一種光源方向檢測(cè)器件及其檢測(cè)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種光源方向檢測(cè)器件及其檢測(cè)方法，包括設(shè)置在P型襯底上呈陣列排列的并聯(lián)的光電感應(yīng)單元；光電感應(yīng)單元包括遮擋墻和對(duì)稱設(shè)置在其兩側(cè)的光電二極管，被照射時(shí)遮擋墻兩側(cè)光電二極管所生成的電流分別為IL、IR，遮擋墻與入射光的夾角為θ，RD/B與θ成線性關(guān)系。本發(fā)明由于采用了集成電路工藝來制作光電二極管和遮擋墻，所以能夠兼容其他集成電路，在檢測(cè)時(shí)巧妙的通過遮擋墻所產(chǎn)生的陰影所導(dǎo)致的兩側(cè)光電電流的變化，從而對(duì)光敏元件接受的光信號(hào)強(qiáng)度比較轉(zhuǎn)換為無(wú)光信號(hào)的比較，實(shí)現(xiàn)低成本小體積的光源方向檢測(cè)。
【專利說明】一種光源方向檢測(cè)器件及其檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光傳感器【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種光源方向檢測(cè)器件及其檢測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]太陽(yáng)是一種純凈又幾乎無(wú)限的免費(fèi)資源，因此對(duì)太陽(yáng)能的利用一直不斷研究。但是無(wú)論是采用什么方式對(duì)太陽(yáng)能進(jìn)行利用，均必須盡可能地使太陽(yáng)能采樣轉(zhuǎn)換裝置對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng)垂直入射角，以最大限度的獲取太陽(yáng)能輸入。因此，太陽(yáng)能采集轉(zhuǎn)換裝置通常需要光源方向檢測(cè)傳感器進(jìn)行調(diào)整?，F(xiàn)有普遍使用的光源方向檢測(cè)傳感器通常直接采用光電傳感器陳列，主要是利用排列在不同方向光敏元件陣列，通過光電傳感器在不同方向接受的光強(qiáng)信號(hào)進(jìn)行比較太陽(yáng)未正射時(shí)不同方向光電信號(hào)差異來進(jìn)行跟蹤控制。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但缺點(diǎn)也很明顯，所使用的光敏元件陣列的面積一般都很大，這樣才能保證光電流差別能被探測(cè)出來，從而占用有限的發(fā)電空間；而且還需要在設(shè)備上進(jìn)行布線，在較大體積發(fā)電設(shè)備或較多的發(fā)電設(shè)備集群上使用不方便。同時(shí)因?yàn)閭鞲衅鞯慕邮苊娣e增大后，容易附著異物或偶然出現(xiàn)的陰影，導(dǎo)致傳感器誤判，影響精度和浪費(fèi)效率。
[0003]除了上述的方法外，還有一些其它光源方向檢測(cè)方法，但都基于體積較大的板箱開縫結(jié)構(gòu)和其它陰影結(jié) 構(gòu)，例如擋板、鏡子和孔徑等，而且這些方法為了讓不同方向過來的光線照亮不同的光傳感器，需要在光窗和光傳感設(shè)備之間有一個(gè)相對(duì)較長(zhǎng)的距離，這都需要采用專門的機(jī)械裝置和光學(xué)裝置來實(shí)現(xiàn)，有體積大，制作困難，可靠性不高等缺點(diǎn)。目前還沒有看到利用集成電路微尺度結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的入射光方向檢測(cè)器件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明解決的問題在于提供一種光源方向檢測(cè)器件及其檢測(cè)方法，使對(duì)光敏元件接受的光信號(hào)強(qiáng)度比較轉(zhuǎn)換為無(wú)光信號(hào)的比較，實(shí)現(xiàn)了低成本小體積的光源方向檢測(cè)器件。
[0005]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
[0006]一種光源方向檢測(cè)器件，包括設(shè)置在P型襯底上呈陣列排列的并聯(lián)的光電感應(yīng)單元；光電感應(yīng)單元包括遮擋墻和對(duì)稱設(shè)置在其兩側(cè)的光電二極管，被照射時(shí)遮擋墻兩側(cè)光




I/ _ / I
電二極管所生成的電流分別為Ir，比例系數(shù)Jjj 、，遮擋墻與入射光的夾角為θ，Rd/b與θ成線性關(guān)系。
[0007]所述的光電二極管是由P型襯底上的N阱、N阱上的P+摻雜層組成的PN結(jié)二極管。
[0008]所述的遮擋墻兩側(cè)的PN結(jié)光電二極管的尺寸相一致。
[0009]當(dāng)入射光照射在遮擋墻上產(chǎn)生陰影時(shí)，遮擋墻兩側(cè)的光電二極管所能被光源照射的面積并不一樣，所產(chǎn)生的電流也不相同。
[0010]所述的遮擋墻為金屬墻，是由集成電路工藝提供的金屬層、金屬接觸孔和過孔堆疊而成的。
[0011]一種光源方向檢測(cè)器件的光源方向檢測(cè)，包括以下操作:
[0012]對(duì)稱設(shè)置在遮擋墻兩側(cè)的光電二極管產(chǎn)生的電流與其所接受光照能量成正比，其產(chǎn)生的光電電流為:
[0013]ID10=kPT=kP0AEFF=kP0wLEFF,
[0014]其中，k是常數(shù)系數(shù)，Pt是光電二極管接受到的總的光照功率，P0表示每單位面積上入射光的功率，Aeff和Leff是入射光照射到光電二極管上的有效面積和有效長(zhǎng)度，w是光電二極管的寬度；
[0015]遮擋墻與入射光的夾角為0，其中一側(cè)的光電二極管有一部分因遮擋墻遮擋而沒有被光源照射到；
[0016]對(duì)于全部接受光照的光電二極管，其光電電流包括三部分:
[0017]Il-1ld+Ile+Ilb ；
[0018]其中，Iui為光源直接照射而產(chǎn)生的電流；
[0019]Ile為遮擋墻反射光照射而產(chǎn)生的電流；
[0020]Ilb為背景光照射而產(chǎn)生的電流；
[0021]IL=kP0w[ (1+ (6)1.cos 0 + a h ? sin 0 ]；
[0022]對(duì)于存在陰影的光電二極管Dk，其光電電流包括兩部分:
[0023]Ie-1rd+Ieb ;
[0024]其中，Ikd為光源直接照射而產(chǎn)生的電流；
[0025]Ieb為背景光照射而產(chǎn)生的電流；
[0026]IE=kP0w[ (1+ (6)1* cos 0 _h ? sin 0 ]
[0027]比例系數(shù)
【權(quán)利要求】
1.一種光源方向檢測(cè)器件，其特征在于，包括設(shè)置在P型襯底上呈陣列排列的并聯(lián)的光電感應(yīng)單元；光電感應(yīng)單元包括遮擋墻和對(duì)稱設(shè)置在其兩側(cè)的光電二極管，被照射時(shí)遮擋墻兩側(cè)光電二極管所生成的電流分別為Ir,比例系數(shù)
2.如權(quán)利要求1所述的光源方向檢測(cè)器件，其特征在于，所述的光電二極管是由P型襯底上的N阱、N阱上的P+摻雜層組成的PN結(jié)二極管。
3.如權(quán)利要求2所述的光源方向檢測(cè)器件，其特征在于，所述的遮擋墻兩側(cè)的PN結(jié)光電二極管的尺寸相一致。
4.如權(quán)利要求1所述的光源方向檢測(cè)器件，其特征在于，當(dāng)入射光照射在遮擋墻上產(chǎn)生陰影時(shí)，遮擋墻兩側(cè)的光電二極管所能被光源照射的面積并不一樣，所產(chǎn)生的電流也不相同。
5.如權(quán)利要求1所述的光源方向檢測(cè)器件，其特征在于，所述的遮擋墻為金屬墻，是由集成電路工藝提供的金屬層、金屬接觸孔和過孔堆疊而成的。
6.一種光源方向檢測(cè)器件的光源方向檢測(cè)方法，其特征在于，包括以下操作:對(duì)稱設(shè)置在遮擋墻兩側(cè)的光電二極管產(chǎn)生的電流與其所接受光照能量成正比，其產(chǎn)生的光電電流為:
lDio_kPT-kP0AEFF-kP0wLEFF, 其中，k是常數(shù)系數(shù)，Pt是光電二極管接受到的總的光照功率，P0表示每單位面積上入射光的功率，Aeff和Leff是入射光照射到光電二極管上的有效面積和有效長(zhǎng)度，w是光電二極管的寬度； 遮擋墻與入射光的夾角為Θ，其中一側(cè)的光電二極管有一部分因遮擋墻遮擋而沒有被光源照射到； 對(duì)于全部接受光照的光電二極管 ，其光電電流包括三部分:

7.如權(quán)利要求6所述的光源方向檢測(cè)器件的光源方向檢測(cè)，其特征在于，
ILD=kP0w ? I ? cos 9 ；
Ile= a kP0w ? h ? sin 9 ；
Ilb= kP0w ? I ? cos 9 o
8.如權(quán)利要求6所述的光源方向檢測(cè)器件的光源方向檢測(cè)，其特征在于，
IED=kP0w ? (I ? cos 9 -h ? sin 9 )；
Ieb= kP0w ? I ? cos 9 o
【文檔編號(hào)】G01C1/00GK103453876SQ201310347622
【公開日】2013年12月18日 申請(qǐng)日期:2013年8月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月9日
【發(fā)明者】王紅義, 宋紅江, 珍妮弗·布萊恩·克里森, 張耀耀, 羅濤, 胡溪, 李海洋 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)