号。第I计数器16对信号TBCLK进行计数，当达到规定的计数值时输出信号TBASEl。即，以振荡电路的频率来测量光电二极管I以及2蓄积电荷的期间。第2计数器17对钳位信号CL进行计数，输出计数值。即，测量光电二极管I以及2进行的电荷蓄积和放电的周期数。计数器复位电路18在计数器部开始钳位信号CL的计数时，将信号TBASE设为高电平，当第I计数器16输出了信号TBASEl时，将信号TBASE设为低电平。另外，计数器复位电路18向第I计数器16输出复位信号RESET1，使第I计数器16的计数值复位，还向第2计数器17输出复位信号RESET2，使第2计数器17的计数值复位。这样，计数器复位电路18在差分电路5输出差分的期间的总和达到规定期间之前，将信号TBASE保持为高电平。寄存器19是16位寄存器，在信号TBASE为高电平的期间，存储第2计数器17所输出的计数值。然后，当信号TBASE变为低电平时，将已存储的计数值作为16位的寄存器输出进行输出。该输出是在TBASE期间内、光电二极管I以及2反复蓄电和放电的次数,是与入射光的强度成比例的值。这样，半导体光检测装置能够测量入射光的强度。并且，在以可见光为主体的光入射的情况下的通常动作时的半导体光检测装置的动作与图4所示的现有半导体光检测装置的时序图相同。在半导体光检测装置中，当期间TBASE开始时，控制电路10将复位信号R和钳位信号CL设为高电平。由此，开关6、7接通，光电二极管I和2的电压被复位成基准电压Vrefa。另外，开关11接通，差分电路5的输出被复位成基准电压Vrefb。并且，控制电路10在经过规定的延迟时间时使复位信号R成为低电平，使开关6、7断开，使光电二极管I与2开始蓄电。在蓄积期间，光电二极管I的输出电压VDIl与入射的可见光的量成比例地降低。另外，因为光电二极管2被遮光,所以光电二极管2的输出电压VDI2不降低。当经过延迟时间α时，控制电路10使钳位信号CL成为低电平，使开关11断开，使差分电路5向比较器9输出差分(电压Vout)。差分电路5所输出的电压Vout缓缓上升并在差分输出期间Ts内达到基准电压Vrefc0可见光的强度越大，则差分输出期间Ts越短。比较器9在电压Vout小于基准电压Vrefc的情况下,使输出电压Vcomp成为低电平，当在差分输出期间Ts内电压Vout达到基准电压Vrefc时，使输出电压Vcomp成为高电平。当输出电压Vcomp成为高电平时，控制电路10将复位信号R与钳位信号CL设为高电平，使输出电压Vcomp延迟来在规定的期间内维持高电平状态。当复位信号R与钳位信号CL成为高电平时，开关6、7以及开关11接通，光电二极
管I与2被复位，电压Vout降低，成为基准电压Vrefb。之后，复位信号R成为低电平，接着，钳位信号CL成为低电平，反复相同的动作。这样，反复光电二极管I以及2的蓄电和复位，可见光的强度越大，则该差分输出期间Ts越短。接着，说明包含大量红外光的光或异常强烈的光入射时的本实施方式的半导体光检测装置的动作。图2是示出本实施方式的半导体光检测装置在包含大量红外光的光或异常强烈的光入射时的动作的时序图。在蓄积开始之前，通常时的动作与图4的时序图相同。当复位信号R从高电平变为低电平而开始蓄积时，在包含大量红外光的光或异常强烈的光入射的情况下，光电二极管2的输出电压VDI2的下降较快,与光电二极管I的输出电压VDII之间的降低差较小。因此，在电压Vout达到基准电压Vrefc之前，光电二极管I的输出电压VDIl达到-O. 3V左右。这里，将反相器21的翻转电压Vth21设定为例如O. 5V左右。这样，通过在光电二极管I的阴极处设置反相器21，在输出电压VDIl充分下降之前，反相器21输出高电平。因此，“或”电路22所输出的输出电压Vcomp不取决于比较器9的输出而处于高电平。如上所述，本实施方式的半导体光检测装置仅通过追加简便的电路，即使在包含大量红外光的光或异常强烈的光入射时，也能够使检测输出接近本来期望的值。此外，在本实施方式的半导体光检测装置中，假定反相器21的输入与光电二极管I的阴极连接而进行了说明，但不限于此。例如在无法使反相器21的翻转电压Vth21太低的情况下，即使将光电二极管2的阴极与反相器21的输入连接，也能够获得同样的效果。另夕卜，也可以与放大器3或放大器4的输出连接。另外，反相器21只要是能够检测光电二极管的阴极电压的电路即可，本发明并不被其所限定。另外，第I蓄积单元12以及第2蓄积单元13用于调节光电二极管I和2的受光灵敏度，即使没有第I蓄积单元12以及第2蓄积单元13，本实施方式的半导体光检测装置也能够检测光。
权利要求
1.一种光检测装置，其对可见光的照度进行测定，其特征在于，该光检测装置具备 第I受光元件，其设置有对红外光进行遮光的红外遮光单元； 第2受光元件，其设置有对入射的光进行遮光的遮光单元； 蓄积单元，其对在所述第I受光元件和所述第2受光元件中产生的电荷进行蓄积； 差分电路，其输出在所述第I受光元件与所述第2受光元件中蓄积的电荷的差分； 比较器，其检测基于所述差分的电压达到规定电压的情况，输出检测信号； 控制电路，其根据所述检测信号，将在所述第I受光元件与所述第2受光元件中蓄积的电荷和所述差分电路的差分复位成初始值，然后，使所述蓄积单元再次蓄积电荷；以及蓄积检测电路，其在所述第I受光元件或所述第2受光元件的输出电压达到规定电位时，向所述控制电路输出所述检测信号。
2.根据权利要求I所述的光检测装置，其特征在于，所述蓄积检测电路具备输入第I受光元件或所述第2受光元件的输出电压的反相器。
全文摘要
本发明提供光检测装置，即使在包含大量红外光的光或异常强烈的光入射时也能够输出更接近实际光量的测定值。该光检测装置具备第1受光元件，其根据入射的光产生电荷；第2受光元件，其设置有对入射的光进行遮光的遮光单元，产生作为基准的电荷；以及差分电路，其检测这些电荷的差分成为规定值的情况，在根据差分电路的检测信号检测光强度的光检测装置中，设置有检测第1受光元件或上述第2受光元件的输出电压达到规定电位的蓄积检测电路，当尽管存在充足的入射光、但差分未达到规定值时，输出检测信号。
文档编号G01J1/46GK102889927SQ20121024768
公开日2013年1月23日 申请日期2012年7月17日 优先权日2011年7月20日
发明者町田聪, 内田俊之, 若林悠仁 申请人:精工电子有限公司