光传感器用半导体集成电路的制作方法
【专利摘要】一种光传感器用半导体集成电路，介由使可视光衰减并使红外光透过的盖部和集光透镜，接受环境光，并根据受光量进行视觉灵敏度补正，以对所述环境光的照度进行检测，所述光传感器用半导体集成电路包括：第1受光元件，包括第1分光特性；第2受光元件，包括第2分光特性；及视觉灵敏度补正单元，根据所述第1受光元件和所述第2受光元件的输出进行视觉灵敏度补正。所述视觉灵敏度补正单元包括：AD变换部，对所述第1受光元件的输出和所述第2受光元件的输出以时分方式进行AD变换；及运算部，对所述AD变换部所变换的各数字信号进行减法运算。
【专利说明】光传感器用半导体集成电路
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种光传感器用半导体集成电路。
【背景技术】
[0002] 近年，在便携电话和智能电话等的移动机器上，为了调整基于环境光的显示画面 的辉度和提高视认性，或者，为了节省通话时的电力消耗，安装了被实装在一个小型封装体 内的照度传感器和接近传感器。这些传感器通常被基本上能对可视光进行截止的黑系玻璃 罩等的盖部所覆盖。
[0003] 照度传感器的分光特性需要接近视觉灵敏度特性（与人的眼睛同样的分光特 性）。有2种方法可接近视觉灵敏度特性。第1种方法是使用一个ro将包括光学滤波器的 功能的特殊树脂覆盖在封装体上的方法、或者、是将包括特殊滤波器的功能的涂料直接涂 敷在ro上的方法。第2方法是使用2个ro的方法。其中的一个ro在可视光范围和红外 光范围包括相对灵敏度，另一个ro仅在红外光范围包括相对灵敏度。为了接近视觉灵敏度 特性，从在可视光范围和红外光范围包括相对灵敏度的ro的分光特性（测定值）中减去仅 在红外光范围包括相对灵敏度的ro的分光特性（测定值）。该计算因为不能在传感器内部 自动进行，所以需要由CPU等来执行。另外，计算公式则随各光源的IR(红外光）含有量的 不同而不同。
[0004] 在上述两种方法中，红外光范围内都残留了不会对通常的使用状态产生影响的一 点点的相对灵敏度。
[0005] 但是，在许多应用（例如，便携电话和电视等）中，出于设计上的考虑，照度传感器 被配置在面板等的盖部的后面。面板等在可视光范围包括很低的透过率，在红外光范围包 括很高的透过率。这会对传感器整体的分光特性产生影响。其原因在于，通过被配置在面 板等的后面，很多红外光会入射至照度传感器。这样，就会引起与使用了不同光源时同样的 照度传感器的错检。即使是IR含有量较低的光源（例如，萤光灯和LED等），也只有少量 的可视光能进行入射。其原因在于，可视光基本上被背板截止了。但是，在IR(红外光）含 有量较高的光源（例如，白炽灯等）中，如果光量相同，则红外光范围的测定值将会变得很 高。其原因在于，可视光基本上被面板等截止，更多的红外光的透过导致增大了红外光光量 的测定值。所以，光和背光的调整在不同的光源下不能被正确进行。
[0006] 如图8所示，照度传感器用ro的分光特性在被黑系玻璃等的盖部覆盖的情况下， 与没有被黑系玻璃罩等的盖部覆盖的情况相比，红外光范围的相对灵敏度较高，结果导致 产生错检。
[0007] 具体而言，例如，公开了一种介由电流镜电路进行2个ro的输出电流的减法运算， 并由AD转换器进行AD变换，以进行视觉灵敏度补正的技术（例如，参照专利文献1)。
[0008] 另外，还公开一种由不同的AD转换器对分光特性不同的2个光传感器的输出电流 进行AD变换，并进行数字运算，以对照度进行测定的技术（例如，参照专利文献2)。
[0009] [现有技术文献]
[0010][专利文献1]美国专利申请第2012/0049048号 [0011][专利文献2]日本特开第2011 - 58853号公报
【发明内容】
[0012] [本发明要解决的课题]
[0013] 但是，在微小电流的情况下，电流镜电路难以进行精度的确保，所以，很难进行高 精度的视觉灵敏度补正。另外，在对照度传感器用ro的输出电流和视觉灵敏度补正用ro 的输出电流采用不同的AD转换器进行AD变换的情况下，AD转换器间的偏差会导致变换后 的数字信号间产生变换误差，所以，也很难进行高精度的视觉灵敏度补正。
[0014] 本发明是鉴于上述课题而提出的，其目的在于，提供一种可进行高精度的视觉灵 敏度补正的光传感器用半导体集成电路。
[0015] [用于解决上述课题的手段]
[0016] 根据本发明的实施方式，提供一种光传感器用半导体集成电路（1)，其介由使可视 光衰减并使红外光透过的盖部（3)和集光透镜（2)接受环境光，并根据受光量进行视觉灵 敏度补正，以对所述环境光的照度进行检测。所述光传感器用半导体集成电路（1)包括：第 1受光元件（21)，包括第1分光特性；第2受光元件（22)，包括第2分光特性；及视觉灵敏 度补正单元（30)，根据所述第1受光元件（21)和所述第2受光元件（22)的输出进行视觉 灵敏度补正。所述视觉灵敏度补正单元（30)包括：AD变换部（313)，对所述第1受光元件 (21)的输出和所述第2受光元件（22)的输出以时分方式进行AD变换；及运算部（318)，对 所述AD变换部（313)所变换的各数字信号进行减法运算。
[0017] 这里需要说明的是，上述括弧内的参照符号是为了容易地进行理解而附加的，仅 是一个例子，本发明并不限定于图中所示的形态。
[0018] 在所述光传感器用半导体集成电路中，所述第1分光特性由使可视光透过的一第 1滤波器所获得，所述第2分光特性由使红外光透过的一第2滤波器所获得。
[0019] 在所述光传感器用半导体集成电路中，所述视觉灵敏度补正单元更包括：一乘法 运算器，将与所述第2受光元件的输出相对应的所述数字信号乘以一补正系数；及一补正 系数设定单元，对所述补正系数进行设定。
[0020] 本发明更提供一种光传感器用半导体集成电路，接受一环境光，并根据受光量进 行视觉灵敏度补正，以对所述环境光的照度进行检测，其特征在于，所述光传感器用半导体 集成电路包括：一接近传感器；一第1受光元件，包括一第1分光特性，所述第1分光特性于 一第1波长有一第1最大灵敏度；一第2受光元件，包括一第2分光特性，所述第2分光特 性于一第2波长有一第2最大灵敏度，其中所述第1波长与所述第2波长不同；以及一视觉 灵敏度补正单元，根据所述第1受光元件和所述第2受光元件的输出进行视觉灵敏度补正。
[0021] 其中，所述视觉灵敏度补正单元包括：一 AD变换部，对所述第1受光元件的输出和 所述第2受光元件的输出以一时分方式进行AD变换；及一运算部，对所述AD变换部所变换 的各数字信号进行减法运算。
[0022] 此外，所述视觉灵敏度补正单元包括：一乘法运算器，将与所述第2受光元件的输 出相对应的所述数字信号乘以一补正系数；及一补正系数设定单元，对所述补正系数进行 设定。
[0023] 所述第1分光特性由使一具有所述第1波长之第1光线透过的一第1滤波器所获 得，所述第2分光特性由使一具有所述第2波长之第2光线透过的一第2滤波器所获得。
[0024] 另外，所述第1分光特性由使一具有所述第1波长之可视光透过的一第1滤波器 所获得，所述第2分光特性由使一具有所述第2波长之非可视光透过的一第2滤波器所获 得。
[0025] [本发明的效果]
[0026] 根据本发明的实施方式，能够提供一种可进行高精度的视觉灵敏度补正的光传感 器用半导体集成电路。
【专利附图】
【附图说明】
[0027] [图1]对光入射至实施方式的光传感器用半导体集成电路的情形的一个例子进 行模式显示的图。
[0028] [图2]对实施方式的光传感器用半导体集成电路的结构的一个例子进行显示的 图。
[0029] [图3]对实施方式的受光元件的电压和暗电流的关系的一个例子进行显示的图。
[0030] [图4]对实施方式的光传感器用半导体集成电路的结构的一个例子进行显示的 图。
[0031] [图5]对实施方式的受光元件的波长和相对灵敏度的关系的一个例子进行显示 的图。
[0032] [图6]实施方式的AD转换器的时机图的一个例子。
[0033] [图7]实施方式的AD转换器的时机图的其他例子。
[0034] [图8]对分光特性的一个例子进行显示的图。
[0035] [符号说明]
[0036] 1 光传感器用半导体集成电路
[0037] 2 集光透镜
[0038] 3 盖部
[0039] 10 环境光
[0040] 21 第1受光元件
[0041] 22 第2受光元件
[0042] 20 受光部
[0043] 20S 受光部的表面
[0044] 23 第3受光元件
[0045] 30 视觉灵敏度补正单元
[0046] 311 开关电路
[0047] 312 开关电路
[0048] 313 AD 转换器
[0049] 314 第1抽取滤波器
[0050] 315 第2抽取滤波器
[0051] 316 乘法运算器
[0052] 317 控制电路
[0053] 318 加法运算器
[0054] 500 红外光截止滤波器（第1滤波器）
[0055] 501 可视光截止滤波器（第2滤波器）
[0056] 24、25、120、140、150、160、170 信号
[0057] S1、S2 切换器
【具体实施方式】
[0058] 以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。在各图中，相同的构成部分被赋予 了相同的符号，并存在着对重复的说明进行了省略的情况。
[0059] 在本说明书中，「相对灵敏度」是指，照度传感器用受光元件的、以某波长处的灵敏 度（最大灵敏度）作为100%而进行了归一化的分光特性中的、各自的波长（波长400nm? 波长1150nm)处的灵敏度。另外，在本说明书中，平面形状是指沿受光部20的表面20s的 法线方向观察对象物时所观察到的形状。再有，在本说明书中，多个是指2个以上。
[0060] [光传感器用半导体集成电路的结构]
[0061] 首先，使用图1对本实施方式的光传感器用半导体集成电路的结构的一个例子、 以及、该光传感器用半导体集成电路从接受环境光开始至进行照度检测为止的流程进行简 单的说明。
[0062] 光传感器用半导体集成电路1包含受光部20和视觉灵敏度补正单元30。
[0063] 光10 (环境光）介由盖部3和集光透镜2入射至受光部20。受光部20包含形成 在同一基板上的多个受光兀件。各受光兀件包含光电变换部和电极等，根据受光量，电流进 行流动。作为各受光元件，可使用PN型光电二极管、PIN型光电二极管、光电晶体管等。这 里需要说明的是，各受光元件的输出电流仅是PA级别的微弱电流，但本发明的技术并不局 限于此。
[0064] 光11是沿与受光部20的表面20s相垂直的方向而入射的光（以下记述为"直进 光"），光12是沿与受光部20的表面20s相倾斜的方向而入射的光（以下记述为"斜光"）。 [0065] 盖部3作为对受光部20进行隐藏的部件被使用，所以，由黑色树脂、黑色玻璃等形 成。盖部3使可视光衰减（进行90%左右的截止），并使红外光透过。通过对盖部3的厚 度、材质、遮光率等进行适当的调整，可对受光部20所接受的环境光的光量进行改变。
[0066] 集光透镜2对透过盖部3的光进行集光。在直进光入射的情况和斜光入射的情况 下，受光部20上进行集光的光的位置不同。但是，不管在哪种情况下，受光部20内所形成的 多个受光元件之间的受光量的偏差都优选为很小。对集光透镜2的种类并无特别的限定， 但是，可使用凸透镜、圆柱透镜及其任意光学元件的组合等。
[0067] 视觉灵敏度补正单元30采用相同的AD转换器对照度传感器用受光元件和视觉灵 敏度补正用受光元件的输出电流交互地进行AD变换，并进行运算处理，以进行视觉灵敏度 补正。运算处理是从与照度传感器用受光元件的输出电流相对应的数字信号中减去与乘上 了补正系数的视觉灵敏度补正用受光元件的输出电流相对应的数字信号的减法运算。通过 视觉灵敏度补正单元30进行高精度的视觉灵敏度补正，以使照度传感器用受光元件的分 光特性接近视觉灵敏度特性，可减少光传感器用半导体集成电路1的错检。
[0068][受光部的结构]
[0069] 图2(A)示出了本实施方式的光传感器用半导体集成电路1所包括的受光部20的 结构的一个例子。
[0070] 受光部20包含第1受光元件21、第2受光元件22及第3受光元件23。如图2 (A) 所示，第1受光元件21是照度传感器用受光元件，第2受光元件22是视觉灵敏度补正用受 光元件，第3受光元件23是接近传感器用受光元件。
[0071] 照度传感器根据第1受光元件21所接受的环境光的光量对周围的亮度进行检测。 另外，接近传感器根据第3受光元件23所接受的红外光的光量的变化对物体的接近进行检 测。接近传感器是对移动物体所反射的微弱的红外光进行检测，所以，第3受光元件23优 选为被设计为包括高灵敏度。
[0072] 第1受光元件21包括第1分光特性。第1分光特性在可视光范围包括较高的相 对灵敏度。第1分光特性例如在波长为大约550nm处包括最大灵敏度，在波长为大约800nm 处仅包括一点点的相对灵敏度。
[0073] 如图2(B)所示，优先为形成红外光截止滤波器（第1滤波器）500,以对第1受光 元件21进行覆盖。红外光截止滤波器500使可视光透过，并使红外光衰减。通过形成该滤 波器，可降低第1分光特性的红外光范围的相对灵敏度。
[0074] 第2受光元件22及第3受光元件23包括第2分光特性。第2分光特性在红外光 范围包括较高的相对灵敏度。
[0075] 如图2(C)所示，优选为形成可视光截止滤波器（第2滤波器）501，以对第2受光 元件22及第3受光元件23进行覆盖。可视光截止滤波器501使红外光透过，并使可视光 衰减。通过形成该滤波器，可进一步降低第2分光特性的可视光范围的相对灵敏度。在一 个实施例中，可视光截止滤波器（第2滤波器）可以仅对第2受光元件22进行覆盖。
[0076] 这里需要说明的是，在形成了第2滤波器的情况下，优选为对第2受光元件22和 第3受光元件23进行毗邻配置，以可由第2滤波器同时对第2受光元件22和第3受光元 件23进行覆盖。在一个实施例中，所述受光元件的排列方式并不局限于此。
[0077][视觉灵敏度补正单元]
[0078] 图4示出了本实施方式的光传感器用半导体集成电路1所包括的视觉灵敏度补正 单元30的一个例子。
[0079] 视觉灵敏度补正单元30包含开关电路311、开关电路312、AD转换器313、第 1抽取滤波器（decimation filter) 314(照度传感器用）、第2抽取滤波器（decimation filter) 315 (视觉灵敏度补正用）、乘法运算器316、控制电路317、及加法运算器318。
[0080] 在视觉灵敏度补正单元30中，由AD转换器313对输入信号24、25以时分（S卩：时 间分割）方式进行AD变换，并由抽取滤波器314、315进行抽取，然后由乘法运算器316和 加法运算器318进行运算处理后，对输出信号170进行输出。
[0081] 开关电路311进行来自第1受光元件21的输入信号24的向AD转换器313的输入 和非输入的切换。开关电路311的接通和断开的切换由控制电路317进行控制。例如，开 关电路311接通时，输入信号24被输入至AD转换器313。在一个实施例中，开光电路311 及开关电路312分别可以是切换器Sl及S2,但本发明的技术并不限定于此。
[0082] 开关电路312进行来自第2受光元件22的输入信号25的向AD转换器313的输 入和非输入的切换。开关电路312的接通和断开的切换由控制电路317进行控制。例如， 开关电路312接通时，输入信号25被输入至AD转换器313。
[0083] 控制电路317对各开关电路进行控制，以使开关电路311的接通（断开）的时机 和开关电路312的接通（断开）的时机不一致（具体参照后述的时机图）。
[0084] AD转换器313 (AD变换部）例如是16比特的A 2型AD转换器，利用A 2调制进 行AD变换。具体而言，AD转换器313与开关电路311、312的接通和断开的切换时机同步地 对输入信号24、25进行AD变换，并生成输出信号120 (数字信号）。换言之，AD转换器313 对作为第1受光元件21的输出的输入信号24和作为第2受光元件22的输出的输入信号 25以时分方式进行AD变换，并生成输出信号120 (数字信号）。另外，AD转换器313将输 出信号120输入至第1抽取滤波器314和第2抽取滤波器315。
[0085] 第1抽取滤波器314对输出信号120进行抽取，并生成与第1受光元件21的输 出电流相对应的信号140 (数字信号）。另外，将信号140输入至作为运算部的加法运算器 318。第2抽取滤波器315对输出信号120进行抽取，并生成与第2受光兀件22的输出电 流相对应的信号150 (数字信号）。另外，将信号150输入至乘法运算器316。因为是由同 一 AD转换器对2个输入信号以时分方式进行AD变换的，所以，在信号140和信号150之间 基本上不会产生变换误差。这里需要说明的是，藉由抽取滤波器，也可去除输出信号120中 所产生的噪音。
[0086] 第1抽取滤波器314和第2抽取滤波器315的动作和非动作由控制电路317进行 控制。
[0087] 乘法运算器316对补正系数和信号150进行乘法运算，并生成信号160 (数字信 号）。这里需要说明的是，乘法运算器316中设置了反转电路（反转器），信号160是乘以 补正系数后的信号150的反转信号。
[0088] 加法运算器318对信号140和信号160进行加法运算（实质上是减法运算），并生 成输出信号170 (数字信号）。
[0089] 也就是说，从与作为照度传感器用受光元件的第1受光元件21的输出电流相对应 的信号140中减去与乘上了补正系数的作为视觉灵敏度补正用受光元件的第2受光元件22 的输出电流相对应的信号160。这样，可降低第1受光兀件21的红外光范围的相对灵敏度。
[0090] 这里需要说明的是，加法运算器318中还可设置抵消量输入部，在基于视觉灵敏 度补正单元30的运算处理不能对暗电流进行完全相杀的情况等下，可通过抵消量输入部 输入抵消量来对暗电流进行相杀。
[0091] 乘法运算器316和加法运算器318的运算处理由下式表示。
[0092] (信号140) - {(补正系数）X (信号150) {=(信号160)}}=输出信号170
[0093] 这里需要说明的是，视觉灵敏度补正单元30还可具备对补正系数进行任意设定 的补正系数设定电路、以及、对所设定的补正系数进行适当选择的补正系数选择电路等 (图中未示）。优选为使用这些电路对补正系数进行适当的调整以符合各种条件。
[0094] 例如，可将视觉灵敏度补正单元30介由预定的接口（例如，I2C总线等）与CPU等 连接，并由CPU等进行补正系数的设定和选择。在此情况下，补正系数设定单元可由CPU等 实现。补正系数设定单元还可由软件实现，也可由硬件实现，或者为包含这两者的单元。
[0095] 图5示出的是在使补正系数在0、4、16、24之间进行变化的情况下的、由盖部3 所覆盖的第1受光元件21的相对灵敏度和波长之间的关系图。横轴为波长[nm](波长 400nm?波长1150nm)，纵轴为相对灵敏度[% ]。
[0096] 从图5可知，补正系数越大，红外光范围的相对灵敏度越低。例如，在波长为 800[nm]的情况下，补正系数为0时的相对灵敏度约为25%，补正系数为24时的相对灵敏 度约为6%。
[0097] 即，可知，通过改变补正系数，可对红外光范围的相对灵敏度进行控制。优选为，根 据受光元件特性等诸条件对补正系数进行适当的设定。
[0098] 这里需要说明的是，裸芯片（受光部20没有被盖部3所覆盖）时的第1受光元件 21的相对灵敏度在波长为800[nm]、补正系数为0的情况约为5%。也就是说，通过由盖部 3对受光部20进行覆盖，红外光范围的相对灵敏度被提高了。
[0099] 表1示出的是在使光源和补正系数变化的情况下的、由黑玻璃所覆盖的照度传感 器的输出值（单位：count)与使用白热灯的情况下的测定结果和不使用萤光灯的情况下的 测定结果的比率。
[0100] [表 1]
【权利要求】
1. 一种光传感器用半导体集成电路，介由使可视光衰减并使红外光透过的一盖部和一 集光透镜，接受一环境光，并根据受光量进行视觉灵敏度补正，W对所述环境光的照度进行 检测，其特征在于，所述光传感器用半导体集成电路包括： 一第1受光元件，包括一第1分光特性； 一第2受光元件，包括一第2分光特性；W及 一视觉灵敏度补正单元，根据所述第1受光元件和所述第2受光元件的输出进行视觉 灵敏度补正， 其中，所述视觉灵敏度补正单元包括： 一 AD变换部，对所述第1受光元件的输出和所述第2受光元件的输出W-时分方式进 行AD变换；及 一运算部，对所述AD变换部所变换的各数字信号进行减法运算。
2. 如权利要求1所述的光传感器用半导体集成电路，其特征在于， 所述第1分光特性由使可视光透过的一第1滤波器所获得， 所述第2分光特性由使红外光透过的一第2滤波器所获得。
3. 如权利要求2所述的光传感器用半导体集成电路，其特征在于， 所述视觉灵敏度补正单元更包括： 一乘法运算器，将与所述第2受光元件的输出相对应的所述数字信号乘W-补正系 数；及 一补正系数设定单元，对所述补正系数进行设定。
4. 如权利要求1所述的光传感器用半导体集成电路，其特征在于，所述视觉灵敏度补 正单元更包括： 一乘法运算器，将与所述第2受光元件的输出相对应的所述数字信号乘W-补正系 数；及 一补正系数设定单元，对所述补正系数进行设定。
5. 如权利要求1所述的光传感器用半导体集成电路，其特征在于，更包括一接近传感 器。
6. -种光传感器用半导体集成电路，接受一环境光，并根据受光量进行视觉灵敏度补 正，W对所述环境光的照度进行检测，其特征在于，所述光传感器用半导体集成电路包括： 一接近传感器； 一第1受光元件，包括一第1分光特性，所述第1分光特性于一第1波长有一第1最大 灵敏度； 一第2受光兀件，包括一第2分光特性，所述第2分光特性于一第2波长有一第2最大 灵敏度，其中所述第1波长与所述第2波长不同；W及 一视觉灵敏度补正单元，根据所述第1受光元件和所述第2受光元件的输出进行视觉 灵敏度补正。
7. 如权利要求6所述的光传感器用半导体集成电路，其特征在于，所述视觉灵敏度补 正单元包括： 一 AD变换部，对所述第1受光元件的输出和所述第2受光元件的输出W-时分方式进 行AD变换；及 一运算部，对所述AD变换部所变换的各数字信号进行减法运算。
8. 如权利要求6所述的光传感器用半导体集成电路，其特征在于，所述视觉灵敏度补 正单元包括： 一乘法运算器，将与所述第2受光元件的输出相对应的所述数字信号乘W-补正系 数；及 一补正系数设定单元，对所述补正系数进行设定。
9. 如权利要求6所述的光传感器用半导体集成电路，其特征在于， 所述第1分光特性由使一具有所述第1波长之第1光线透过的一第1滤波器所获得， 所述第2分光特性由使一具有所述第2波长之第2光线透过的一第2滤波器所获得。
10. 如权利要求6所述的光传感器用半导体集成电路，其特征在于， 所述第1分光特性由使一具有所述第1波长之可视光透过的一第1滤波器所获得， 所述第2分光特性由使一具有所述第2波长之非可视光透过的一第2滤波器所获得。
【文档编号】G01J1/44GK104344888SQ201410351826
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2014年7月23日 优先权日:2013年7月31日
【发明者】川崎祐也, M·奥贝拉谢尔 申请人:三美电机株式会社, 亿光电子工业股份有限公司