包括模制光束成形元件的集成光学生物传感器制造技术

一种集成光学生物传感器模块，包括可操作以产生用于从模块发射的光的一个或多个光源，以及包括光敏区域的集成电路芯片。光敏区域包括一个或多个光电检测器，该一个或多个光电检测器可操作以检测由一个或多个光源产生并由模块外部的对象反射的光。集成电路芯片可操作以基于来自一个或多个光电检测器的信号来确定对象的生理状况。透明模具覆盖物封装一个或多个光源，其中透明模具覆盖物包括一个或多个光束成形元件，每个光束成形元件被设置成与来自一个或多个光源中相关联的一个光源的光束的路径相交。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包括模制光束成形元件的集成光学生物传感器
本公开涉及包括一个或多个模制光束成形元件的集成光学生物传感器。
技术介绍
各种类型的传感器被用于各种应用。这些传感器中的一些使用光学信号来测量感兴趣的参数，例如压力、距离、温度或成分。在一些情况下，包含这种传感器的模块用于医疗和健康相关的应用中。例如，对人体执行测量可以包括使人体的一部分接近模块，将从模块发射的光导向人体的该部分，以及检测由人体的该部分反射到模块中的光。例如，基于模块检测到的光的信息可以被处理，以提供人体生理状况的指示。
技术实现思路
本公开描述了集成光学生物传感器，其包括一个或多个模制光束成形元件(例如，透镜)。如下文更详细描述的，光束成形元件可以整体形成为透明(clear)模具覆盖物的一部分，该透明模具覆盖物将一个或多个光源封装在生物传感器模块中。例如，在一个方面，本公开描述了一种集成光学生物传感器模块，其包括可操作以产生用于从模块发射的光的一个或多个光源，以及包括光敏区域的集成电路芯片。光敏区域包括一个或多个光电检测器，该一个或多个光电检测器可操作以检测由一个或多个光源产生并由模块外部的对象反射的光。集成电路芯片可操作以基于来自一个或多个光电检测器的信号来确定对象的生理状况。透明模具覆盖物封装一个或多个光源，其中透明模具覆盖物包括一个或多个光束成形元件，每个光束成形元件被设置成与来自一个或多个光源中相关联的一个光源的光束的路径相交。一些应用包括一个或多个以下特征。例如，一个或多个光束成形元件中的每一个可以是由与透明模具覆盖物相同的材料组成的模制透镜。在一些情况下，透明模具覆盖物和一个或多个光束成形元件由环氧树脂组成。在一些实施方式中，透明模具覆盖物包括多个光束成形元件，每个光束成形元件被设置成与来自光源中的相应一个光源的光束的路径相交。光束成形元件中的至少一个可以相对于由相应光源产生的光束的光轴不对称。在一些情况下，各个光束成形元件中的每一个可操作以将来自光源中的相应一个光源的光束导向相应方向，该相应方向不同于来自光源中的至少另一个光源的光束被光束成形元件中的不同的一个光束成形元件导向的方向。在一些实施方式中，每个光源可操作以产生不同波长的光，其中模块包括多个光电检测器，每个光电检测器可操作以检测由光源中的相应一个产生并被对象反射的光。在一些情况下，光源中的至少一个可操作以产生红外光或可见光。透明模具覆盖物对于一个或多个光源产生的光应该是透明的。在一些情况下，模块包括限定内部区域的外壳，一个或多个光源和集成电路芯片设置在该内部区域中。例如，外壳可以在透明模具覆盖物上具有第一孔，以及在集成电路芯片上具有第二孔。该模块可被配置用于各种生物传感器应用。例如，在一些实施方式中，集成电路芯片可操作以基于来自一个或多个光电检测器的信号来确定对象的氧饱和度水平。在一些情况下，集成电路芯片可操作以基于来自一个或多个光电检测器的信号来确定对象的脉搏速率。在一些情况下，集成电路芯片可操作以基于来自一个或多个光电检测器的信号来确定对象的心率。本公开还描述了一种主机计算设备，其包括盖玻璃和邻近盖玻璃设置的集成光学生物传感器模块。可在主机计算设备上执行的应用可操作以使模块基于由一个或多个光源产生、由对象反射并由一个或多个光电检测器感测的光来对对象执行生理测量。主机计算设备包括显示屏，该显示屏可操作以基于来自一个或多个光电检测器的信号显示指示对象的生理状况的数据。本公开进一步描述了包括集成光学生物传感器模块的系统。该模块包括可操作以产生用于从模块发射的光的一个或多个光源，以及包括光敏区域的集成电路芯片。光敏区域包括一个或多个光电检测器，光电检测器可操作以检测由一个或多个光源产生并由模块外部的对象反射的光。透明模具覆盖物封装一个或多个光源，并且包括一个或多个光束成形元件，每个光束成形元件被设置成与来自一个或多个光源中相关联的一个光源的光束的路径相交。该系统还包括处理器，该处理器耦合到集成电路芯片并且可操作以基于来自一个或多个光电检测器的信号确定对象的生理状况。一些实施方式包括以下一个或多个优点。例如，该模块可以相对紧凑，使得它可以集成到其中空间非常宝贵的主机计算设备(例如，智能手机或可穿戴设备)中。通过将透镜或其他光束成形元件集成到生物传感器模块中，每个光源的能量可以更多地聚焦在要测量的区域上，这可以允许光源的孔径(和灵敏度)增加。在一些情况下，这样的布置可以降低整个系统的功耗，这继而可以增加向生物传感器模块供电的电池的寿命。此外，在一些情况下，光束成形元件可以减少光源和敏感元件之间的串扰，从而提高整体系统性能。用相同的环氧树脂形成透镜或其他光束成形元件，使得它们被集成为光源上的透明模具覆盖物的一部分，可以允许提供大范围的光束成形元件，包括不对称透镜。这种布置可以允许来自光源的光束被导向期望的方向，并针对特定的应用进行优化。根据以下具体实施方式、附图和权利要求，其他方面、特征和优点将变得显而易见。附图说明图1示出了集成光学生物传感器模块的示例的透视图。图2示出了图1的横截面。图3示出了生物传感器模块中的集成电路(IC)芯片的功能图和布局。图4示出了包括光束成形元件的透明模具覆盖物的示例。图5示出了由生物传感器模块发射的光束的角度方向的示例。图6是生物传感器模块的另一透视图。图7示出了使用生物传感器模块获得关于对象的生理数据。图8示出了包括生物传感器模块的便携式计算设备的示例。具体实施方式本公开描述了包括一个或多个模制光束成形元件的集成光学生物传感器。如下文更详细描述的，光束成形元件可以整体形成为封装一个或多个光源的透明模具覆盖物的一部分。在一些实施方式中，这里描述的技术可以在光束成形元件的布置中提供更大的灵活性。例如，如图1和2所示，封装的生物传感器模块20包括安装到印刷电路板(PCB)或其他基板22的各种组件。具体地，一个或多个光源24和集成电路(IC)半导体芯片26安装到PCB22上。光源24可以实现为例如发光二极管(LED)、有机LED(OLED)、垂直腔表面发射激光器(VCSEL)或其他发光器件。每个光源24可操作以产生特定波长的光。在一些情况下，多个光源被安装到PCB22，每个光源产生与其他光源中的一个或多个不同波长的光。例如，在一些实施方式中，一个光源可操作来发射光谱的红色部分(例如，大约600纳米)的光，而第二光源可操作以发射光谱的红外(IR)或近红外部分(例如，在大约700-1100纳米的范围内)的光。在其他实施方式中可以使用附加的或不同的波长或波长范围。每个光源24可以例如通过各自的晶粒(die)焊盘28连接到PCB22。同样，IC芯片26可以电连接到PCB22，例如，通过连接到PCB22表面上的焊盘31的晶粒焊盘(未示出)和/或焊线30。可以在PCB22的背面提供表面安装技术(surfacemounttechnology，SMT)焊盘和其他电连接，以便于主机设备(例如，智能手机、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种集成光学生物传感器模块，包括:/n一个或多个光源，所述一个或多个光源能够操作以产生用于从模块发射的光；/n集成电路芯片，所述集成电路芯片包括光敏区域，所述光敏区域包括一个或多个光电检测器，所述光电检测器能够操作以检测由所述一个或多个光源产生并由所述模块外部的对象反射的光，其中所述集成电路芯片能够操作以基于来自所述一个或多个光电检测器的信号确定所述对象的生理状况；/n透明模具覆盖物，所述透明模具覆盖物封装所述一个或多个光源，其中所述透明模具覆盖物包括一个或多个光束成形元件，每个光束成形元件被设置成与来自所述一个或多个光源中的相关联的一个光源的光束的路径相交。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20181217 US 62/780,6971.一种集成光学生物传感器模块，包括:
一个或多个光源，所述一个或多个光源能够操作以产生用于从模块发射的光；
集成电路芯片，所述集成电路芯片包括光敏区域，所述光敏区域包括一个或多个光电检测器，所述光电检测器能够操作以检测由所述一个或多个光源产生并由所述模块外部的对象反射的光，其中所述集成电路芯片能够操作以基于来自所述一个或多个光电检测器的信号确定所述对象的生理状况；
透明模具覆盖物，所述透明模具覆盖物封装所述一个或多个光源，其中所述透明模具覆盖物包括一个或多个光束成形元件，每个光束成形元件被设置成与来自所述一个或多个光源中的相关联的一个光源的光束的路径相交。


2.根据权利要求1所述的模块，其中所述一个或多个光束成形元件中的每一个是由与所述透明模具覆盖物相同的材料组成的模制透镜。


3.根据权利要求2所述的模块，其中所述透明模具覆盖物和所述一个或多个光束成形元件由环氧树脂组成。


4.根据权利要求2所述的模块，包括多个光源，其中所述透明模具覆盖物包括多个光束成形元件，每个光束成形元件设置成与来自所述光源中的相应一个光源的光束的路径相交。


5.根据权利要求4所述的模块，其中所述光束成形元件中的至少一个相对于由相应光源产生的光束的光轴不对称。


6.根据权利要求4所述的模块，其中各个光束成形元件中的每一个能够操作以将来自所述光源中的相应一个光源的光束导向相应方向，所述相应方向不同于来自所述光源中的至少另一个光源的光束被所述光束成形元件中的不同的一个光束成形元件导向的方向。


7.根据权利要求4所述的模块，其中每个光源能够操作以产生不同波长的光，所述模块包括多个光电检测器，每个光电检测器能够操作以检测由光源中的相应一个产生并被对象反射的光。


8.根据权利要求4所述的模块，其中所述光源中的至少一个能够操作以产生红外光。


9.根据权利要求4所述的模块，其中所述光源中的至少一个能够操作以产生可见光。


10.根据权利要求1-9中任一项所述的模块，其中所述透明模具覆盖物对于由所述一个或多...

【专利技术属性】
技术研发人员：B格鲁伯，
申请(专利权)人：ams有限公司，
类型：发明
国别省市：奥地利;AT