CN111403375A - 光学装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光学装置，其包括载体、光源、裸片、光导引结构和反射结构。所述载体具有表面。所述光源安置于所述表面上且被配置成发射光束。所述裸片安置于所述表面上且被配置成感测所述光束。所述光导引结构安置于所述表面上且被配置成导引所述光束。所述光导引结构包括面向所述光源的光接收表面和光射出表面。所述反射结构安置在所述裸片上方。所述反射结构包括面向所述光导引结构的所述光射出表面的光反射表面且被配置成反射从所述光射出表面射出到所述裸片的所述光束。所述光反射表面和所述光射出表面彼此分离且界定排气孔。

Description

光学装置
技术领域
本公开涉及一种光学装置。具体地说，本公开涉及具有较小封装大小的光学装置。
背景技术
用于气体感测的常规光学装置通常使用反射结构。并不需要光束的长路径和光学装置的封装的较大厚度。然而，对于光学装置难以形成较小封装大小。
发明内容
在一方面中，一种光学装置包括载体、光源、裸片、光导引结构和反射结构。所述载体具有表面。所述光源安置于所述表面上且被配置成发射光束。所述裸片安置于所述表面上且被配置成感测所述光束。所述光导引结构安置于所述表面上且被配置成导引所述光束。所述光导引结构包括面向所述光源的光接收表面和光射出表面。所述反射结构安置在所述裸片上方。所述反射结构包括面向所述光导引结构的所述光射出表面的光反射表面且被配置成反射从所述光射出表面射出到所述裸片的所述光束。所述光反射表面和所述光射出表面彼此分离且界定排气孔。
在一方面中，一种光学装置包括载体、光源、反射结构、光导引结构和裸片。所述载体具有表面。所述光源安置于所述表面上。所述光导引结构、所述载体和所述反射结构界定具有排气孔的腔室。所述裸片安置于所述腔室内。
附图说明
图1A为根据本公开的实施例的光学装置的横截面图。
图1B为根据本公开的实施例的光学装置的横截面图。
图2为根据本公开的实施例的展示光束路径的光学装置的横截面图。
图3说明根据本公开的实施例的光学装置的俯视图。
图4为根据本公开的实施例的光学装置的横截面图。
图5为根据本公开的实施例的光学装置的横截面图。
贯穿所述图式和具体实施方式使用共用参考数字以指示相同或类似元件。本公开的实施例将从结合随附图式的以下具体实施方式更显而易见。
具体实施方式
除非另外规定，否则例如“上方”、“下方”、“向上”、“左边”、“右边”、“向下”、“顶部”、“底部”、“竖直”、“水平”、“侧部”、“较高”、“下部”、“上部”、“上方”、“下面”等空间描述相对于图中所示的取向加以指示。应理解，本文中所使用的空间描述仅出于说明的目的，且本文中所描述的结构的实际实施方案可以任何取向或方式在空间上布置，其限制条件为本公开的实施例的优点不因此布置而有偏差。
图1A为根据本公开的实施例的光学装置1的横截面图。光学装置1包含载体10、光源30、裸片20、裸片80、光导引结构40和反射结构42。在一些实施例中，光源30和光导引结构40安置在载体10上方。载体10可包含衬底，例如半导体衬底、电路板等。载体10具有表面101。在一或多个实施例中，表面101可为顶面。在一或多个实施例中，导电布线(未展示)安置在载体10上方或包埋于载体10中。在一些实施例中，光学装置1的封装高度(大小)的范围可为但不限于约1.9毫米(mm)到约2.1mm。
光源30安置于载体10的表面101上。光源30被配置成朝向光接收表面407发射光束。裸片20安置于载体10的表面101上。裸片20被配置成感测来自光源30的光束。在一或多个实施例中，裸片20包含光学传感器芯片。在一些实施例中，裸片20包含但不限于气体感测芯片。在一些实施例中，可形成具有互补金属氧化物半导体(complementary-metal-oxide-semiconductor，CMOS)传感器、电荷耦合装置(charge-coupled device，CCD)传感器或其它适合的传感器以感测光的裸片20。在一些实施例中，裸片80包含但不限于热电堆芯片。光源30可包含发光二极管(light emitting diode，LED)，或能够发射光的其它适合的光源。在一些实施例中，光源30可发射红外射线。
光导引结构40安置于载体10的表面101上。光导引结构40被配置成导引光束。光导引结构40包含光接收表面407和光射出表面405。光接收表面407面向光源30。在一些实施例中，光接收表面407包含经配置为用于接收光束的透镜结构90的弯曲表面。透镜结构90面向光源30。光导引结构40包含通过间隙与光源30间隔开的光接收表面407。光射出表面405从排气孔70暴露。在一些实施例中，光射出表面405可具有选择性经电镀的金属层。在一些实施例中，光射出表面405可经研磨以去除金属层。具有光射出表面405的光导引结构40和用于反射光束的反射结构42可用于缩短光束路径且减小光学装置1的封装的厚度。
在一些实施例中，光导引结构40包含非空气介质或透明材料。在一些实施例中，光导引结构40包含但不限于模制原料或玻璃。光导引结构40和载体10共同界定具有一或多个排气孔70的腔室A。裸片20和80安置于所述腔室A内。
在一些实施例中，光射出表面405可包含光透射刻面。光导引结构40包含光可穿透体44和安置于光可穿透体44的外表面402上的反射层401。通过光可穿透体44外部的反射层401反射光束。可穿透体44和反射层401形成全反射结构。在光可穿透体44中通过全反射透射光束。由非空气介质形成的光导引结构40可通过安置于光可穿透体44的外表面402上的反射层401而导引光束。
反射结构42安置在裸片20上方。反射结构42包含光反射表面421。在一些实施例中，反射层401安置于光反射表面421上。反射结构42的光反射表面421相对于表面101倾斜。反射结构42中朝向表面101倾斜的光反射表面421可将光束反射到裸片20且缩短光束路径。光反射表面421面向光导引结构40的光射出表面405。光反射表面421被配置成反射从光射出表面405射出到裸片20的光束。取决于裸片20相对于反射结构42的位置，光反射表面421的角度范围可例如介于约10度到约80度，或约30度到约60度。光反射表面421和光射出表面405彼此分离。
光反射表面421上的反射层401可为或可包含经抛光金属材料、具有金属涂层的塑料材料，或其它适合的反射材料。经抛光金属材料或金属涂层的实例包含铝(Al)、铜(Cu)、金(Au)，或银(Ag)，或其合金，或其它适合的金属或合金。反射层401提高光反射表面421的反射率。
光反射表面421和光射出表面405共同界定排气孔70。在一些实施例中，排气孔70的数目为至少一或多个。在一些实施例中，光导引结构40和载体10共同界定空间B。光源30位于空间B内。在一些实施例中，待确定气体经由排气孔70流入腔室A。气体将在气体与光交互区域701处与从光射出表面405发射的光束交互。所述区域可覆盖从光射出表面405发射到光反射表面421的光束的路径。特定波长的光束可由待确定气体吸收。在一些实施例中，裸片20可在交互之后通过感测光束确定气体的种类和浓度。
以下附图中描绘的光学装置或结构在某些方面类似于图1A的光学装置1，且参考以下附图不再描述一些相同编号的组件。
图1B为根据本公开的实施例的光学装置2的横截面图。图1B的光学装置2的结构类似于图1A的光学装置1的结构。光学装置2包含载体10、光源30、裸片20、裸片80、光导引结构40和反射结构42。在一些实施例中，光射出表面405包含光漫射结构。光漫射结构被配置成漫射或散射光束，使得光束可更高效地与气体交互。借助于实例，光漫射结构可包含光射出表面405的粗糙度表面。光射出表面405的粗糙表面可通过模制处理，例如化学和/或机械处理或其它适合的技术形成。
图2为根据本公开的实施例的展示光束路径的光学装置1的横截面图。在一些实施例中，将光束路径说明为箭头。光束路径从光源30发射到裸片20。从光源30发射的光束将通过透镜结构90会聚。透镜结构90可减小光束的光能的损耗。反射层401反射且会聚来自光源30的光束。在一些实施例中，光束可在光可穿透体44中通过全反射透射。光束经由光射出表面405透射和传递通过排气孔70。接下来，通过反射层401反射光束且反射光束可朝向裸片20发射。在一些实施例中，光束可通过光反射表面421反射。
图3说明根据本公开的实施例的光学装置1的俯视图2a和2b。俯视图2a展示彼此分离的两个排气孔70。光学装置1包含用于将反射结构42连接到光导引结构40的连接结构408。在一些实施例中，集成地形成光导引结构40和反射结构42。俯视图2b展示彼此连通的两个排气孔70。
图4为根据本公开的实施例的光学装置3的横截面图。光学装置3包含载体10、光源30、裸片20、裸片80、罩盖结构50和反射结构501。载体10可包含衬底，例如半导体衬底、电路板等。在一或多个实施例中，导电布线(未展示)安置于载体10上方或包埋于其中。
裸片20安置于载体10上方。裸片20被配置成感测来自光源30的光束。在一或多个实施例中，裸片20包含光学传感器芯片。在一些实施例中，裸片20包含但不限于气体感测芯片。在一些实施例中，可形成具有CMOS传感器、CCD传感器或其它适合的传感器以感测光的裸片20。在一些实施例中，裸片80包含但不限于热电堆芯片。
光束的路径60从光源30发射到裸片20。通过反射结构501反射光束。光源30可包含LED，或能够发射光的其它适合的光源。在一些实施例中，光源30可发射红外射线。在一些实施例中，待确定气体经由排气孔70流入腔室。所述气体将与从光源30发射的光束交互。特定波长的光束可由待确定气体吸收。在一些实施例中，裸片20可在交互之后通过感测光束确定气体的种类和浓度。在一些实施例中，光学装置3的封装高度(大小)在约3.9mm到约4.1mm范围内。相比于光学装置3，光学装置1的封装高度可归因于在光导引结构40中透射的光束的全反射而减小。
图5为根据本公开的实施例的光学装置4的横截面图。光学装置4包含载体10、光源30、裸片20、裸片80、光导引结构40和罩盖结构48。在一些实施例中，光源30和光导引结构40安置在载体10上方。载体10可包含衬底，例如半导体衬底、电路板等。在一或多个实施例中，导电布线(未展示)安置在载体10上方或包埋于载体10中。裸片20和80安置于载体10上。裸片20被配置成感测来自光源30的光束。在一或多个实施例中，裸片20包含光学传感器芯片。在一些实施例中，裸片20包含但不限于气体感测芯片。在一些实施例中，裸片80包含但不限于热电堆芯片。在一些实施例中，光源30可发射红外射线。
光导引结构40被配置成导引光束。在一些实施例中，光导引结构40包含非空气介质或透明材料。在一些实施例中，光导引结构40包含但不限于模制原料或玻璃。光导引结构40包含光可穿透体44和安置于光可穿透体44的外表面402上的反射层401。由非空气介质形成的光导引结构40可通过安置于光可穿透体44的外表面402上的反射层401而导引光束。
光源30被配置成发射光束。通过反射层401反射光束。罩盖结构48安置在裸片20上方。在一或多个实施例中，罩盖结构48安置在光导引结构40上方。反射结构42从罩盖结构48朝向裸片20突出。
在一些实施例中，反射层401安置于罩盖结构48的反射结构42上。朝向载体10倾斜的罩盖结构48的突出部分可将光束反射到裸片20且缩短光束路径。
在一些实施例中，待确定气体流入排气孔70。所述气体将在气体与光交互区域701处与从光射出表面405发射的光束交互。特定波长的光束可由待确定气体吸收。在一些实施例中，裸片20可在交互之后通过感测光束确定气体的种类和浓度。
在本公开的一些实施例中，具有光射出表面的光导引结构和用于反射光束的反射结构可用于缩短光束路径且减小光学装置的封装的厚度。光射出表面包含具有光漫射器功能的光漫射(粗糙度)结构。可穿透体和反射层形成全反射结构。由非空气介质形成的光导引结构可通过安置于光可穿透体的外表面上的反射层而导引光束。朝向表面倾斜的反射结构的光反射表面可将光束反射到裸片且缩短光束路径。反射层反射且会聚来自光源的光束。
如本文中所使用，术语“大致”和“约”用于描述和解释较小变化。当与事件或情形结合使用时，术语可指事件或情形明确发生的情况以及事件或情形极近似于发生的情况。举例来说，当结合数值使用时，术语可涵盖小于或等于所述数值的±10％的变化范围，例如小于或等于±5％、小于或等于±4％、小于或等于±3％、小于或等于±2％、小于或等于±1％、小于或等于±0.5％、小于或等于±0.1％、或小于或等于±0.05％。对于另一实例，如果第一角与第二角之间的差小于或等±10°，例如±5°、±4°、±3°、±2°、±1°、±0.5°、±0.1°或±0.05°，那么第一角可与第二角大致相同。
另外，有时在本文中按范围格式呈现量、比率和其它数值。应理解，此类范围格式是为便利和简洁起见而使用，且应灵活地理解为不仅包含明确指定为范围限制的数值，而且包含涵盖于所述范围内的所有个别数值或子范围，如同明确指定每一数值和子范围一般。
虽然已参考本公开的特定实施例描述和说明本公开，但这些描述和说明并不限制本公开。所属领域的技术人员应理解，在不脱离如由所附权利要求书界定的本公开的真实精神和范围的情况下，可作出各种改变且可取代等效物。说明可不必按比例绘制。归因于制造工艺和容限，本公开中的艺术再现与实际设备之间可存在区别。可存在并未特定说明的本公开的其它实施例。应将本说明书和图式视为说明性而非限制性的。可做出修改，以使特定情形、材料、物质组成、方法或工艺适应于本公开的目标、精神和范围。所有此类修改意图在此处附加的权利要求书的范围内。尽管已参考按特定次序执行的特定操作来描述本文中所公开的方法，但应理解，在不脱离本公开的教示的情况下，可组合、再细分，或重新定序这些操作以形成等效方法。因此，除非本文中特定地指示，否则操作的次序和分组并非本公开的限制。

Claims (20)

1.一种光学装置，其包括：
载体，其具有表面；
光源，其安置于所述表面上且被配置成发射光束；
裸片，其安置于所述表面上且被配置成感测所述光束；
光导引结构，其安置于所述表面上且被配置成导引所述光束，所述光导引结构包括面向所述光源的光接收表面，和光射出表面；
反射结构，其安置在所述裸片上方，所述反射结构包括面向所述光导引结构的所述光射出表面的光反射表面，且被配置成反射从所述光射出表面射出到所述裸片的所述光束，其中所述光反射表面和所述光射出表面彼此分离且界定排气孔。
2.根据权利要求1所述的光学装置，其中所述排气孔的数目为至少一或多个。
3.根据权利要求1所述的光学装置，其中所述光导引结构包括非空气介质。
4.根据权利要求1所述的光学装置，其中所述光射出表面具有光漫射结构。
5.根据权利要求1所述的光学装置，其中所述光导引结构和所述载体界定空间，且所述光源位于所述空间内。
6.根据权利要求1所述的光学装置，其中所述光接收表面包括经配置为用于接收所述光束的透镜的弯曲表面。
7.根据权利要求1所述的光学装置，其中所述反射结构的所述光反射表面相对于所述表面倾斜。
8.根据权利要求1所述的光学装置，其中所述裸片包括气体感测芯片。
9.根据权利要求8所述的光学装置，其中所述裸片包括热电堆芯片。
10.根据权利要求1所述的光学装置，其中所述光导引结构包括光可穿透体和安置于所述光可穿透体的外表面上的反射层，且所述光束在所述光可穿透体内部通过所述反射层反射。
11.根据权利要求1所述的光学装置，其进一步包括将所述反射结构连接到所述光导引结构的连接结构。
12.根据权利要求1所述的光学装置，其进一步包括安置在所述光导引结构上方的罩盖，其中所述反射结构从所述罩盖朝向所述裸片突出。
13.一种光学装置，其包括：
载体，其具有表面；
光源，其安置于所述表面上；
反射结构；
光导引结构，其安置于所述表面上，其中所述光导引结构、所述载体和所述反射结构界定具有排气孔的腔室；以及
裸片，其安置于所述腔室内。
14.根据权利要求13所述的光学装置，其中所述光导引结构包括非空气介质。
15.根据权利要求13所述的光学装置，其中所述光导引结构进一步包括通过间隙与所述光源间隔开的光接收表面。
16.根据权利要求13所述的光学装置，其中所述光导引结构进一步包括面向所述光源的透镜。
17.根据权利要求15所述的光学装置，其中所述光导引结构进一步包括从所述排气孔暴露的光射出表面。
18.根据权利要求17所述的光学装置，其中所述光射出表面具有光漫射结构。
19.根据权利要求13所述的光学装置，其中所述光导引结构包括光可穿透体和安置于所述光可穿透体的外表面上的反射层。
20.根据权利要求13所述的光学装置，其中所述反射结构具有相对于所述表面倾斜的光反射表面。
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