CN216792436U - 光感应芯片、激光雷达及电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种光感应芯片，其包括壳体、封装体、基底及设置在基底上的光发射部、第一光接收部及第二光接收部。所述壳体设置在基底上以将光发射部、第一光接收部及第二光接收部笼罩在壳体内。所述壳体上对应光发射部开设有第一开孔，所述光发射部通过所述第一开孔向外部空间发射感测光信号。所述壳体上对应第一光接收部开设有第二开孔，所述第一光接收部通过所述第二开孔接收从外部空间返回的光信号。所述封装体采用透光材料制成且填满整个壳体内部，所述封装体的外表面与壳体的内表面紧密接触以使得所述封装体与壳体之间不存在空隙，其中一部分所述感测光信号作为参考光信号从光发射部发出后在壳体内经封装体传播至第二光接收部。

Description

光感应芯片、激光雷达及电子设备

技术领域

本申请属于半导体技术领域，尤其涉及一种光感应芯片、激光雷达及电子设备。

背景技术

飞行时间(Time of Flight, ToF)装置通过测量所发射的感测光信号在空间中的飞行时间来获得被测物体的三维信息，比如说，物体的距离信息或表面深度信息。由于其具有感测距离长、测量范围大等优点被广泛应用于消费电子、自动驾驶、AR/VR等领域。然而，现有的ToF装置其内部的封装结构存在间隙，容易聚积水汽和污垢而导致可靠性较低。

实用新型内容

为此，本申请提供一种可以解决上述技术问题的光感应芯片，还提供一种使用该光感应芯片的激光雷达及电子设备。

本申请实施例提供了一种光感应芯片，其用于感测外部空间中物体的三维信息。所述光感应芯片包括壳体、封装体、基底及设置在所述基底上的光发射部、第一光接收部及第二光接收部。所述壳体上形成有凹槽，所述壳体设置在所述基底上，所述凹槽与所述基底相互配合以形成将所述光发射部、第一光接收部及第二光接收部笼罩在壳体内的腔体，所述壳体上对应光发射部开设有第一开孔，所述壳体上对应第一光接收部开设有第二开孔，所述光发射部通过所述第一开孔向外部发射感测光信号，所述第一光接收部通过所述第二开孔接收从外部返回的光信号，所述封装体采用透光材料制成且填满整个腔体以将所述光发射部、第一光接收部及第二光接收部密封在壳体内，所述封装体的外表面与凹槽的内表面紧密接触以使得所述封装体与壳体之间不存在空隙，其中一部分所述感测光信号作为参考光信号从光发射部发出后在壳体内经封装体传播至所述第二光接收部。

本申请还提供了一种激光雷达，其包括上述实施例中所述的光感应芯片。

本申请还提供了一种电子设备，其包括上述实施例所述的光感应芯片或激光雷达。所述电子设备被配置为根据所述光感应芯片或激光雷达获得的周围环境的三维信息来实现相应的功能。

本申请实施例的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请实施例的实践了解到。

附图说明

图1示出了本申请实施例的光感应芯片的结构示意图。

图2示出了图1中的光感应芯片沿II-II线的剖视图。

图3a示出了图1中的光感应芯片未注入封装体前的分解结构示意图。

图3b示出了图1中的光感应芯片未注入封装体前的组装结构示意图。

图3c示出了图3a中光感应芯片的壳体从另一角度观察的结构示意图。

图4示出了本申请另一实施例的光感应芯片的剖视图。

图5示出了本申请实施例的电子设备的结构示意图。

图6示出了本申请实施例的激光雷达的结构示意图。

图7示出了本申请另一实施例的激光雷达的结构示意图。

图8a和图8b是示出了本申请的另外不同的示例所涉及的电子设备的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或排列顺序。由此，限定有“第一”、“第二”的技术特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述技术特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定或限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体化连接；可以是机械连接，也可以是电连接或相互通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件之间的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

下文的公开提供了许多不同的实施例或示例用来实现本申请的不同结构。为了简化本申请的公开，下文仅对特定例子的部件和设定进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本申请。此外，本申请可以在不同例子中重复使用参考数字和/或参考字母，这种重复使用是为了简化和清楚地表述本申请，其本身不指示所讨论的各种实施例和/或设定之间的特定关系。此外，本申请在下文描述中所提供的各种特定的工艺和材料仅为实现本申请技术方案的示例，但是本领域普通技术人员应该意识到本申请的技术方案也可以通过下文未描述的其他工艺和/或其他材料来实现。

进一步地，所描述的特征、结构可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下文的描述中，提供许多具体细节以便能够充分理解本申请的实施例。然而，本领域技术人员应意识到，即使没有所述特定细节中的一个或更多，或者采用其它的结构、组元等，也可以实践本申请的技术方案。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构或者操作以避免模糊本申请之重点。

本申请的实施例提供了一种光感应芯片，其包括壳体、封装体、基底及设置在所述基底上的光发射部、第一光接收部及第二光接收部。所述壳体上形成有凹槽，所述壳体设置在所述基底上，所述凹槽与所述基底相互配合以形成将所述光发射部、第一光接收部及第二光接收部笼罩在壳体内的腔体，所述壳体上对应光发射部开设有第一开孔，所述壳体上对应第一光接收部开设有第二开孔，所述光发射部通过所述第一开孔向外部发射感测光信号，所述第一光接收部通过所述第二开孔接收从外部返回的光信号，所述封装体采用透光材料制成且填满整个腔体以将所述光发射部、第一光接收部及第二光接收部密封在壳体内，所述封装体的外表面与凹槽的内表面紧密接触以使得所述封装体与壳体之间不存在空隙，其中一部分所述感测光信号作为参考光信号从光发射部发出后在壳体内经封装体传播至所述第二光接收部。

可选地，在一些实施例中，所述壳体包括挡墙，所述挡墙将所述腔体分隔为互不连通的光发射区和光感应区，所述光发射部和第二光接收部位于所述光发射区内，所述第一光接收部位于光感应区内，所述挡墙被配置为遮挡光发射部射向第一光接收部的光束。

可选地，在一些实施例中，所述封装体包括第一封装体和第二封装体，所述第一封装体对应填满所述光发射区，所述第二封装体对应填满所述光感应区。

可选地，在一些实施例中，所述光发射部设置在一发光裸片上，所述第一光接收部和第二光接收部均设置在同一个感光裸片上，所述发光裸片和感光裸片设置在基底的同一个表面上并通过基底与外部电连接。

可选地，在一些实施例中，所述光发射部设置在一发光裸片上，所述第一光接收部和第二光接收部分别设置在不同的第一感光裸片和第二感光裸片上，所述发光裸片、第一感光裸片及第二感光裸片设置在基底的同一个表面并通过基底与外部电连接。

可选地，在一些实施例中，所述封装体对应第一开孔的位置形成有第一光学结构，所述第一光学结构被配置为对从封装体内向外部空间传播的感测光信号进行会聚。

可选地，在一些实施例中，所述封装体对应第二开孔的位置形成有第二光学结构，所述第二光学结构被配置为对从外部进入封装体内传播的光束进行会聚。

可选地，在一些实施例中，所述光感应芯片还包括光学膜层，设置在光感应芯片的光发射路径和光接收路径上的对应表面，所述光学膜层包括滤光片和/或抗反射膜。

本申请的实施例还提供一种激光雷达，其包括如上述任意一实施例所述的光感应芯片。所述激光雷达可用于获得检测范围内物体的三维信息。所述激光雷达例如应用于智能驾驶车辆、智能驾驶飞机、3D打印、虚拟现实(Virtual Reality, VR)、增强现实(Augmented Reality, AR)、服务机器人等领域。以智能驾驶车辆为例，在智能驾驶车辆中设置激光雷达，激光雷达可通过快速且重复地发射激光光束来扫描周围环境，以获得反映周围环境中一个或多个对象的形貌、位置和运动情况的点云数据。具体的，激光雷达向周围环境发射激光光束，并接收激光光束被周围环境中的各个对象反射回来的回波光束，通过计算激光光束的发射时间和回波光束的被感测时间之间的时间延迟(即飞行时间)，来确定各个对象的距离/深度信息。同时，激光雷达还可以确定描述激光光束检测范围取向的角度信息，将各对象的距离/深度信息和激光光束的角度信息相结合，生成包括所扫描的周围环境中各个对象的三维地图，利用该三维地图可指导无人车的智能驾驶。

可选地，在一些实施例中，所述激光雷达还包括扫描部，所述扫描部被配置为调节所述光感应芯片的感测方向，以扩展所述光感应芯片的感测范围。

本申请的实施例还提供一种电子设备，其包括如上述任意一实施例所述的光感应芯片或激光雷达，所述电子设备被配置为根据所述光感应芯片或激光雷达获得的周围环境的三维信息来实现相应的功能。所述电子设备例如为：手机、汽车、机器人、门禁/监控系统、智能门锁、无人机等。所述三维信息例如为：检测范围内物体的接近信息、深度信息、距离信息、坐标信息等三维信息中的一种或多种。其中，所述三维信息例如可以用于3D建模、人脸识别、自动驾驶、机器视觉、监控、无人机控制、AR/VR、即时定位和地图构建(SimultaneousLocalization and Mapping, SLAM)、物体接近判断等领域，本申请对此不作限定。

以下，将参照附图详细描述光感应芯片及使用该光感应芯片的激光雷达和电子设备的实施例。

图1是示出了本申请的实施例公开的光感应芯片1的结构示意图。图2是示出了图1中的光感应芯片1沿II-II线的剖视图。

本申请实施例提供一种光感应芯片1，其可以用于感测外部空间中物体的三维信息，例如：物体的距离信息或物体表面的深度信息等。可选地，参见图1和图2，光感应芯片1可以包括基底12、光发射部14、第一光接收部16及第二光接收部18。其中，光发射部14设置在基底12上并通过基底12与外部电连接。第一光接收部16设置在基底12上并通过基底12与外部电路电连接。第二光接收部18设置在基底12上并通过基底12与外部电路电连接。

可选地，在一些实施例中，基底12例如为印刷电路板(Printed Circuit Board,PCB)，其上形成有实现电连接功能所需的电路走线，基底12可以为单层电路结构也可以包括多层电路结构。可选地，基底12可以包括相对设置的第一表面12a及第二表面12b，第一表面12a与第二表面12b沿基底12的厚度方向依次设置。光发射部14、第一光接收部16及第二光接收部18均设置在基底12的第一表面12a上并与第一表面12a上布置的电路走线电连接。基底12可以通过第二表面12b上的电路走线实现光感应芯片1对外的电连接。

参见图2，光发射部14被配置为向外发射感测光信号，其中至少部分感测光信号（也即图2中的检测光束L1）被投射到光感应芯片1以外的空间中，被投射到外部空间的感测光信号中的一部分会被外部空间中的物体反射回来，这部分被物体反射回来的感测光信号可被用于感测物体的三维信息。

第一光接收部16被配置为接收从光感应芯片1外部返回的光信号（也即图2中的目标光束L3）并输出相应的光感应信号。应理解的是，从光感应芯片1外部返回的光信号包括被物体反射回来的感测光信号，也包括外部空间的环境光信号。

可选地，在一些实施例中，第二光接收部18设置在相较于第一光接收部16更靠近光发射部14的位置。其中一部分感测光信号（也即图2中的参考光束L2）从光发射部14发出后在光感应芯片1内部传播至第二光接收部18作为参考光信号被接收，第二光接收部18被配置为接收参考光信号并输出相应的参考信号，参考信号能够用作确定感测光信号的发射时刻和/或用来校正由温度等环境条件变化引起的偏差。

可选地，在一些实施例中，光发射部14可以设置在一发光裸片140上。例如，光发射部14可以包括形成在半导体衬底上用于发射感测光信号的发光元件(未图示)。发光元件例如为垂直腔面发射激光器(Vertical Cavity Surface Emitting Laser,简称VCSEL，也可译为垂直共振腔面射型激光器)、边发射激光器(Edge Emitting Laser, EEL)、发光二极管(Light Emitting Diode, LED)、激光二极管(Laser Diode, LD)等形式的光源。其中，边发射激光器可以为法布里泊罗(Fabry Perot, FP)激光器、分布式反馈(DistributeFeedback, DFB)激光器、电吸收调制激光器(Electro-absorption Modulated, EML)等。可选地，发光元件可以为单个，也可以为复数个。发光元件为复数个的情况下，复数个发光元件可以规则排布，例如呈阵列排布，复数个发光元件也可以非规则地随机排布。复数个发光元件可以为相同种类，也可以为不同种类。

可以理解地，参见图2，发光裸片140的底面141通过导电胶143固定至基底12的第一表面12a上并实现电连接，导电胶143例如为导电银浆。发光裸片140的顶面142作为出光面，其上形成有发光元件。发光裸片140设置在顶面142的阳极(未图示)通过打线与基底12实现电气连接。

可选地，感测光信号可以为可见光、红外光或近红外光，波长范围例如为390-780nm、700-1400nm、800-1000nm等。在一些实施例中，感测光信号可以为周期性的激光脉冲信号。

在一些示例中，第一光接收部16和第二光接收部18分别包括能够将所接收的光信号转换为相应的光感应信号的感光像素(未图示)。可选地，感光像素可以为单个，也可以为复数个。复数个感光像素可以规则排布，例如呈阵列排布或线性排布。复数个感光像素也可以非规则地随机排布。

可选地，一个感光像素可以包括单个光感元件或包括多个光感元件。光感元件例如为单光子雪崩二极管(Single Photon Avalanche Diode, SPAD)、雪崩光电二极管(Avalanche Photon Diode, APD)、由多个SPAD并联设置而成的硅光电倍增管(SiliconPhotomultiplier, SiPM)和/或其他合适的光电转换元件。

可选地，第一光接收部16和第二光接收部18均设置在同一个感光裸片17上，分别为感光裸片17上形成在不同位置的两个可用于接收光信号并转换为相应的光感应信号的感光区。其中，感光裸片17通过晶圆固化胶水固定在基底12的第一表面12a上位于光发射部14旁边的位置并通过打线的方式与基底12实现电连接。晶圆固化胶水例如为晶片粘结膜层170 (Die Attach Film, DAF)。可选地，此处的DAF胶170可以透光也可以不透光，本申请对此不做具体限定。

在一些实施例中，感光裸片17可以包括相对设置的上表面171及下表面172，上表面171与下表面172可以沿感光裸片17的厚度方向依次设置。感光裸片17通过下表面172与基底12的第一表面12a相粘接。第一光接收部16和第二光接收部18形成在感光裸片17的上表面171，由此上表面171可作为感光裸片17的感光面。

可选地，在一些实施例中，第二光接收部18在感光裸片17的上表面171（也称感光面171）上的位置相较于第一光接收部16在感光裸片17的上表面171上的位置更靠近光发射部14。例如，第二光接收部18与光发射部14之间的最远距离小于第一光接收部16与光发射部14之间的最短距离。应理解的是，此处所说的两个不同部件之间的距离可以是各部件上的任意一点之间的直线距离，最远距离指的其中长度最长的直线距离，最短距离指的是其中长度最短的直线距离。由此，作为同样从光发射部14发出的参考光信号能够尽快被较为靠近光发射部14的第二光接收部18接收以产生参考信号，有利于更准确地确定感测光信号的发射时刻。

可选地，在其他实施例中，第一光接收部16和第二光接收部18分别与光发射部14之间的距离可以相等或大致相等。或者，第二光接收部18与光发射部14之间的距离也可以小于第一光接收部16与光发射部14之间的距离。本申请对此不做具体限定，只要使得第二光接收部18能够接收从光发射部14经光感应芯片1内部传播而来的参考光信号，而第一光接收部16能够接收到从光感应芯片1外部返回的光信号即可。

可选地，在一些实施例中，感光裸片17和发光裸片140均设置在基底12第一表面12a上，感光裸片17的感光面171与设在旁侧的发光裸片140的出光面142相互对齐，且位于同一个水平面上。亦即，感光裸片17的感光面171与基底12的第一表面12a之间的距离等于发光裸片140的出光面142与基底12第一表面12a之间的距离。

图3a和图3b是示出了本申请实施例所公开的光感应芯片1未注入封装体之前的分解结构和组装结构示意图。图3c是示出了图3a中光感应芯片的壳体从另一角度观察的结构示意图。

在一些实施例中，参见图2~图3c，光感应芯片1还可以包括壳体21。壳体21设置在基底12上并笼罩住发光裸片140和感光裸片17，以保护设在基底12上的发光裸片140和感光裸片17。壳体21可以采用不透光的材料制成，还能够用于减少环境光对感光裸片17的干扰。

壳体21可以包括顶面21a和与顶面21a相对的底面21b。其中，底面21b可以为壳体21靠近基底12一侧的表面。壳体21的底面21b上可以形成有内凹的凹槽211。壳体21设置在基底12上时，基底12可配合凹槽211形成腔体211’。腔体211’可以容纳感光裸片17和发光裸片140。

在一些实施例中，壳体21可以通过粘接的方式设置在基底12上。具体地，壳体21的底面21b与基底12之间可以通过粘合层210粘接。可选地，粘合层210可以采用不透光的粘合材料形成，例如为黑色胶水。

在一些实施例中，壳体21上可以形成有第一开孔212和第二开孔213。第一开孔212和第二开孔213可以为贯穿壳体21的顶面21a与凹槽211内表面的通孔，光信号可以通过第一开孔212和第二开孔213从外部空间穿过壳体21进入腔体211’或从腔体211’射出外部空间。

在一些实施例中，当壳体21安装到基底12上，光发射部14可以通过第一开孔212的向外部空间发射感测光信号，第一光接收部16可以通过第二开孔213接收从光感应芯片1外部返回的光信号。在这种情况下，第一开孔212的位置可以位于光发射部14发射检测光束L1的光路上；第二开孔213的位置可以位于第一光接收部16接收目标光束L3的光路上。例如，参见图2，当壳体21安装到基底12上，第一开孔212位于光发射部14的上方并正对光发射部14，第二开孔213位于第一光接收部16的上方并正对第一光接收部16。其中，第二光接收部18的上方被壳体21的顶面21a遮挡。由此，壳体21能够遮蔽光感应芯片1外部照射向第二光接收部18的光束，能够使第二光接收部18免受外部光束的影响。

在一些实施例中，壳体21上形成有挡墙214。挡墙214被配置为遮挡光发射部14射向第一光接收部16的光束。具体地，由于光发射部14发射的感测光信号中的一部分作为参考光信号需要在腔体211’内传播至第二光接收部18，挡墙214设置在第一光接收部16与第二光接收部18之间可防止光发射部14发出的感测光信号直接传播至第一光接收部16，从而影响光感应芯片1的感测精度。挡墙214可以将腔体211’分隔为两个区域，分别为光发射区2111’和光感应区2112’。其中，光发射部14和第二光接收部18可以位于光发射区2111’，第一光接收部16可以位于光感应区2112’。在一些实施例中，光发射区2111’和光感应区2112’可以相对独立，光发射区2111’并不与光感应区2112’连通。

在一些实施例中，参见图3c，挡墙214可以形成在第一开孔212和第二开孔213之间。挡墙214可以形成为从凹槽211内表面凸出的凸起。在一些示例中，挡墙214可以横跨凹槽211的相对两侧以将凹槽211隔开为两个子凹槽，分别为第一子凹槽2111和第二子凹槽2112。其中，第一开孔212可以形成在第一子凹槽2111内，第二开孔213可以形成在第二子凹槽2112内。

挡墙214的高度可以根据感光裸片17的厚度进行设置。在一些实施例中，壳体21包括相对设置的第一侧壁215和第二侧壁216，当壳体21安装到基底12上，壳体21所罩住的区域大于感光裸片17所在的区域，第一侧壁215和第二侧壁216分别位于感光裸片17的相对两侧且与发光裸片140和感光裸片17的排列方向大致平行。挡墙214分别连接第一侧壁215与第二侧壁216以将壳体21与基底12围成的腔体211’分隔成两个互不连通的独立区域。挡墙214横跨在感光裸片17上，挡墙214上对应感光裸片17形成有容置缺口217，容置缺口217的形状与挡墙214所横跨的感光裸片17部分相一致。由此，挡墙214可以包括第一部分2141和第二部分2142，第一部分2141位于感光裸片17正上方，第二部分2142分别位于感光裸片17的相对两侧。第一部分2141抵靠在感光裸片17上，第一部分2141的高度H1与感光裸片17的厚度互补。第二部分2142抵靠在基底12上，第二部分2142的高度H2高于第一部分2141的高度H1。第一部分2141与两侧的第二部分2142围成所述容置缺口217。

在一些实施例中，参见图2，挡墙214与感光裸片17或基底12之间可以形成有粘合层。粘合层可以采用不透光的粘合材料形成，例如为黑色胶水。挡墙214包括背向壳体21顶面21a的下端面214a。当壳体21安装到基底12上，挡墙214的下端面214a抵靠在基底12及感光裸片17上且通过上述不透光的粘合层与基底12及感光裸片17粘合。由此，能够使壳体21牢靠地罩设在基底12上，且挡墙214能够更好地分隔光发射区2111’和光感应区2112’，以防止光发射区2111’和光感应区2112’之间的光串扰，有效地提高光感应芯片1的感测精度。

在一些示例中，壳体21可以预先且单独形成。例如，壳体21可以使用模制工具独立成型。在这种情况下，壳体21可以采用易于模制的不透明材料，可在冷却后固化成具有预设结构的特定形状。可选地，壳体21可以采用热固性聚合物、硅橡胶凝胶或环氧树脂等制成。但本申请的实施例不限于此，壳体21也可以采用其他方式制作而成。

在一些示例中，参见图2，光感应芯片1还可以包括封装体31，所述封装体31设置在基底12上以封装发光裸片140和感光裸片17。封装体31采用可透光材料制作而成，可以作为光传播介质用于传播光束。在一些实施例中，封装体31可以形成在腔体211’内。具体地，参见图1~图3b，当壳体21安装到基底12上，壳体21上的凹槽211与基底12之间可形成腔体211’，封装体31可设置在腔体211’内。例如，采用注塑成型的方式分别通过第一开孔212和第二开孔213对应向腔体211’的光发射区2111’和光感应区2112’内注入非固化的透光胶，待透光胶固化后对应形成位于光发射区2111’内的第一封装体311及位于光感应区2112’内的第二封装体312。在这种情况下，第一封装体311将位于光发射区2111’内的光发射部14和第二光接收部18密封起来，第二封装体312将位于光感应区2112’内的第一光接收部16密封起来。光发射部14发射的检测光束L1可以经由第一封装体311、第一开孔212传播至光感应芯片1的外部，而其中的一部分检测光束L1在第一封装体311内传播至第二光接收部18作为参考光束L2接收并感测。可选地，参考光束L2在第一封装体311内可以全反射、散射和/或其他合适的方式向第二光接收部18传播。第一光接收部16可以经由第二开孔213和第二封装体312接收从光感应芯片1外部空间返回的目标光束L3。可以理解的是，上述实施例中的透光胶根据实际需求可以为DAF胶(Die Attach Film)或FOW胶(Film On Wire)，本申请对此不做具体限定。

在一些示例中，参见图1和图2，第一封装体311填满腔体211’的光发射区2111’的整个内部空间。第二封装体312填满腔体211’的光感应区2112’的整个内部空间。亦即，第一封装体311的外表面与壳体21形成光发射区2111’的凹槽211内表面和对应的基底12一部分第一表面12a紧密接触，第一封装体311与壳体21的凹槽211内表面及基底12的第一表面12a之间不存在空隙。第二封装体312的外表面与壳体21形成光感应区2112’的凹槽211内表面和对应的基底12一部分第一表面12a紧密接触，第二封装体312与壳体21的凹槽211内表面及基底12的第一表面12a之间不存在空隙。在这种情况下，封装体31能够紧密地贴合壳体21和基底12，以使得光感应芯片1内部的封装结构没有空隙，可防止在使用过程中在空隙中聚积水汽和污垢杂质而导致光感应芯片1失效，能够提高光感应芯片1的可靠性。

在一些实施例中，参见图2，封装体31可以具有光学结构310。光学结构310可以形成为具有例如滤光、散光或聚光等功能的结构。在这种情况下，光学结构310能够有助于光感应芯片1更好地向外部发射光束或接收从外部空间返回的光束。在一些实施例中，光学结构310可以形成在封装体31与第一开孔212和/或第二开孔213对应的位置。具体地，第一封装体311在与第一开孔212正对的位置形成有第一光学结构3101，第一光学结构3101可以为具有聚光功能的结构。可选地，第一光学结构3101为表面向内凹的凹透镜形状，对从第一封装体311内向外部空间传播的检测光束L1具有会聚的作用，能够提高检测光束L1的光功率密度以提高光感应芯片1的感测精度。第二封装体312在与第二开孔213正对的位置形成有第二光学结构3102，第二光学结构3102可以为具有聚光功能的结构。可选地，第二光学结构3102为表面向外凸出的凸透镜形状，对从光感应芯片1的外部空间进入第二封装体312内部传播的目标光束L3具有会聚的作用，能够将从更宽角度范围内返回的目标光束L3会聚至第一光接收部16，扩大光感应芯片1的视场角。

可选地，在一些实施例中，可以通过对封装体31进行模压成型来形成对应的光学结构310。例如，采用注塑成型的方式在壳体21内形成封装体31后借助相应的模具分别从第一开孔212和第二开孔213对封装体31进行模压以对应形成第一光学结构3101和第二光学结构3102。可选地，在其他一些实施例中，可以通过对固化后的封装体31进行表面加工处理来对应形成第一光学结构3101和第二光学结构3102。应理解的是，光学结构310也可以通过其他合适的方式来形成，本申请对此不做限定。例如，第二光学结构3102可以先独立形成的一个凸透镜形状的凸块，再设置在第二封装体312与第二开孔213对应的位置处。

在一些实施例中，光学结构31的表面上可以设置有相应的光学膜层(图未示)。例如：第一光学结构3101经由第一开孔212露出的表面上可以设置有相应的光学膜层。第二光学结构3102经由第二开孔213露出的表面处可以设置有相应的光学膜层。

例如，光学膜层可以包括滤光片和/或抗反射膜(Anti-Refection，简称AR，也可译作增透膜)等中的一个或多个。其中，滤光片被配置为透过预设波段范围的光线并滤除预设波段范围以外的光线，以减少环境光对感测的影响。比如，感测光信号可以为近红外光，滤光片为红外多层镀膜(IR Coating)。AR膜被配置为减少对预设波长范围内的光线的反射以增加其透过率。

可以理解的是，在其他实施例中，光学膜层也可以设置在第一光接收部16的感光面、第二光接收部18的感光面和/或光发射部14的出光面上。可以理解的是，光学膜层也可以设置在光发射路径和光接收路径上的其他表面。

在一些实施例中，光学结构31的表面上位于光发射路径和光接收路径以外的区域可以做遮光处理，由此可以准确地定义光感应芯片1接收光信号的视场角度。

如图4所示，在一些实施例中，光感应芯片1的结构与图2所示的实施例类似，其区别在于：第一光接收部16和第二光接收部18也可以分别设置在不同的感光裸片17上。例如：光感应芯片1包括基底12、发光裸片140、第一感光裸片17a及第二感光裸片17b。发光裸片140、第一感光裸片17a及第二感光裸片17b均设置在基底12的第一表面12a上并与第一表面12a上布置的电路走线电连接。光发射部14设置在发光裸片140上，第一光接收部16设置在第一感光裸片17a上，第二光接收部18设置在第二感光裸片17b上。壳体21上的挡墙214设置在第一感光裸片17a与第二感光裸片17b之间，以将第一感光裸片17a和第二感光裸片17b对应分隔在光发射区2111’和光感应区2112’。由于挡墙214不需要横跨其他结构，挡墙214上不需要形成对应的容置缺口217，挡墙214背向壳体21顶面21a的整个下端面214a全部与基底12的第一表面12a相抵靠。

由此，上述各实施例公开的光感应芯片1，解决了芯片封装结构内部存在空隙的问题，可防止由于内部空隙聚积水汽和污垢而导致芯片失效，能够提高光感应芯片1的可靠性。

在一些实施例中，光感应芯片1可以为飞行时间(ToF)传感芯片。ToF传感芯片通过 光发射部14向外部空间发出感测光信号，并通过第一光接收部16接收被物体反射回来的感 测光信号以产生相应的光感应信号。感测光信号的发射时刻与接收时刻之间的差异被称为 感测光信号的飞行时间，通过计算感测光信号在上述飞行时间内经过的距离（

，其 中，c为光速）来获得物体的三维信息。可以理解的是，ToF传感芯片可用于通过测量感测光 信号发射时刻与接收时刻之间时间差来获得物体三维信息的直接飞行时间(direct Time of Flight, dToF)测量，也可以用于通过测量感测光信号的发射时刻与接收时刻之间相位 差来获得物体三维信息的间接时间(indirect Time of Flight, iToF)测量。

图5是示出了本申请的实施例所公开的电子设备2的结构示意图。图6是示出了本申请的实施例公开的激光雷达3的结构示意图。图7是示出了本申请的另一实施例公开的激光雷达3的结构示意图。

在一些实施例中，参见图5，电子设备2可以为便携式移动终端，例如：手机、平板电脑等。电子设备2包括用于测量距离信息的激光雷达3，激光雷达3包括如上所述的光感应芯片1，例如：TOF传感芯片。激光雷达3获得的距离信息可用于辅助拍照或为便携式移动终端运行的应用软件提供支持。

在一些实施例中，参见图6和图7，激光雷达3还可以包括扫描部30，扫描部30可被配置为调节光感应芯片1的感测方向，以扩展光感应芯片1的感测范围。可选地，如图6所示，扫描部30可采用光学方式调整光感应芯片1的感测方向，在这种情况下所述激光雷达3为固态式激光雷达。例如，扫描部可以为微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System,MEMS)振镜，可被配置为通过偏转微反射镜将光感应芯片1发出的感测光信号反射至不同角度。或者，扫描部30也可以为光学相控阵列(Optical Phased Array, OPA)，通过调控感测光信号中不同光束共同形成的波前方向以调整感测光信号的传播角度。可选地，如图7所示，扫描部30还可以采用机械转动的方式调整整个光感应芯片1的朝向来对应调节其感测方向。例如，扫描部30被配置为驱动光感应芯片1转动的机械结构，从而改变光感应芯片1发射和接收感测光信号的方向。可以理解的是，本申请的实施例对于扫描部30的转动自由度不做限制。

请一并参阅图5、图8a及图8b，本申请的实施例还提供一种电子设备2，电子设备2包括主体20及设置在主体20上的光感应芯片1。可选地，光感应芯片1可用于感测空间中物体的三维信息，三维信息包括但不限于物体的距离信息、物体表面的深度信息以及物体的接近信息等。三维信息例如可以用于3D建模、人脸识别、智能驾驶、机器视觉、监控、无人机控制、AR/ VR、SLAM等领域，本申请对此不作限定。电子设备2被配置为根据光感应芯片1的感测结果来实现相应的功能，例如：可以根据物体的接近信息判断是否有物体出现在电子设备2前方的预设范围内；或者，可以根据物体的距离信息控制电子设备2进行避障；或者，可以根据物体表面的深度信息实现3D建模、人脸识别、机器视觉等。电子设备2可以为消费性电子产品、家居电子产品、交通工具、生产装置等。其中，消费性电子产品例如为手机、笔记本电脑、平板电脑、电子书、显示器、电视机、穿戴式设备等。家居式电子产品例如为智能门锁、电视、冰箱等。交通工具例如为汽车、摩托车、电动滑板、平衡车等。生产装置例如为自动数控机床、机器人等。

图8a和图8b是示出了本申请的另外不同的实施例所涉及的电子设备2的结构示意图。

在一些实施例中，参见图8a，电子设备2为交通工具，例如：汽车。汽车包括如上的激光雷达3及计算决策系统5，激光雷达3用于获得汽车周围环境的三维信息，计算决策系统5可以基于汽车周围环境的三维信息通过机器学习等人工智能算法判断出周围环境中的物体类型和相应的距离，从而可以发出提示信息给驾驶者参考，或者根据决策机制控制汽车的方向盘、油门、刹车等机构的作动以实现智能驾驶。

在一些实施例中，参见图8b，电子设备2可以为自主动作终端，例如：机器人等。机器人包括如上的激光雷达3及计算决策系统5，激光雷达3用于获得机器人所处环境的三维信息，以为机器人构建所处环境的3D模型。机器人的计算决策系统5基于所处环境的3D模型来控制机器人的手臂或足部来完成相应的动作。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“某些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光感应芯片，其特征在于，用于感测外部空间中物体的三维信息，所述光感应芯片包括壳体、封装体、基底及设置在所述基底上的光发射部、第一光接收部及第二光接收部，所述壳体上形成有凹槽，所述壳体设置在所述基底上，所述凹槽与所述基底相互配合以形成将所述光发射部、所述第一光接收部及所述第二光接收部笼罩在所述壳体内的腔体，所述壳体上对应所述光发射部开设有第一开孔，所述光发射部通过所述第一开孔向外部空间发射感测光信号，所述壳体上对应所述第一光接收部开设有第二开孔，所述第一光接收部通过所述第二开孔接收从外部空间返回的光信号，所述封装体采用透光材料制成且填满整个腔体以将所述光发射部、所述第一光接收部及所述第二光接收部密封在所述壳体内，所述封装体的外表面与所述凹槽的内表面紧密接触以使得所述封装体与所述壳体之间不存在空隙，其中一部分所述感测光信号作为参考光信号从所述光发射部发出后在所述壳体内经所述封装体传播至所述第二光接收部。

2.如权利要求1所述的光感应芯片，其特征在于，所述壳体包括挡墙，所述挡墙将所述腔体分隔为互不连通的光发射区和光感应区，所述光发射部和所述第二光接收部位于所述光发射区内，所述第一光接收部位于所述光感应区内，所述挡墙被配置为遮挡所述光发射部射向所述第一光接收部的光束。

3.如权利要求2所述的光感应芯片，其特征在于，所述封装体包括第一封装体和第二封装体，所述第一封装体对应填满所述光发射区，所述第二封装体对应填满所述光感应区。

4.如权利要求1所述的光感应芯片，其特征在于，所述光发射部设置在一发光裸片上，所述第一光接收部和所述第二光接收部均设置在同一个感光裸片上，所述发光裸片和所述感光裸片设置在所述基底的同一个表面上并通过所述基底与外部电连接。

5.如权利要求1所述的光感应芯片，其特征在于，所述光发射部设置在一发光裸片上，感光裸片包括第一感光裸片和第二感光裸片，所述第一光接收部设置在所述第一感光裸片上，所述第二光接收部设置在所述第二感光裸片上，所述发光裸片、所述第一感光裸片及所述第二感光裸片设置在所述基底的同一个表面并通过所述基底与外部电连接。

6.如权利要求1所述的光感应芯片，其特征在于，所述封装体对应所述第一开孔的位置形成有第一光学结构，所述第一光学结构被配置为对从所述封装体内向外部空间传播的感测光信号进行会聚。

7.如权利要求1所述的光感应芯片，其特征在于，所述封装体对应所述第二开孔的位置形成有第二光学结构，所述第二光学结构被配置为对从外部空间进入所述封装体内传播的光束进行会聚。

8.如权利要求1所述的光感应芯片，其特征在于，还包括光学膜层，设置在所述光感应芯片的光发射路径和光接收路径上的对应表面，所述光学膜层包括滤光片和/或抗反射膜。

9.一种激光雷达，其特征在于，包括如权利要求1-8中任意一项所述的光感应芯片。

10.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求1-8中任意一项所述的光感应芯片或如权利要求9所述的激光雷达，所述电子设备被配置为根据所述光感应芯片或激光雷达获得的周围环境的三维信息来实现相应的功能。

Images