CN112770033A - 一种光采集装置及光学镜头 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种光采集装置及光学镜头，该光采集装置包括光学透镜组、物镜、感光芯片以及芯片封装层，所述光学透镜组的部分或全部与所述物镜一起设置在一第一密封腔中，所述感光芯片和芯片封装层设置在第二密封腔中，所述第一密封腔和所述第二密封腔彼此衔接一体，其中所述第一密封腔中设有光学匹配液，所述物镜浸没在所述光学匹配液中，所述光学匹配液与所述芯片封装层接触，该光学匹配液的折射率大于空气且接近所述芯片封装层的折射率。本发明通过在镜头的光学镜片内设置具有和封装层接近的光学匹配液，使得光在镜头内部的采集效率提高。

Description

一种光采集装置及光学镜头
技术领域
本发明涉及光学成像技术领域，尤其是涉及一种光学镜头及光采集装置。
背景技术
光的收集效率在光学系统中起重要作用，决定着系统的成像质量或探测效率。而传统上的探测窗芯片处于低折射率空间(空气或其他气体)，探测效率低。
请参阅图1所示，其为现有微型镜头模块(Compact Camera Module，简称CCM)封装结构剖面示意图。现有的微型镜头模块封装结构1是包括有：一基板10、一感测芯片模块11、一镜筒12、与一承载座13。所述的感测芯片模块11还包括有：一影像感测芯片111、一透明盖板112以及一芯片载板113所组成。
将所述的感测芯片模块11以锡球结合在所述的基板10的上，并将中空的所述的承载座13一端环绕在所述的感测芯片模块11并设置在所述的基板10上。所述的镜筒12可凭借外螺纹121与所述的承载座13的另一端内部所设之内螺纹131相配合，并在所述的镜筒12顶面设有一透光孔122，且在所述的镜筒12内的所述的透光孔122后方依序设有一镜片组123以及透光层124。
这种镜头，用在普通的摄像装置中，已经足够。然而对于一些对光线采集要求较高的使用场景，比如弱光捕获，单光子成像，非视域成像等等，则会产生光采集效率不佳的缺陷，主要是因为在这种镜头模块的封装结构中，感测芯片模块11与透明盖板11之间，透明盖板11与镜片组123之间，都是以空气作为填充介质，使得芯片处于低折射率(空气n≈1)空间，光收集效率(CE)较低。
Figure BDA0002879216090000021
NA＝n*sinθ，n是镜头和芯片之间的介质的折射率。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提出一种光采集装置和光学镜头，能够克服现有技术中，镜头内部的封装空间被低折射率介质填充造成的光收集效率过低的缺陷，提高镜头的整体素质。
根据本发明的目的提出的一种光采集装置，包括镜头模组和感光器模组，所述镜头模组包括光学透镜组、物镜，所述感光器模组包括感光芯片以及芯片封装层，所述光学透镜组的部分或全部与所述物镜一起设置在一第一密封腔中，所述感光芯片和芯片封装层设置在一第二密封腔中，所述第一密封腔和所述第二密封腔彼此衔接一体，其中所述第一密封腔中设有光学匹配液，所述物镜浸没在所述光学匹配液中，所述光学匹配液与所述芯片封装层接触，该光学匹配液的折射率大于空气且接近所述芯片封装层的折射率。
优选的，所述感光器模组还包括设置在所述感光芯片下方的电路板以及设置在所述电路板上的信号处理芯片，所述感光芯片获取的感光信号输出给所述信号处理芯片，所述信号处理芯片对所述感光信号处理得到相应的电信号，并输出至一显示装置。
优选的，所述芯片封装层覆盖在所述感光芯片上方，并覆盖所述电路板的一部分，由所述电路板实际构成该芯片封装层的底部，使得该芯片封装层填充满所述电路板以上的第二密封腔空间，使得所述光学匹配液无法渗透至所述电路板上。
优选的，所述第二密封腔具有上口窄下部宽的″凸″字结构，所述电路板搭载所述感光芯片的一侧面向所述上口设置，所述电路板搭载所述信号处理芯片的一侧面向所述下部设置。
优选的，所述芯片封装层充满整个上口部分中，使得所述光学匹配液无法渗透至所述电路板上。
优选的，所述光学透镜组的部分或全部浸没在所述光学匹配液中。
优选的，所述光学透镜组设置在一镜筒中，该镜筒的一部分可伸缩的延申至所述第一密封腔中，当所述镜筒的部分伸缩至所述第一密封腔中时，该镜筒中的部分或全部光学透镜组浸没在所述光学匹配液中。
根据本发明的目的还提出了一种光学镜头，固定设置在一感光器模组上，包括镜筒，设置在所述镜筒中的光学透镜组和物镜，所述镜筒与所述感光器模组衔接在一起形成第一密封腔，所述第一密封腔内设有光学匹配液，所述物镜浸没在所述光学匹配液中，所述感光器模组中设有芯片封装层，该芯片封装层与所述光学匹配液接触，且所述光学匹配液的折射率大于空气且接近所述芯片封装层的折射率。
优选的，所述镜筒具有可伸缩结构，所述可伸缩结构使得所述镜头的一分部延申至所述第一密封腔中，当所述镜筒的部分伸缩至所述第一密封腔中时，该镜筒中的部分或全部光学透镜组浸没在所述光学匹配液中。
优选的，所述芯片封装层充满与所述光学匹配液的交界面上，使得所述光学匹配液无法渗透至所述芯片封装层下方。
与现有技术相比，本发明的技术效果在于：
第一、本发明将感光芯片封装在封装层中，这样一来提高了感光芯片所处空间的介质折射率，提高了光收集效率。
第二、本发明在镜头部分中也使用光学匹配液，使得镜头中的物镜浸没在光学匹配液中，提高了物镜所在空间的介质折射率，进一步提高了光收集效率。
第三、本发明中的光学匹配液和芯片封装层具有接近的折射率，这样使得光从两个介质交界面传递的时候，避免发生较大的折射反射，使得透镜发出的光较好的汇集到感光芯片上，让本发明提高空间介质折射率的总体思路得以在产品上实施。
附图说明
图1是一种现有的镜头封装结构。
图2是本发明的光采集装置示意图。
具体实施方式
以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述，但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。
请参见图2，图2是本发明的一种光采集装置200，包括镜头模组210、感光器模组220和底座框架230。底座框架230提供让镜头模组210和感光器模组220安装的容置空间和外壳，镜头模组210的主体由镜筒214构成，并且该镜筒214设置在底座框架230的上部，该感光器模组220设置在底座框架230的下部。
具体的，镜头模组210包括光学透镜组211和物镜212。光学透镜组211在图示以简示的方式表现，实际中该光学透镜组211可以包括若干个不同功能的透镜，比如萤石镜片、UD镜片等等，这些透镜进行组合之后，可以实现设计所需的调光作用。光学透镜组211和物镜212实际设置由镜筒214和底座框架230构成的约束空间内，在一种优选的实施方式中，镜筒214上还设有可伸缩结构215，该可伸缩结构215比如是设置在镜筒214外周上的外螺纹，该外螺纹与设置在底座框架230上部的内螺纹配合，通过一旋转电机实现上下伸缩。
感光器模组220包括感光芯片221以及芯片封装层222，感光芯片221设置在一电路板223上，该电路板223具有对感光芯片进行控制以及输入输出相匹配的电路。同时，该电路板223上还设有信号处理芯片224，感光芯片221获取的感光信号输出给所述信号处理芯片224，所述信号处理芯片224对所述感光信号处理得到相应的电信号，并输出至一显示装置。
芯片封装层222为高折射率的透明介质，比如硅胶、PMMA、FEP、EVA、EMA(乙烯/醋酸乙烯共聚物)、PVB(聚乙烯醇缩丁醛)等。在本发明中，通过在感光芯片221所在的空间布置该芯片封装层222，提高光线进入该芯片封装层222的有效数值孔径，并提高光采集效率。
请再参见图2，光学透镜组211的部分或全部与物镜212一起设置在一第一密封腔213中，感光芯片221和芯片封装层222设置在一第二密封腔225中。其中，第一密封腔213和第二密封腔225彼此衔接一体，于实际空间中体现为具有空间连续性。第一密封腔213中设有光学匹配液240，物镜212浸没在光学匹配液240中，光学匹配液240与感光芯片221密封层接触，该光学匹配液240的折射率大于空气且接近芯片封装层222的折射率。举例来说，该光学匹配液240可以为苯、二硫化碳、三氯甲烷、四氯化碳、甘油、水等，以芯片封装层222的材料为硅胶为例，由于硅胶常温下的折射率为1.41-1.53之间，可以选择苯(折射率为1.50)，四氯化碳(折射率为1.46)或甘油(折射率为1.47)等，通过选择折射率相接近的光学匹配液材料，可以确保光线在两种介质中传递的时候损耗较小。另一方面，在本发明中，由于芯片封装层222只能对感光芯片221进行封装处理，无法对光学透镜以及物镜进行封装，所以选用光学匹配液来提高各个透镜所在的空间折射率，可以进一步提高整个系统对光的采集效率。
优选的，芯片封装层222覆盖在感光芯片221上方，并覆盖电路板223的一部分上。请再参见图2，在图示中，第二密封腔225具有上口窄下部宽的″凸″字结构，电路板223搭载感光芯221片的一侧面向上口设置，电路板223搭载所述信号处理芯片224的一侧面向所述下部设置。由电路板223实际构成该芯片封装层222的底部，使得该芯片封装层222填充满所述电路板223以上的第二密封腔空间，即芯片封装层222充满整个上口部分中，使得所述光学匹配液240无法渗透至所述电路板223上，避免光学匹配液对电路板造成影响。
在一种较优的实施方式中，光学透镜组211的部分或全部浸没在所述光学匹配液中。尤其是，镜筒214在伸缩结构215的带动下，其一部分伸缩延申至第一密封腔213中时，可以让位于镜筒214底部的部分光学透镜浸没在光学匹配液240中，在一种极端实施例中，甚至全部的光学透镜组可浸没在光学匹配液240中。使得光学透镜组211所在的空间介质的折射率也得到提高。
上述的光采集装置，主要用于采集光信号，用以成像或其它光学分析，特殊的，由于本发明的光采集装置内部具有匹配液，可应用在一些位置相对固定的场景中，比如工业相机，或一些对光学素质要求较高的场景，比如弱光捕获，单光子捕获等。
在本发明的光采集装置的基础上，本发明还提出了一种光学镜头，该光学镜头固定设置在一感光器模组上，包括镜筒，设置在所述镜筒中的光学透镜组和物镜，所述镜筒与所述感光器模组衔接在一起形成第一密封腔，所述第一密封腔内设有光学匹配液，所述物镜浸没在所述光学匹配液中，所述感光器模组中设有芯片封装层，该芯片封装层与所述光学匹配液接触，且所述光学匹配液的折射率大于空气且接近所述芯片封装层的折射率。
优选的，所述镜筒具有可伸缩结构，所述可伸缩结构使得所述镜头的一分部延申至所述第一密封腔中，当所述镜筒的部分伸缩至所述第一密封腔中时，该镜筒中的部分或全部光学透镜组浸没在所述光学匹配液中。
优选的，所述芯片封装层充满与所述光学匹配液的交界面上，使得所述光学匹配液无法渗透至所述芯片封装层下方。
综上所述，本发明提出了一种光采集装置，通过增加高折射率的芯片封装层和光学匹配液，能够对光学透镜至芯片之间的空间折射率进行提高，从而增加了光采集效率，提高整个装置的光学素质。
综上所述，本发明提出了一种用于引线上芯片封装的加热治具，通过加入加热治具，在进行引线键合能够将热量传导至芯片上的第一焊点上，使得第一焊点达到所需的温度，如此一来在进行引线键合时可以提高引线与第一焊点的结合强度，从而提高第一焊点上的作业质量，保证封装之后的器件的可靠性。
尽管为示例目的，已经公开了本发明的优选实施方式，但是本领域的普通技术人员将意识到，在不脱离由所附的权利要求书公开的本发明的范围和精神的情况下，各种改进、增加以及取代是可能的。

Claims (10)

1.一种光采集装置，其特征在于：包括镜头模组和感光器模组，所述镜头模组包括光学透镜组、物镜，所述感光器模组包括感光芯片以及芯片封装层，所述光学透镜组的部分或全部与所述物镜一起设置在一第一密封腔中，所述感光芯片和芯片封装层设置在一第二密封腔中，所述第一密封腔和所述第二密封腔彼此衔接一体，其中所述第一密封腔中设有光学匹配液，所述物镜浸没在所述光学匹配液中，所述光学匹配液与所述芯片封装层接触，该光学匹配液的折射率大于空气且接近所述芯片封装层的折射率。
2.如权利要求1所述的光采集装置，其特征在于：所述感光器模组还包括设置在所述感光芯片下方的电路板以及设置在所述电路板上的信号处理芯片，所述感光芯片获取的感光信号输出给所述信号处理芯片，所述信号处理芯片对所述感光信号处理得到相应的电信号，并输出至一显示装置。
3.如权利要求2所述的光采集装置，其特征在于：所述芯片封装层覆盖在所述感光芯片上方，并覆盖所述电路板的一部分，由所述电路板实际构成该芯片封装层的底部，使得该芯片封装层填充满所述电路板以上的第二密封腔空间，使得所述光学匹配液无法渗透至所述电路板上。
4.如权利要求3所述的光采集装置，其特征在于：所述第二密封腔具有上口窄下部宽的″凸″字结构，所述电路板搭载所述感光芯片的一侧面向所述上口设置，所述电路板搭载所述信号处理芯片的一侧面向所述下部设置。
5.如权利要求4所述的光采集装置，其特征在于：所述芯片封装层充满整个上口部分中，使得所述光学匹配液无法渗透至所述电路板上。
6.如权利要求1所述的光采集装置，其特征在于：所述光学透镜组的部分或全部浸没在所述光学匹配液中。
7.如权利要求6所述的光采集装置，其特征在于：所述光学透镜组设置在一镜筒中，该镜筒的一部分可伸缩的延申至所述第一密封腔中，当所述镜筒的部分伸缩至所述第一密封腔中时，该镜筒中的部分或全部光学透镜组浸没在所述光学匹配液中。
8.一种光学镜头，固定设置在一感光器模组上，其特征在于：包括镜筒，设置在所述镜筒中的光学透镜组和物镜，所述镜筒与所述感光器模组衔接在一起形成第一密封腔，所述第一密封腔内设有光学匹配液，所述物镜浸没在所述光学匹配液中，所述感光器模组中设有芯片封装层，该芯片封装层与所述光学匹配液接触，且所述光学匹配液的折射率大于空气且接近所述芯片封装层的折射率。
9.如权利要求8所述的光学镜头，其特征在于：所述镜筒具有可伸缩结构，所述可伸缩结构使得所述镜头的一分部延申至所述第一密封腔中，当所述镜筒的部分伸缩至所述第一密封腔中时，该镜筒中的部分或全部光学透镜组浸没在所述光学匹配液中。
10.如权利要求8所述的光学镜头，其特征在于：所述芯片封装层充满与所述光学匹配液的交界面上，使得所述光学匹配液无法渗透至所述芯片封装层下方。
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