光电检测器和测量光的方法技术

提出了一种光传感器（１），其包括至少一个波长选择光电检测器（１０）、透镜（２０）和孔（３０）。波长选择光电检测器允许检测落在传感器上的预定义波长范围内的光。透镜将光投射到光电检测器上并且孔限定该光传感器的视场。光电检测器（１０）、透镜（２０）和孔（３０）以远心配置来设置。有利的是，这允许光在预定义角度范围内入射到波长选择光电检测器上，而不管入射到孔上的光的方向如何，从而消除了波长选择光电检测器的角度依赖响应。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及光传感器，该光传感器包括至少一个波长选择光电检测器，其用于检 测落在该传感器上的预定义波长范围内的光；透镜，其用于将光投射到光电检测器上；以 及孔(aperture)，其用于限定该传感器的视场。此外，本专利技术还涉及一种测量光的方法。这 样的光传感器特别地用在照明图案的检测和控制中。
技术介绍
单色光源的控制以及由若干光源创建的房间内光氛围的调节需要对照明和彩色 图案的正确测量。这在发光二极管(LED)的情况下变得尤其重要，因为它们倾向于随着时 间而改变其输出光谱。而且，它们的输出光谱是驱动电平的函数并且从一个LED到另一个 LED而不同。因此，正确的控制需要对光输出光谱的精确测量。基于具有窄带滤色器的光电 检测器阵列的光传感器使得能够测量输出光谱。每个光电检测器测量光谱的一小部分，使 得能够重建整个光谱。例如基于电介质层的叠层的干涉滤光器以及所谓的法布里_珀罗标准具构成最 常见类型的窄带滤色器。有利的是，这些滤光器可以具有非常窄的光谱响应。然而，滤光器 的中心波长强烈依赖于光的入射角。因此，光传感器的光谱响应对于从不同方向入射到其 上的光线将是不同的。这显然构成缺陷，从而阻止了对光谱的精确测量。此外，窄带滤光器 仅透射少量的光谱，从而降低了光电传感器的灵敏度。而且，以高的分辨率确定光谱需要大 量的这类滤光器。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供减轻这些问题中的至少一个的所述种类的光传感器。这个目 的是利用如权利要求1所限定的依照本专利技术的光传感器来实现的。一种光传感器，其包括 至少一个波长选择光电检测器，其用于检测落在该传感器上的预定义波长范围内的光；透 镜，其用于将光投射到光电检测器上；孔，其用于限定该传感器的视场，其特征在于，光电检 测器、透镜和孔以远心配置(telecentric configuration)来设置。在这种配置中，光电检 测器和孔均被定位成离透镜的距离等于其焦距。换言之，本专利技术的特征在于，透镜具有第一 和第二焦平面，并且光电检测器和孔分别设置在第一和第二焦平面内。有利的是，光将在预 定义角度范围内(例如接近法线入射)入射到波长选择光电检测器上，而不管入射到孔上 的光的方向如何，从而消除了角度依赖响应。而且，由于孔和透镜可以远大于波长选择光电 检测器，因而可以收集更多的光，从而提高了灵敏度。在一实施例中，孔被设置成在尺寸、形状或位置方面是可控制的。有利的是，这允 许控制光入射到光电检测器上的角度的范围，从而使得能够控制波长选择光电检测器和光 传感器的光谱响应。作为另一个优点，控制光谱响应允许在维持高分辨率能力的同时减少 光电检测器的数量。这允许将传感器制造得更简单和更小。在一实施例中，孔包括电光光调制器。在一实施例中，电光光调制器包括液晶单元、电润湿单元或者电泳单元。有利的是，这允许实现动态且可控的孔系统，该孔系统使得 能够实现光谱扫描能力。在一实施例中，孔被设置成环形。有利的是，环直径限定光传感器的峰值透射波 长。而且，环宽度限定光传感器的光谱响应的宽度。在一实施例中，波长选择光电检测器包括干涉滤光器或法布里_珀罗标准具。在 一实施例中，透镜具有光轴并且孔的位置被设置成在垂直于该光轴的平面内是可控的以允 许扫描落在传感器上的光的光谱。有利的是，这允许确定落在光传感器上的光的光谱和角 度信息这两者。依照第二方面，本专利技术提供了一种测量光的方法，该方法包括步骤(i)提供至少 一个波长选择光电检测器，其用于检测预定义波长范围内的光；(ii)提供透镜，其用于将 光投射到光电检测器上；以及(iii)提供孔，其用于限定该光电检测器的视场，其特征在 于，将光电检测器、透镜和孔以远心配置来定位。在一实施例中，所述方法还包括步骤在垂直于透镜的光轴的平面内调节孔的形 状、尺寸或位置以允许扫描落在传感器上的光的光谱。本专利技术的这些和其他方面根据下述实施例将是清楚明白的，并且将参照下述实施 例进行阐述。附图说明在以下结合附图对于示例性和优选的实施例的描述中，公开了本专利技术的另外的细 节、特征和优点。图1示意性地示出了具有波长选择光电检测器阵列的现有技术光传感器图2示意性地示出了依照本专利技术的光传感器的实施例图3示意性地示出了依照本专利技术的光传感器的另一实施例图4示意性地示出了依照本专利技术的光传感器的第三实施例图5示意性地示出了依照本专利技术的光传感器的第四实施例图6示意性地示出了可用在依照本专利技术的光传感器中的孔的两个实施例。具体实施例方式图1示意性地示出了具有波长选择光电检测器10的阵列的光传感器1。该光传感 器进一步还包括用于将光投射到光电检测器10上的透镜20以及用于限定传感器的视场的 孔30。光传感器1还包括适当的电子器件和用户接口(未示出)用以进一步处理检测的光 并且将其呈现给用户。波长选择光电检测器10可以由被干涉滤光器或法布里_珀罗标准具覆盖的二极 管或电荷耦合器件制成。这些滤光器的变化的透射函数(即波长选择性)是由两个(或更 多)反射表面之间的光的多次反射之间的干涉造成。如果透射束同相，则发生相长干涉。 这对应于滤光器的高透射峰值。如果透射束异相，则发生相消干涉，这对应于透射最小值。 多次反射束是否同相取决于光的波长(λ)、光通过滤光器传播的角度(Θ)、滤光器(层) 的厚度(t)以及反射表面之间的材料的折射率(η)。当每个透射束之间的光程长度差(2nt cos θ )为λ的整数倍时，发生最大透射。可以通过控制滤光器的精细度(finesse)来使得滤光器透射的波长范围是相当选择性的。这允许设计具有大量(层)厚度不同的滤光器的 光电检测器10的阵列。这种阵列使得能够精确地测量落在传感器上的光谱。然而，上面的 透射关系明显地表明，对于光的增大的入射角而言，峰值透射波长向蓝色偏移。因此，这种 光传感器1将测量并且确定以非法线角度落在该传感器上的光的不同光谱范围。依照本专利技术的第一方面，波长选择光电检测器10、透镜20和孔30以远心配置来 设置。在远心配置中，光电检测器10和孔30这两者被定位成离透镜20的距离等于其焦距 f(参见图2A和2B)。将孔30定位在透镜20的焦平面内导致光线向透镜20的光轴21折 射。将光电检测器10定位在透镜20的焦平面内导致光线被聚焦到光电检测器上。因此， 有利的是，穿过孔30的光线以围绕光电检测器法线的圆锥内的角度入射到波长选择光电 检测器10上。从图2A和图2B的比较可以看到，孔30的尺寸确定圆锥的宽度。由于波长 选择光电检测器10的光谱响应取决于圆锥宽度，因而调节孔宽度或尺寸允许控制传感器1 的光谱灵敏度。有利的是，改变孔30的宽度/尺寸允许在传感器的(强度)灵敏度与光谱 分辨率之间实现折衷。不仅改变孔30的尺寸而且改变孔在透镜20的焦平面内的位置，这允许甚至更大 程度地控制光传感器1的光谱响应。例如，利用环形孔30 (参见图3C)，环直径40设置光入 射到波长选择光电检测器10上的平均角度(其限定光传感器1的峰值透射波长)，而环宽 度50设置光入射的角度分布的宽度(其限定光传感器1的光谱响应的宽度)。因此，扫描 环直径40相当于在预定波长范围上进行光谱扫描。有利的是，这允许将光电检测器阵列的 尺寸(即光电检测器滤光器组合的数量)减少到大体上单个检测器。在一实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：MJJ贾克，TJP范登比格拉尔，EJ梅杰，E蒂梅林，
申请(专利权)人：皇家飞利浦电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL