[发明专利]一种光源方向检测器件及其检测方法

说明书

技术领域

本发明属于光传感器技术领域，涉及一种光源方向检测器件及其检测方法。

背景技术

太阳是一种纯净又几乎无限的免费资源，因此对太阳能的利用一直不断研究。但是无论是采用什么方式对太阳能进行利用，均必须尽可能地使太阳能采样转换装置对准太阳垂直入射角，以最大限度的获取太阳能输入。因此，太阳能采集转换装置通常需要光源方向检测传感器进行调整。现有普遍使用的光源方向检测传感器通常直接采用光电传感器陈列，主要是利用排列在不同方向光敏元件阵列，通过光电传感器在不同方向接受的光强信号进行比较太阳未正射时不同方向光电信号差异来进行跟踪控制。这种方式的优点是结构简单，但缺点也很明显，所使用的光敏元件阵列的面积一般都很大，这样才能保证光电流差别能被探测出来，从而占用有限的发电空间；而且还需要在设备上进行布线，在较大体积发电设备或较多的发电设备集群上使用不方便。同时因为传感器的接受面积增大后，容易附着异物或偶然出现的阴影，导致传感器误判，影响精度和浪费效率。

除了上述的方法外，还有一些其它光源方向检测方法，但都基于体积较大的板箱开缝结构和其它阴影结构，例如挡板、镜子和孔径等，而且这些方法为了让不同方向过来的光线照亮不同的光传感器，需要在光窗和光传感设备之间有一个相对较长的距离，这都需要采用专门的机械装置和光学装置来实现，有体积大，制作困难，可靠性不高等缺点。目前还没有看到利用集成电路微尺度结构实现的入射光方向检测器件。

发明内容

本发明解决的问题在于提供一种光源方向检测器件及其检测方法，使对光敏元件接受的光信号强度比较转换为无光信号的比较，实现了低成本小体积的光源方向检测器件。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种光源方向检测器件，包括设置在P型衬底上呈阵列排列的并联的光电感应单元；光电感应单元包括遮挡墙和对称设置在其两侧的光电二极管，被照射时遮挡墙两侧光电二极管所生成的电流分别为I_L、I_R，比例系数遮挡墙与入射光的夹角为θ，R_D/B与θ成线性关系。

所述的光电二极管是由P型衬底上的N阱、N阱上的P+掺杂层组成的PN结二极管。

所述的遮挡墙两侧的PN结光电二极管的尺寸相一致。

当入射光照射在遮挡墙上产生阴影时，遮挡墙两侧的光电二极管所能被光源照射的面积并不一样，所产生的电流也不相同。

所述的遮挡墙为金属墙，是由集成电路工艺提供的金属层、金属接触孔和过孔堆叠而成的。

一种光源方向检测器件的光源方向检测，包括以下操作：

对称设置在遮挡墙两侧的光电二极管产生的电流与其所接受光照能量成正比，其产生的光电电流为：

I_DIO=kP_T=kP₀A_EFF=kP₀wL_EFF，

其中，k是常数系数，P_T是光电二极管接受到的总的光照功率，P₀表示每单位面积上入射光的功率，A_EFF和L_EFF是入射光照射到光电二极管上的有效面积和有效长度，w是光电二极管的宽度；

遮挡墙与入射光的夹角为θ，其中一侧的光电二极管有一部分因遮挡墙遮挡而没有被光源照射到；

对于全部接受光照的光电二极管D_L，其光电电流包括三部分：

I_L=I_LD+I_LR+I_LB；

其中，I_LD为光源直接照射而产生的电流；

I_LR为遮挡墙反射光照射而产生的电流；

I_LB为背景光照射而产生的电流；

I_L=kP₀w[(1+β)l·cosθ+αh·sinθ]；

对于存在阴影的光电二极管D_R，其光电电流包括两部分：

I_R=I_RD+I_RB；

其中，I_RD为光源直接照射而产生的电流；

I_RB为背景光照射而产生的电流；

I_R=kP₀w[(1+β)l·cosθ-h·sinθ]