集成在同一半导体封装中的影像传感器和光源驱动器制造技术

描述一种设备，其包括集成在同一半导体芯片封装中的影像传感器和光源驱动器电路。影像传感器包括可见光像素和深度像素。深度像素用于感测通过光源驱动信号产生的光。光源驱动信号通过光源驱动器电路产生。

Image sensor and light source driver integrated in same semiconductor package

An apparatus includes an image sensor integrated in the same semiconductor chip package and a light source driver circuit. The image sensor comprises a visible light pixel and a depth pixel. The depth pixel is used for sensing light generated by the light source driving signal. The light source driving signal is generated by the light source driver circuit.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术通常涉及摄像头技术，且更具体地，涉及集成在同一半导体封装中的影像传感器和光源驱动器。
技术介绍
许多现有的计算系统包括一个或多个传统的影像捕获摄像头，作为集成的外围装置。当前的趋势是通过将深度捕捉集成到其成像部件中而增强计算系统成像能力。深度捕捉例如可以用于执行各种智能物体辨识功能，例如面部辨识(例如用于安全系统解锁)或手势辨识(例如用于无触摸用户界面功能)。一种深度信息捕捉方法被称为“飞行时间(time-of-flight)成像，其将来自系统的光发射到物体上，且针对影像传感器的多个像素的每一个测量光发出和其在传感器上反射的影像的接收之间的时间。通过飞行时间像素产生的影像对应于物体的三维轮廓，特征在于不同(x，y)像素位置每一个处的独一无二的深度测量(z)。由于具有成像能力的许多计算系统是可动的(例如笔记本电脑、平板计算机、智能电话等)，光源(“照明器”)在系统中的集成以实现飞行时间操作提供了许多设计上的难题，例如成本难题，封装难题和/或功率消耗难题。
技术实现思路
描述一种设备，其包括集成在同一半导体芯片封装中的影像传感器和光源驱动器电路。影像传感器包括可见光像素和深度像素。深度像素用于感测通过光源驱动信号产生的光。光源驱动信号通过光源驱动器电路产生。描述一种设备，其在同一半导体芯片封装中包括用于产生用于光源的驱动信号的器件，用于对从驱动信号产生且从物体反射的光做出响应以产生用于物体的模拟深度轮廓信息的器件，和用于将模拟深度轮廓信息数字化的器件。附图说明以下的描述和附随附图用于显示本专利技术的实施例。附图中：图1a显示了集成的影像传感器和光源驱动器的图示；图1b显示了集成的影像传感器和光源驱动器的另一图示；图2显示了集成的影像传感器和光源驱动器的系统图；图3a显示了光源驱动器的系统图；图3b显示了核心光源驱动器的图；图3c显示了光学输出功率电路图；图4显示了正时和控制电路图；图5a显示了通过集成的影像传感器和光源驱动器执行的第一方法；图5b显示了通过集成的影像传感器和光源驱动器执行的第二方法；图6a显示了集成的影像传感器和光源驱动器的另一实施例；图6b显示了集成的影像传感器和光源驱动器的又一实施例；图7显示了具有集成影像传感器和光源驱动器的2D/3D摄像头系统的实施例；图8显示了具有2D/3D摄像头系统的计算系统，所述摄像头系统具有集成的影像传感器和光源驱动器。具体实施方式图1a和1b显示了集成的影像传感器和光源驱动器100的不同视图，其解决了
技术介绍
中所述的一些问题。如在图1a和1b中所示的，集成的影像传感器和光源驱动器100包括RGBZ像素阵列芯片101，其堆叠在底层集成电路102上，所述底层集成电路具有模拟-数字(ADC)电路103，正时和控制电路104和光源驱动电路105。底层集成电路102安装在封装基板106上，使得像素阵列101和底层集成电路102完全包含在同一封装107中。RGBZ像素阵列芯片101包括不同种类的像素，其一些对可见光(红色(R)，绿色(G)和蓝色(B))敏感且其他的对IR光敏感。RGB像素用于支持传统的“2D”可见影像捕获(传统的照片/视频获取)功能。IR敏感像素用于使用飞行时间技术支持3D深度轮廓成像。具有传统的影像捕获和飞行时间深度捕获功能的摄像头系统通常包括：1)照明器(例如至少一个激光器、激光器阵列、LED或LED阵列，以产生用于飞行时间系统的IR光)；2)RGBZ像素阵列；3)用于照明器的驱动电路；和4)模拟-数字转换电路以及正时和控制电路，其与RGBZ像素阵列一起形成完整的影像传感器。这里，上述的项目1)和2)可被认为是摄像头系统的电光部件，且项目3)和4)可被认为是用于电光部件的支持电子器件。尤其是，图1a和1b的集成影像传感器和光源驱动器100在单个封装107中集成上述项目2)、3)和4)中的大多数(如果不是全部的话)，其与现有技术方法相比则提供这些项目的更便宜和/或更小的形状因素方案。为了容易地绘制ADC电路103，正时和控制电路104以及光源驱动电路105不必按比例绘制且没有显示任何从像素阵列101下方露出的情况。可以想到一些方案可将ADC电路103、正时和控制电路104、光源驱动器105中任一个的全部或一些部分置于像素阵列101下方。图1b显示了在底层半导体管芯102上堆叠的像素阵列101的横截面。如图1b所示，形成在底层集成电路102的顶表面上的导电球/凸部对准以与形成在像素阵列101的下表面上的导电球/凸部接触。像素阵列101的下表面上的球/凸部连接到像素阵列基板中的相应导电贯穿孔，所述像素阵列基板电联接到形成在像素阵列101的金属化平面中的相应迹线。如本领域已知的，像素阵列101的金属化平面对嵌入在像素阵列基板的上表面中的任何晶体管提供偏压和/或信号以及提供通过像素阵列的像素产生的输出模拟感测信号。金属化平面可以是像素阵列基板上方的较大多层结构的一部分，像素阵列基板还包括滤波器(例如用于RGB像素的RGB滤波器和用于Z像素的IR滤波器)和微透镜。下层IC102还包括穿过基板的导电通孔，其将其金属化层电连接到其下层接触球/凸部。应注意，在对任何具体封装技术来说合适的情况下，图1b所示的一对接触球/凸部的任何球/凸部可以替换为垫/凸台，代替球/凸部。球/凸部/垫可以设置为阵列，围绕其相应管芯表面上的外围或其他设备。在替换方法中，取代形成在IC下侧上的球/凸部，IC可以包括围绕其周边的线连结垫，IC可以通过从这些垫连结到下层基板的表面的线而电联接到封装基板。封装基板107可以用任何典型的平面板技术制造(例如具有导电和绝缘平面的交替层，其中绝缘平面包括例如FR4、陶瓷等中的任何一种)。如图1b所示，封装基板107还具有导电球/凸部，用于电接触到摄像头系统，传感器和驱动器集成到该摄像头系统中。图2显示了系统架构200的图示，其用于图1a和1b的集成影像传感器和光源驱动器100。如图2所示，光源驱动电路205将驱动信号211提供到照明器(未示出)。驱动信号的幅度确定从照明器发出的光的光功率。在一实施例中，照明器包括光检测器，其随通过照明器发出的光强度增加而产生更高幅度信号。根据图2的系统架构200，光检测器信号212通过光源驱动电路接收且并入到受控反馈回路，以控制驱动信号211的幅度。驱动信号211还可以以正弦曲线或时钟信号的形式而被调制，以执行连续波发光。正时和控制电路204将调制信号提供到光源驱动电路205。在调制信号类似时钟信号的情况下，时钟信号的一个逻辑值对应于处于“开”的照明器，而另一逻辑值对应于处于“关”的照明器。如此，照明器以开-关-开-关的方式将光闪烁到摄像头的视野。在各种实施例中，照明器的光源(一个或多个)可以布置为垂直腔侧发射激光二极管(VCSEL)或发光二极管(LED)的阵列，其每一个联接到相同阳极端子和相同阴极端子(使得阵列的所有VCSEL/LED一起打开和关闭)，且其中，从光源驱动器205而来的驱动信号211联接到阵列的阳极或阴极中之一。通过根据照明器的光被闪烁为“开”的时间和在传感器处接收闪烁的反射光的时间之间的时间而产生电荷，RGBZ像素阵列201的“Z”像素有效地执行“3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种设备，包括:影像传感器和光源驱动器电路，集成在同一半导体芯片封装中，所述影像传感器包括可见光像素和深度像素，所述深度像素用于感测通过光源驱动信号产生的光，所述光源驱动信号通过所述光源驱动器电路产生。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.12.22 US 14/579,8251.一种设备，包括:影像传感器和光源驱动器电路，集成在同一半导体芯片封装中，所述影像传感器包括可见光像素和深度像素，所述深度像素用于感测通过光源驱动信号产生的光，所述光源驱动信号通过所述光源驱动器电路产生。2.如权利要求1所述的设备，其中影像传感器包括设置在第一半导体芯片上的像素阵列，所述第一半导体芯片设置在第二半导体芯片上，所述第二半导体芯片具有所述光源驱动器电路。3.如权利要求2所述的设备，其中所述第二半导体芯片具有模拟-数字转换电路，以将通过所述深度像素产生的模拟信号数字化。4.如权利要求2所述的设备，其中所述第二半导体芯片具有正时和控制电路，以产生用于所述深度像素的相应时钟信号。5.如权利要求4所述的设备，其中所述正时和控制电路包括延迟锁定回路电路，其具有相位比较器，所述相位比较器将所述光源驱动信号和通过所述深度像素接收的时钟信号的相应相位进行比较。6.如权利要求5所述的设备，其中所述光源驱动器电路包括联接到所述光源驱动器电路的输出的一个或多个晶体管，以驱动所述光源驱动信号，其中所述一个或多个晶体管的栅极节点联接到所述相位比较器。7.如权利要求2所述的设备，其中所述第二半导体芯片具有在其基板中的导电通孔，所述基板联接到所述半导体封装的底表面上的导电球和/或凸部。8.如权利要求1所述的设备，其中所述光源驱动器电路包括输入端，用于接收通过光源的光检测器产生的信号，所述光检测器接收所述光源驱动信号。9.一种方法，包括：在同一半导体芯片封装中执行以下步骤：产生用于光源的驱动信号；对从驱动信号产生且从物体产生的光做出响应，以产生用于所述物体的模拟深度轮廓信息；和，使得模拟深度轮廓信息数字化。10.如权利要求9所述的方法，进一步包括产生用于所述驱动信号的第一时钟信号，所述第一时钟信号基本上与用于所述深度像素的第二时钟信号同相位，所述深度像素产生所述模拟深度轮廓信息。11.如权利要求10所述的方法，进一步包括将数字化的模拟深度轮廓信息发送到主机系统。12.如权利要求9所述的方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：CYA林，C波特曼，
申请(专利权)人：谷歌公司，
类型：发明
国别省市：美国;US