CN114740454A - 距离感测设备 - Google Patents

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Abstract

提供一种距离感测设备，包括基板、光源、感测装置以及封装结构。感测装置包括感测元件以及阻光结构。设置于光源区的光源发出光束以照射待测目标。阻光结构设置于感测元件上。光源以及感测装置设置于封装结构内。封装结构具备对应感测区的第一开口。阻光结构设置于感测元件以及第一开口之间，感测元件接收自待测目标反射且穿透第一开口以及阻光结构的至少一透光孔的待测光束。光源区以及感测区在封装结构内相连通。

Description

距离感测设备
技术领域
本发明是有关于一种距离感测设备。
背景技术
随着光电技术的发展，各种光电传感器被发展出来，包括光学雷达(LiDAR)的传感器、飞时测距传感器(time-of-flight ranging sensor)或影像传感器。参照图1，习知的飞时测距传感器100A包括封装结构104、光源102及感测元件111。其中，开口H1对应感测元件111，开口H2对应光源102。光源102发出光束102L以照射一待测目标，感测元件111接收自待测目标反射的光束来决定待测目标的距离。
由于开口H1的宽度及位置会对感测精度造成影响，开口H1需要与感测元件111进行对位。此外，封装结构104中还需要设置挡墙103，以避免光源102射出的光束102I(内部光束)在封装结构104内传递至感测元件111，产生干扰并造成产品性能下降。
发明内容
本发明提供一种距离感测设备，避免了封装结构于感测区的开口对感测精度的影响，且不需要在封装结构内设置挡墙。
根据本发明一实施例，提供一种距离感测设备，包括基板、光源、感测装置以及封装结构。感测装置包括感测元件以及阻光结构。光源设置于基板上的光源区，且被设置以发出光束，并对待测目标照射。感测装置设置于基板上的感测区。阻光结构设置于感测元件上。光源以及感测装置设置于封装结构内。封装结构具备对应感测区的第一开口。阻光结构设置于感测元件以及第一开口之间，感测元件接收自待测目标反射且穿透第一开口以及阻光结构的至少一透光孔的待测光束。光源区以及感测区在封装结构内相连通。
根据本发明一实施例，提供一种距离感测设备，包括基板、光源、感测装置以及封装结构。感测装置包括感测元件以及微透镜层。光源设置于基板上的光源区，且被设置以发出光束，并对待测目标照射。感测装置设置于基板上的感测区。感测元件包括至少一感测像素。微透镜层包括至少一微透镜。至少一微透镜设置于感测元件上，且至少一微透镜的几何中心在基板的垂直投影重叠至少一感测像素的几何中心在基板的垂直投影。自待测目标反射的待测光束穿透至少一微透镜后入射至少一感测像素。光源以及感测装置设置于封装结构内。封装结构具备对应感测区的第一开口，第一开口对应至少一微透镜设置且大于至少一微透镜的视场。光源区以及感测区在封装结构内相连通。
基于上述，本发明实施例提供的距离感测设备包括阻光结构或微透镜。利用阻光结构或微透镜来限制传递至感测元件的待测光束的入射角，以避免光源发出的光束在封装结构内部传递并对感测精度造成影响。本发明实施例提供的距离感测设备避免了封装结构于感测区的开口对感测精度的影响，且不需要在封装结构内设置挡墙。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。
附图说明
图1是根据一比较例的飞时测距传感器的示意图。
图2A是根据本发明的一实施例的距离感测设备的示意图。
图2B是图2A的距离感测设备的感测区的示意图。
图3是根据本发明的一实施例的感测装置的示意图。
图4是根据本发明的一实施例的感测区的示意图。
附图标号说明：
100:距离感测设备
100A:飞时测距传感器
100D、400D:感测区
100S:光源区
101:基板
102:光源
102B:待测光束
102L、102I:光束
103:挡墙
104:封装结构
104T:遮光板
105:参考光感测元件
110、310、410:感测装置
111:感测元件
111S:感测像素
112、312:阻光结构
112A:顶面
112B:阻光挡墙
112H:透光孔
200:光接收器
401L:微透镜层
401P:微透镜
402:阻光层
402H:透光孔
D1、D2、D3:方向
H1、H2:开口
H、h:距离
D、w:宽度
具体实施方式
参照图2A及图2B，图2A绘示根据本发明的一实施例的距离感测设备的示意图，图2B是图2A的距离感测设备的感测区的示意图。距离感测设备100包括基板101、光源102、感测装置110以及封装结构104。光源102以及感测装置110设置于封装结构104内。感测装置110包括光接收器200以及阻光结构112。光接收器200设置于基板101上，光接收器200包括感测元件111，其中感测元件111配置于光接收器200远离基板101的上表面上。光源102设置于基板101上的光源区100S，且被设置以发出光束102L，并对待测目标照射。感测装置110设置于基板101上的感测区100D，其中基板101的法线平行于第一方向D1。
阻光结构112设置于感测元件111上。感测元件111具备了以阵列形式设置于由第二方向D2与第三方向D3所构成的平面上的多个感测像素111S，且阻光结构112具备与多个感测像素111S对应的多个透光孔112H。
封装结构104具备对应感测区100D的开口H1。感测元件111对应开口H1。阻光结构112设置于感测元件111以及开口H1之间，感测元件111接收自待测目标反射且穿透开口H1以及阻光结构112的透光孔112H的待测光束102B。
相较于图1所示的比较例中以控制开口H1的宽度及位置的方式来确保飞时测距传感器100A的感测精度，本实施例的距离感测设备100具备了设置于感测元件111上的阻光结构112，其中阻光结构112限制了入射感测元件111的待测光束102B的入射角范围。相较于开口H1以组装方式形成，由于阻光结构112直接以半导体制程形成，使得阻光结构112与感测元件111之间的对位较开口H1与感测元件111之间的对位更容易且更精确。换句话说，由于本实施例提供的距离感测设备100以阻光结构112限制入射感测元件111的待测光束102B的入射角范围，而得以避免开口H1的宽度及位置对感测精度的影响。
除此之外，同样参照图2A，光源102还可能发出光束102I，且光束102I可以在封装结构104内传递。具体而言，封装结构104具备对应光源区100S的开口H2，且具备开口H1与开口H2之间的遮光板104T。光源102发出的光束102I可以如图2A所示被遮光板104T上反射而传递至感测区100D。相较于图1所示的比较例中以设置挡墙103来避免光束102I传递至感测元件111，本实施例的阻光结构112还可以设置于透光孔112H与光源102之间的阻光挡墙112B来阻挡(吸收)光束102I，以避免光束102I传递至感测元件111，而不需要设置挡墙103。换句话说，本实施例的光源区100S以及感测区100D在封装结构104内相连通。
在本发明一实施例中，请参照图2B，开口H1的宽度D大于2H×w/h-w，H为开口H1在第一方向D1上与感测元件111的距离，h为阻光结构112远离感测元件111的一顶面112A在第一方向D1上与感测元件111的距离，w为透光孔112H在第二方向D2上的最大宽度，第一方向D1平行基板101的法线方向，且第二方向D2垂直第一方向D1。在这样的情况下，即便光源102发出的光束102I在遮光板104T上反射而传递至感测区100D，也不会入射透光孔112H。由于光束102I不会入射感测元件111的感测像素111S，距离感测设备100的感测结果不会受到光束102I的干扰。在本发明一实施例中，开口H1的宽度D大于2H×w/h，则不会因组装上之误差而造成产品性能下降。
重新参照图2A，在本发明一实施例中，距离感测设备100的光接收器200还可以包括参考光感测元件105，设置以感测光束102I，以获得光源102的发光信息，用以计算光束102L的飞行时间的基准点。
为了充分说明本发明的各种实施态样，将在下文描述本发明的其他实施例。在此必须说明的是，下述实施例沿用前述实施例的元件标号与部分内容，其中采用相同的标号来表示相同或近似的元件，并且省略了相同技术内容的说明。关于省略部分的说明可参考前述实施例，下述实施例不再重复赘述。
接下来请参照图3，其绘示根据本发明的一实施例的感测装置的示意图。感测装置310包括感测元件111以及阻光结构312。本实施例与图2A及图2B所示的实施例不同在于，阻光结构312包括如图3所示的多个层结构。
参照图4，其绘示根据本发明的一实施例的感测区的示意图。应当说明的是，为了说明的方便，本实施例省略了光源区100S及封装结构104的说明。可以参考图2A与图2B所示实施例中关于光源区100S及封装结构104的说明，在此不重复赘述。
图4所示的感测区400D与图2A及图2B所示的感测区100D不同在于，感测装置410包括感测元件111以及微透镜层401L。感测元件111包括至少一感测像素111S。微透镜层401L包括至少一微透镜401P。微透镜401P设置于感测元件111上，且微透镜401P的几何中心在基板101的垂直投影重叠感测像素111S的几何中心的垂直投影。自待测目标反射的待测光束102B穿透微透镜401P后入射感测像素111S。
应当注意的是，开口H1对应微透镜401P设置且开口H1的宽度大于微透镜401P可收的视场。在这样的情况下，即便光源102发出的光束102I在遮光板104T上反射而传递至感测区400D，也不会入射感测像素111S，而得以避免光束102I干扰感测结果。
在本实施例中，距离感测设备还可以包括至少一阻光层402，设置于感测元件111以及微透镜层401L之间，阻光层402具备至少一透光孔402H，且阻光层402的透光孔402H对应微透镜401P。在一实施例中，微透镜401P的几何中心在基板101的垂直投影重叠感测像素111S的几何中心的垂直投影，且重叠透光孔402H的几何中心的垂直投影。
综上所述，本发明实施例提供的距离感测设备包括阻光结构或微透镜。利用阻光结构或微透镜来限制传递至感测元件的待测光束的入射角，并进一步根据阻光结构的尺寸或微透镜的光学特性来决定封装结构于感测区的开口的宽度，以避免光源发出的光束在封装结构内部传递并对感测精度造成影响。本发明实施例提供的距离感测设备避免了封装结构于感测区的开口对感测精度的影响，且不需要在封装结构内设置挡墙。

Claims (14)

1.一种距离感测设备，其特征在于，包括：
基板；
光源，设置于所述基板上的光源区，且被设置以发出光束，并对待测目标照射；
感测装置，设置于所述基板上的感测区，且包括：
感测元件；以及
阻光结构，设置于所述感测元件上；以及
封装结构，所述光源以及所述感测装置设置于所述封装结构内，所述封装结构具备对应所述感测区的第一开口，所述阻光结构设置于所述感测元件以及所述第一开口之间，所述感测元件接收自所述待测目标反射且穿透所述第一开口以及所述阻光结构的至少一透光孔的待测光束，
其中所述光源区以及所述感测区在所述封装结构内相连通。
2.根据权利要求1所述的距离感测设备，其特征在于，所述第一开口的宽度大于2H×w/h-w，H为所述第一开口在第一方向上与所述感测元件的距离，h为所述阻光结构远离所述感测元件的顶面在所述第一方向上与所述感测元件的距离，w为所述至少一透光孔在第二方向上的最大宽度，所述第一方向平行所述基板的法线方向，且所述第二方向垂直所述第一方向。
3.根据权利要求2所述的距离感测设备，其特征在于，所述第一开口的宽度大于2H×w/h。
4.根据权利要求1所述的距离感测设备，其特征在于，所述阻光结构包括多个层结构。
5.根据权利要求1所述的距离感测设备，其特征在于，所述封装结构具备对应所述光源区的第二开口，且具备所述第二开口与所述第一开口之间的遮光板。
6.根据权利要求5所述的距离感测设备，其特征在于，还包括参考光感测元件，感测自所述遮光板反射的内部光束。
7.根据权利要求1所述的距离感测设备，其特征在于，所述阻光结构还包括阻光挡墙，设置于所述至少一透光孔以及所述光源之间。
8.根据权利要求7所述的距离感测设备，其特征在于，所述至少一透光孔对应所述感测元件的至少一感测像素。
9.根据权利要求1所述的距离感测设备，其特征在于，所述至少一透光孔的数量为多个。
10.一种距离感测设备，其特征在于，包括：
基板；
光源，设置于所述基板上的光源区，且被设置以发出光束，并对待测目标照射；
感测装置，设置于所述基板上的感测区，且包括：
感测元件，包括至少一感测像素；以及
微透镜层，包括至少一微透镜，所述至少一微透镜设置于所述感测元件上，且所述至少一微透镜的几何中心在所述基板的垂直投影重叠所述至少一感测像素的几何中心在所述基板的垂直投影，其中自所述待测目标反射的待测光束穿透所述至少一微透镜后入射所述至少一感测像素；以及
封装结构，所述光源以及所述感测装置设置于所述封装结构内，所述封装结构具备对应所述感测区的第一开口，所述第一开口对应所述至少一微透镜设置且所述第一开口的宽度大于所述至少一微透镜的视场，
其中所述光源区以及所述感测区在所述封装结构内相连通。
11.根据权利要求10所述的距离感测设备，其特征在于，所述封装结构具备对应所述光源区的第二开口，且具备所述第二开口与所述第一开口之间的遮光板。
12.根据权利要求11所述的距离感测设备，其特征在于，还包括参考光感测元件，感测自所述遮光板反射的内部光束。
13.根据权利要求10所述的距离感测设备，其特征在于，还包括至少一阻光层，设置于所述感测元件以及所述微透镜层之间，所述至少一阻光层具备至少一透光孔，且所述至少一阻光层的所述至少一透光孔对应所述至少一微透镜。
14.根据权利要求13所述的距离感测设备，其特征在于，所述至少一微透镜的几何中心在所述基板的垂直投影重叠所述至少一感测像素的几何中心在所述基板的垂直投影，且重叠所述至少一透光孔的几何中心在所述基板的垂直投影。
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