用于飞行时间测量的光学传感器模块和用于制造光学传感器模块的方法技术

用于飞行时间测量的光学传感器模块包括布置在载体(CA)中或载体上(CA)的光发射器(OE)、主检测器(MD)和参考检测器RD。光学传感器模块的不透明外壳具有由光屏障(LB)分隔开的第一腔室(C1)和第二腔室(C2)。外壳具有盖部分(CS)并且布置在载体(CA)上使得光发射器位于第一腔室(C1)内部，主检测器(MD)位于第二腔室(C2)内部并且参考检测器(RD)位于第一腔室(C1)外部。此外，盖部分(CS)的主表面(MS)的位置与载体(CA)相对。光发射器(OE)布置并且配置成通过盖部分(CS)中的第一孔(A1)发射光，并且主检测器(MD)布置和配置成检测通过盖部分(CS)中的第二孔进入第二腔室(C2)的光。参考路径(RP)建立在光学传感器模块内部的光发射器(OE)和参考检测器(RD)之间，并且由盖部分(CS)的主表面和载体(CA)限制。另外，提出了用于制造飞行时间测量的光学传感器模块的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于飞行时间测量的光学传感器模块和用于制造光学传感器模块的方法描述本专利技术涉及光学传感器模块和用于制造光学传感器模块的方法，特别是用于飞行时间测量的传感器模块。用于飞行时间(TOF)测量的光学传感器可应用于各种距离测量系统。示例包括相机自动对焦辅助系统，用于车辆的停车辅助系统以及用于自动驾驶车辆的控制或监控系统。TOF传感器通常被实施到包括高度适应的传感器封装的专用传感器模块中。例如，TOF传感器模块通常需要光学参考路径和测量路径，以便准确地检测光发射的时间戳和反射光(例如，激光束)的到达。用于TOF的光学传感器模块通常包括单个的单光子雪崩二极管(SPAD)或SPAD的阵列，作为其主要光学检测器。为了实现高时间测量精度，除了测量SPAD之外，还可以使用参考SPAD或参考SPAD阵列。主检测器和参考检测器的组合可以支持双差分测量原理。能够测量光源驱动器的电信号和参考检测器之间的时间延迟以及光源驱动器的电信号和主测量检测器之间的延迟。将两个结果相减得到飞行时间值并且易于取消驱动器电路、光源和读出电路的响应时间的系统误差。TOF传感器中的双差分测量原理通过将参考检测器与主检测器光学分离来支持，以便防止在测量检测器处检测到基于串扰的参考信号。通常希望保持传感器模块紧凑并且减小其形状因数。然而，另一方面，光学传感器模块的设计不应该用紧凑尺寸来换取准确度，准确度还取决于限定的参考路径和不期望的光学串扰的减少。因此，本领域需要解决这些问题的替代包装概念。本专利技术的目的是提供用于时间飞行测量的光学传感器模块和用于制造该光学传感器模块的方法，这有助于紧凑的形状因子和改进的精度。这些目标是通过独立权利要求的主题实现的。进一步的扩展和实施例在从属权利要求中描述。应当理解，参照任何一个实施例描述的任何特征可以单独使用，或者与下文描述的其他特征结合使用，并且还可以与任何其他实施例的一个或更多个特征、或者实施例的任何其他组合结合使用，除非明确地描述为替代方案。此外，在不偏离如所附权利要求中限定的光学传感器模块和制造光学传感器模块的方法的范围的情况下，也可以采用下面未描述的等同和修改。在至少一个实施例中，用于时间飞行测量的光学传感器模块包括光发射器、主检测器以及布置在载体中或载体上的参考检测器。例如，光发射器包括具有可见光、红外光或紫外光谱发射的光源，例如激光器、激光二极管或发光二极管。相应地，主检测器和参考检测器对由光发射器发射的辐射敏感。检测器的示例包括光学二极管、雪崩二极管(诸如单光子雪崩二极管(SPAD))或任何其他类型的CMOS光电传感器。此外，检测器可以布置成线性或二维阵列，例如SPAD阵列。通常，光发射器、主检测器和参考检测器是集成部件，或集成电路的一部分，并且可以通过额外的电子电路来补充，用于对其进行连接和操作。载体可以是衬底外壳的一部分并且包括相同的材料，或者是例如印刷电路板或衬底。一些光源可以配备有光源驱动器，该光源驱动器能够外部连接，或者集成到集成电路中，作为用于对上文所提到的进行连接和操作的额外电子电路的一部分。光学传感器模块还包括不透明的外壳。外壳具有第一腔室和第二腔室，该第一腔室和第二腔室由光栅分隔开。外壳还包括具有主表面的盖部分。可选地，外壳可以补充有布置在主表面上的盖板。然而，盖板可以是其中可以实现光学传感器模块的设备(例如移动电话或平板电脑)的一部分。例如，外壳包括包括模制材料或另外的光学不透明材料。术语“光学不透明”是指对电磁辐射(例如，波长在光发射器的发射波长范围中的光)的不透明性。“不透明”还可以包括对例如红外光、可见光和/或紫外线辐射的不透明性。通常，如果没有另外说明的话，下文表述“光”是指可见光、红外光和紫外光谱中的电磁辐射。通常，外壳的材料和载体的材料相对于光发射器的发射都是不透明的。然而，这些材料可能会使入射光衰减而不是完全阻挡它。此外，如果没有另外说明，第一和第二腔室至少对于波长在光发射器的发射波长范围内的光是半透明或透明的。第一和第二腔室可以填充有光学半透明或透明的材料，诸如模制材料。然而，腔室也可以不填充任何材料并且仅包含空气。外壳布置在载体上使得光发射器位于第一腔室内部，主检测器位于第二腔室内部并且参考检测器位于第一腔室外部。此外，盖部分的主表面的位置与载体相对。术语“内部”用于表示相应的部件具有至少一个表面，所述至少一个表面与由腔室中的一个包围的容积接触或向其开放。例如，光发射器可以布置在载体中或载体上。当光发射器布置在载体上时，光发射器延伸到由腔室包围的容积中并且被认为是在腔室内部。当光发射器布置在载体中时，光发射器至少具有一个与由腔室包围的容积接触的表面，例如，其有效表面。在所有情况下，发射器都被认为是在腔室内。然而，术语“外部”被用于表示相应的部件不在由腔室包围的容积内。然而，所述部件可以布置在其他腔室内部。此外，所述部件还可以布置在载体内部，或嵌入在载体中，但是不具有任何表面朝腔室容积打开或接触腔室容积。例如，参考检测器可以布置在载体中和光发射器的下方。在这种情况下，参考检测器可以被认为是在第二腔室外部和下方。光发射器被布置和配置成通过在盖部分中的第一孔发射光。此外，主检测器被布置和配置成检测通过盖部分中的第二孔进入第二腔室的光。在操作中，光发射器发射光，发射的光最终照射光学传感器模块外侧的标靶。通常，发射被调制。例如，光发射器能够被脉冲调制或通过连续波(例如正弦波或方波)调制。在标靶位于光学传感器模块的视野中的情况下，光可以被反射回模块并最终经由第二孔进入第二腔室。主检测器产生指示反射光的强度的测量信号。经由标靶将光发射器与主检测器连接的光学路径将在下文中表示为测量路径。此外，在光学传感器模块内部，参考路径建立在光发射器和参考检测器之间。参考路径由盖部分的主表面和载体限制。换而言之，沿着参考路径传播的光不会离开外壳，而是保持在由盖部分的主表面和载体的外部表面所限制的体积内部。然而，参考路径可以至少部分地通过盖部分和/或载体材料的内部。例如，当光沿着参考路径传播时，光可以被衰减。在光学模块包括连接到主表面的盖玻璃的情况下，参考路径不经由玻璃延伸但是保持在主表面的下方。实际上，盖玻璃不被认为是外壳的一部分而是布置在外壳上。在光学传感器模块的操作期间，参考检测器可以检测指示沿着参考路径传播的光的参考信号。因此，光学传感器模块可以提供两个信号，即，测量信号和参考信号。这两个信号确定在标靶的照射和标靶处的反射之间的相移。例如，参考信号确定发射的时间戳或开始时间并且测量信号确定反射的另一个时间戳或停止时间。相移，或开始时间和停止时间之间的差异指示朝向标靶传播的光的飞行时间，该飞行时间继而能够转换成距离。通常，能够通过集成到光学传感器模块中的部件或通过光学传感器模块外部的其他装置在片上执行必要的信号处理。与现有技术系统相比，所提出的光学传感器模块允许显著地降低封装成本。特别地，能够实现紧凑的形状因子，因为参考路径位于模块内部。同时，减少了串扰，这产生飞行时间测量的精确度改进。实际上，由于光发射器布置在第一腔室中，主检测器布置在第二腔室中，以及参考检测器布置在第一腔室外部，可以减少从光发射器到检测器(特别是主检测器)的不希望的光学串扰和腔室之间的光泄漏。这使得确定的检本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于飞行时间测量的光学传感器模块，具有布置在载体(CA)中或载体(CA)上的光发射器(OE)、主检测器(MD)和参考检测器(RD)，还包括：‑不透明外壳，具有由光屏障(LB)分隔开的第一腔室(C1)和第二腔室(C2)，并且具有盖部分(CS)；其中，所述外壳布置在所述载体(CA)上，使得‑光发射器(OE)位于所述第一腔室(C1)内部，主检测器(MD)位于所述第二腔室(C2)内部，参考检测器(RD)位于所述第一腔室(C1)外部，并且‑所述盖部分(CS)的主表面(MS)的位置与所述载体(CA)相对；并且其中‑光发射器(OE)被布置和配置成通过所述盖部分(CS)中的第一孔(A1)发射光，并且主检测器(MD)被布置和配置成检测通过所述盖部分(CS)中的第二孔(A2)进入所述第二腔室(C2)的光，并且‑参考路径(RP)建立在所述光学传感器模块内部的光发射器(OE)和参考检测器(RD)之间，并且由所述盖部分(CS)的主表面(MS)和所述载体(CA)限制。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.09.21 EP 16189924.0;2016.09.01 US 62/382,3771.一种用于飞行时间测量的光学传感器模块，具有布置在载体(CA)中或载体(CA)上的光发射器(OE)、主检测器(MD)和参考检测器(RD)，还包括：-不透明外壳，具有由光屏障(LB)分隔开的第一腔室(C1)和第二腔室(C2)，并且具有盖部分(CS)；其中，所述外壳布置在所述载体(CA)上，使得-光发射器(OE)位于所述第一腔室(C1)内部，主检测器(MD)位于所述第二腔室(C2)内部，参考检测器(RD)位于所述第一腔室(C1)外部，并且-所述盖部分(CS)的主表面(MS)的位置与所述载体(CA)相对；并且其中-光发射器(OE)被布置和配置成通过所述盖部分(CS)中的第一孔(A1)发射光，并且主检测器(MD)被布置和配置成检测通过所述盖部分(CS)中的第二孔(A2)进入所述第二腔室(C2)的光，并且-参考路径(RP)建立在所述光学传感器模块内部的光发射器(OE)和参考检测器(RD)之间，并且由所述盖部分(CS)的主表面(MS)和所述载体(CA)限制。2.根据权利要求1所述的光学传感器模块，其中，所述外壳、光发射器(OE)和参考检测器(RD)被布置成使得由所述光发射器(OE)沿着所述参考路径(RP)发射的光的至少一部分到达所述参考检测器(RD)。3.根据权利要求1或2所述的光学传感器模块，其中-所述主检测器(MD)和/或参考检测器(RD)包括单光子雪崩二极管SPAD或SPAD的阵列，和/或-所述光发射器(OE)包括垂直腔表面发射激光器VCSEL或垂直外腔表面发射激光器VECSEL，其被配置成发射光。4.根据权利要求1至3中任一项所述的光学传感器模块，其中-所述参考检测器(RD)和测量检测器(MD)被组合成单个的检测器，或-所述参考检测器(RD)和测量检测器(MD)被实现为单独的检测器。5.根据权利要求1至4中任一项所述的光学传感器模块，其中-所述光发射器(OE)的前侧(FS)面向所述盖部分(CS)的主表面(MS)并且所述光发射器(OE)的后侧(BS)面向所述载体(CA)，-所述参考检测器(RD)布置在所述光发射器(OE)的后侧(BS)的下方，并且-由所述光发射器(OE)发射的光的一部分是经由所述光发射器(OE)的后侧(BS)发射的。6.根据权利要求1至5中任一项所述的光学传感器模块，其中，所述参考路径至少部分地在载体(CA)内部延伸，使得光发射器(OE)沿着参考路径(RP)发射的光朝向参考检测器(RD)经过所述载体(CA)。7.根据权利要求6所述的光学传感器模块，其中，所述载体(CA)包括引导结构(GS)以沿着参考路径(RP)在载体(CA)内部引导光。8.根据权利要求1至7中任一项所述的光学传感器模块，其中，参考路径(RP)至少部分地延伸通过布置在所述盖...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗伯特·卡佩尔，马里奥·曼宁格，托德·毕晓普，
申请(专利权)人：AMS有限公司，
类型：发明
国别省市：奥地利,AT