具有方向灵敏度的光传感器制造技术

一种装置包括具有方向灵敏度的光传感器。光传感器包括布置在相同孔径下方的多个光敏元件。每个光敏元件具有通过孔径的相应视场，该视场不同于其他光敏元件的视场。来自光传感器的信号可以便于确定入射光的方向。器的信号可以便于确定入射光的方向。器的信号可以便于确定入射光的方向。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有方向灵敏度的光传感器


[0001]本公开涉及一种具有方向灵敏度的光传感器。

技术介绍

[0002]诸如智能电话和其他便携式主机计算设备之类的各种消费电子产品包括具有集成光感测和/或发光设备的紧凑型光电模块。这些模块中的一些被配置为确定光信号是从哪个方向被接收的。

技术实现思路

[0003]本公开描述了包括具有方向灵敏度的光传感器的装置。光传感器包括布置在相同孔径下方的多个光敏元件。每个光敏元件具有通过该孔径的相应视场，该视场不同于其他光敏元件的视场。
[0004]在一些实施方式中，该装置还包括电子控制单元，该电子控制单元能够操作以基于来自光敏元件中的一个或多个输出信号并且基于光敏元件的相应视场来确定接收到的光的方向。
[0005]在一些情况下，光敏元件被布置横跨在比孔径的横截面积更大的区域上。光敏元件可以被实现为例如钉扎二极管，尽管也可以使用光电探测器的类型。在一些实施方式中，光敏元件形成光电探测器的二维阵列。
[0006]在一些情况下，光敏元件的相应视场中的至少一些部分地彼此重叠。
[0007]光敏元件可以形成在例如半导体基板中，并且该装置可以包括具有开口的至少一个金属层，该开口限定孔径的尺寸。在其他实施方式中，黑色掩模过滤器或其他层具有限定孔径尺寸的开口。
[0008]光传感器可以布置在例如便携式主机计算设备(例如，智能电话、平板电脑、可穿戴设备、个人数字助理(PDA)或个人计算机)中。根据应用，电子控制单元能够操作以结合手势识别、接近感测、环境光感测、颜色感测和/或飞行时间(TOF)感测来使用关于所确定的检测的信息。在一些情况下，电子控制单元能够操作来处理来自光敏元件的信号以确定接收到的光是否是漫射的或者接收到的光是否来自一个以上的光源。
[0009]在一些实施方式中，光传感器可以是超小的并且可以以相对低的制造成本实现改进的方向灵敏度。
[0010]从以下详细描述、附图和权利要求中，其他方面、特征和优点将变得显而易见。
附图说明
[0011]图1示出了传感器模块的示例。
[0012]图2是光传感器的示意性侧视图。
[0013]图3是光传感器的示意性俯视图。
[0014]图4示出了根据特定实施方式的光传感器的进一步细节。
具体实施方式
[0015]一般来说，本公开中描述的光电模块具有光传感器，并且还可以包括照明源，每个照明源可以例如在相应的晶粒(例如，集成电路半导体芯片)中实现。在一些情况下，由照明源产生的光从模块向物体发射，该物体将一部分光反射回模块，在该模块处光可以在光接收器处被检测到。在一些情况下(例如，对于手势识别)，期望能够检测在模块中检测到的光是从哪个方向被接收的。
[0016]图1示出了传感器模块10的示例，传感器模块10包括能够操作来产生光的照明源12和能够操作来感测由照明源12产生的波长(例如，红外(IR)、近红外、可见光或紫外(UV))的光的光传感器14。照明源可以包括一个或多个发光器，发光器的例子包括发光二极管、红外发光二极管、有机发光二极管、红外激光二极管、垂直腔表面发射激光器(vertical cavity surface emitting laser，VCSEL)和这些器件的阵列。在一些情况下，模块包括通过折射和/或衍射和/或反射来重定向光的无源光学部件(例如，透镜、棱镜、镜子)。照明源12和光传感器14的晶粒可以安装并电耦合到主机设备(例如，诸如智能电话、平板电脑、可穿戴设备、个人数字助理(PDA)或个人计算机的便携式计算设备)的印刷电路板(printed circuit board，PCB)18。根据实施方式，电连接可以包括晶粒焊盘、表面安装连接、线接合或焊球中的一个或多个。
[0017]在图示的例子中，照明源12和光传感器14被间隔物或外壳壁20横向包围，在一些情况下，间隔物或外壳壁20对于由照明源12产生并由光传感器14感测的波长是不透明的。内壁22可以将照明源12和光传感器14彼此分开，这有助于减少内部光学串扰。在一些实施方式中，内壁22可以不存在。模块10可以布置在例如主机设备的盖玻璃24的背面25的后面。
[0018]为了提供方向灵敏度，光传感器14包括布置在相同孔径下方的多个光敏元件(即，两个或更多个)，使得每个光敏元件具有不同于其他光敏元件的视场(field of view，FOV)的视场。图2和3示出了一个例子，下面将更详细地讨论。
[0019]如图2和3所示，光传感器14包括布置在相同孔径32下方的多个光敏元件30(即，两个或更多个)。光敏元件30可以实现为例如钉扎二极管、光电二极管、单光子雪崩二极管(single
‑
photon avalanche diodes，SPAD)或其他光检测设备。在某些情况下，钉扎二极管由于其小的体积是特别有利的。例如，对于一些移动相机传感器，像素尺寸可以是大约1.1μm
×
1.1μm。不同的尺寸，包括更小的钉扎二极管(例如，0.2μ
×
0.2μm)，可以在其他实施方式中使用。光敏元件30可以被排列为例如MxN阵列(其中M和N中的每一个都大于1)或线性阵列。例如，图3示出了光敏元件30的3
×
4阵列，尽管也可以使用尺寸阵列。在其他情况下，光敏元件30可以以一些其他配置来进行排列。
[0020]总的来说，光敏元件30应该布置在比孔径32的横截面积大的区域(即，布置在平行于基板18的平面的平面中)(例如，参见图3)。这样，每个光敏元件30具有不同于其他光敏元件的视场的视场。图2示出了一个光敏元件30的FOV 34。尽管光敏元件30的各个视场彼此不同，但是它们可以部分地重叠。
[0021]如图4所示，孔径32可以通过直接在其中形成光敏元件的半导体(例如硅)基板上沉积一个或多个金属层36来限定。图4示出了三个光敏元件30A、30B、30C各自的视场34A、34B、34C。在图示的例子中，顶部金属层36A具有限定孔径32尺寸的开口。在一些情况下，光敏硅表面和顶部金属层36A之间的距离约为1μm。不同的值可能适用于其他实施方式。通过
一个或多个金属层的堆叠形成孔径的一个优点是，它允许使用标准的CMOS工艺形成孔径。然而，在一些实施方式中，孔径可以以其他方式形成。例如，孔径32可以由黑色掩模过滤器中的小开口限定(例如，如果到光敏元件的距离相对较大，例如在5
‑
10μm的范围内)。在其他实施方式中，可以使用能够阻挡入射光的一些其他层(例如，白色或反射过滤器)来限定孔径32。
[0022]由光传感器14感测到的信号可以由电子控制单元(ECU)28(见图1)读出和处理，该电子控制单元28或者在传感器模块10本身中，或者在模块所布置的主机设备中。电子控制单元28可以被实现为例如集成电路芯片或其他处理器，并且可以包括存储在存储器中的软件。电子控制单元28可以包括适当的逻辑和/或其他硬件组件(例如，读出寄存器；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】1.一种装置，包括:具有方向灵敏度的光传感器，其中所述光传感器包括布置在相同孔径下方的多个光敏元件，其中每个光敏元件具有通过所述孔径的相应视场，所述视场不同于其他光敏元件的视场。2.根据权利要求1所述的装置，还包括电子控制单元，所述电子控制单元能够操作以基于来自所述光敏元件中的一个或多个的输出信号并基于所述光敏元件的相应视场来确定接收到的光的方向。3.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述光敏元件共同布置在大于所述孔径的横截面积的区域上。4.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述光敏元件包括钉扎二极管。5.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述光敏元件的相应视场中的至少一些彼此部分重叠。6.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其中所述光敏元件在半导体基板中，所述装置还包括至少一个金属层，所述金属层具有限定所述孔径的尺寸的开口。7.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，包括具有开口的黑色掩模过滤器，所述开口限定所述孔径的尺寸。8.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述多个光敏元件是光电检测器的二维阵列。9.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述光传感器布置在便携式主机计算设备中。10.根据权利要求2所述的装置，其中所述电子控制单元能够操作以结合手势识别使用关于所确定的检测的信...

【专利技术属性】
技术研发人员：W劳赫，
申请(专利权)人：ams有限公司，
类型：发明
国别省市：