CN219435039U - 飞行时间传感芯片、激光雷达及电子设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种飞行时间传感芯片，其包括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。所述飞行时间芯片的内部构建有光发射通道、光接收通道及参考光传输通道。所述光发射通道连接光发射部与芯片外表面的预设位置以将光发射部发出的感测光信号投射出飞行时间传感芯片外部。所述光接收通道连接第一光接收部与芯片外表面的预设位置，所述第一光接收部通过光接收通道接收从外部返回的光信号并输出相应的光感应信号。所述参考光传输通道连接光发射部与第二光接收部且不与基底接触，所述第二光接收部被配置为通过参考光传输通道接收一部分感测光信号并输出相应的参考信号。本实用新型还提供激光雷达及电子设备。

Description

飞行时间传感芯片、激光雷达及电子设备

本实用新型要求申请日为2021年11月26日、申请号为202122940435.2、实用新型名称为“飞行时间传感芯片、激光雷达及电子设备”的在先申请的国内优先权，该在先专利申请的全部内容均以引入的方式并入本文本中。

技术领域

本实用新型属于半导体技术领域，尤其涉及一种飞行时间传感芯片以及使用该飞行时间传感芯片的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光信号在空间中的飞行时间来获得物体的三维信息，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，目前TOF装置中用于发射光信号的发光元件在接收到触发信号与实际发出光信号之间存在一定的时间延迟。而且，目前TOF装置对所接收的返回光信号的响应速度也会随着环境温度的差异而发生变化。上述的偏差都会影响到TOF装置所测量的飞行时间的准确度，进而影响到所感测的物体三维信息的精度。

实用新型内容

本实用新型提供一种可以解决上述技术问题的飞行时间传感芯片，还提供一种使用该飞行时间传感芯片的激光雷达及电子设备。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种飞行时间传感芯片，其包括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。所述飞行时间芯片的内部构建有光发射通道、光接收通道及参考光传输通道。所述光发射通道连接所述光发射部与所述飞行时间传感芯片外表面上的预设位置，所述光发射部被配置为发出感测光信号并通过所述光发射通道将发出的感测光信号投射到飞行时间传感芯片外部。所述光接收通道连接所述第一光接收部与飞行时间传感芯片外表面上的预设位置，所述第一光接收部被配置为通过所述光接收通道接收从飞行时间传感芯片外部返回的光信号并输出相应的光感应信号。所述参考光传输通道连接所述光发射部与所述第二光接收部且不与所述基底接触，所述第二光接收部被配置为通过所述参考光传输通道接收一部分感测光信号并输出相应的参考信号。

第二方面，本实用新型还提供了一种激光雷达，其包括上述任意一实施例中所述的飞行时间传感芯片。

第三方面，本实用新型还提供了一种电子设备，其包括上述任意一实施例所述的飞行时间传感芯片或如上所述的激光雷达。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。

本实用新型提供的飞行时间传感芯片通过在内部构建参考光传输通道，将一部分感测光信号作为参考光信号传输至第二光接收部，使得所述第二光接收部响应参考光信号所产生的参考信号可用于准确地确定所述感测光信号的发射时刻并可以校正由温度等环境变化引起的飞行时间测量偏差，从而可以提高所述飞行时间传感芯片的感测精度。

本实用新型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，或通过本实用新型实施例的实践了解到。

附图说明

图1为本实用新型一实施例提供的光感应芯片的结构示意图。

图2为图1中的光感应芯片沿II-II线的剖视图。

图3是本实用新型另一实施例提供的光感应芯片的结构剖视图。

图4是本实用新型另一实施例提供的光感应芯片的结构剖视图。

图5是本实用新型另一实施例提供的光感应芯片的结构剖视图。

图6是本实用新型另一实施例提供的光感应芯片的结构剖视图。

图7是本实用新型另一实施例提供的光感应芯片的结构剖视图。

图8是本实用新型另一实施例提供的光感应芯片上超构表面的局部放大图。

图9是本实用新型一实施例提供的激光雷达的功能模组示意图。

图10是本实用新型一实施例提供的电子设备的功能模组示意图。

具体实施例

下面详细描述本实用新型的实施例，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，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。在本实用新型的描述中，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。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型的描述中，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实用新型中的具体含义。

下文的公开提供了许多不同的实施例或示例用来实现本实用新型的不同结构。为了简化本实用新型的公开，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实用新型。此外，本实用新型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实用新型，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，本实用新型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实用新型技术方案的示例，但是本领域普通技术人员应该意识到本实用新型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实用新型的实施例。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，也可以实践本实用新型的技术方案。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实用新型之重点。

本实用新型的实施例提供一种飞行时间传感芯片，其包括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。所述飞行时间芯片的内部构建有光发射通道、光接收通道及参考光传输通道。所述光发射通道连接所述光发射部与所述飞行时间传感芯片外表面上的预设位置，所述光发射部被配置为发出感测光信号并通过所述光发射通道将发出的感测光信号投射到飞行时间传感芯片外部。所述光接收通道连接所述第一光接收部与飞行时间传感芯片外表面上的预设位置，所述第一光接收部被配置为通过所述光接收通道接收从飞行时间传感芯片外部返回的光信号并输出相应的光感应信号。所述参考光传输通道连接所述光发射部与所述第二光接收部且不与所述基底接触，所述第二光接收部被配置为通过所述参考光传输通道接收作为参考光信号的一部分所述感测光信号并输出相应的参考信号。

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，所述第一光接收部及第二光接收部均设置在同一个感光裸片上。

可选地，在一些实施例中，所述参考光传输通道为玻璃平板，所述玻璃平板的下表面通过透光胶分别与所述光发射部和第二光接收部相粘接。

可选地，在一些实施例中，所述参考光传输通道为平板状的透光胶层，所述透光胶层分别粘接在所述光发射部和第二光接收部上。

可选地，在一些实施例中，还包括玻璃柱，所述玻璃柱叠加设置在所述参考光传输通道上与所述光发射部对应的位置，所述光发射通道包括所述玻璃柱及所述参考光传输通道与光发射部对应的一部分。

可选地，在一些实施例中，所述光接收通道为一体化的玻璃柱，所述玻璃柱的下端面通过透光胶粘接在第一光接收部上。

可选地，在一些实施例中，所述光接收通道为分体化的组合结构，其包括依次层叠设置的玻璃平板和玻璃柱，所述玻璃平板通过透光胶粘接在所述第一光接收部上，所述玻璃柱通过透光胶粘接在所述第二玻璃平板的上表面与所述第一光接收部对应的位置处。

可选地，在一些实施例中，所述光接收通道为分体化的组合结构，其包括依次层叠设置的玻璃平板和玻璃柱，所述玻璃平板通过透光胶粘接在所述第一光接收部上，所述玻璃柱通过透光胶粘接在所述第二玻璃平板的上表面与所述第一光接收部对应的位置处。

可选地，在一些实施例中，包括玻璃平板和玻璃柱，所述玻璃平板跨设在所述光发射部和第二光接收部上，所述玻璃平板整体作为所述参考光传输通道以将从光发射部发出的一部分感测光信号通过全反射传输至所述第二光接收部作为参考光信号，所述玻璃平板位于光发射部上方的其中一部分作为光发射通道以将一部分感测光信号投射到飞行时间传感芯片外部，所述玻璃柱设置在所述第一光接收部上以作为所述光接收通道。

可选地，在一些实施例中，所述玻璃平板沿所述感测光信号发射方向上的厚度与所述玻璃柱沿所述感测光信号发射方向上的厚度保持一致。

可选地，在一些实施例中，所述飞行时间传感芯片的外表面在与所述光发射通道对应的位置处形成有相应的第一超构表面，所述第一超构表面对所述光发射部发出的感测光信号进行相位调制以使得经过相位调制后的感测光信号按照预设的发散角和发射角度进行投射，所述飞行时间传感芯片的外表面在与所述光接收通道对应的位置处形成有相应的第二超构表面，所述第二超构表面对从外部返回的光信号进行相位调制以使得经过相位调制后的光信号传输至第一光接收部的对应位置上接收。

可选的，在一些实施例中，所述第二光接收部相较于第一光接收部更靠近所述光发射部。

可选的，在一些实施例中，所述光发射部设置在一发光裸片上，所述第一光接收部及第二光接收部均设置在同一个感光裸片上。所述感光裸片背向基底的上表面与所述发光裸片背向基底的顶面相互对齐，从而可以较为平稳地支撑所述参考光传输通道。

可选的，在一些实施例中，还包括非透光的封装体，所述封装体设置在所述基底上并至少填满所述发光裸片与所述感光裸片之间位于参考光传输通道下方的空隙。

本实用新型的实施例还提供一种激光雷达，其包括如上所述的飞行时间传感芯片。

可选的，在一些实施例中，所述激光雷达还可以包括扫描部。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。

本实用新型的实施例还提供一种电子设备，其包括如上所述的飞行时间传感芯片或激光雷达。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。例如，根据物体的距离信息来调整拍照模式，控制汽车运行以及控制机器人的动作等。

以下，将参照附图详细描述所述光感应芯片、使用该光感应芯片的激光雷达以及电子设备的实施例。

如图1和图2所示，本实用新型实施例提供一种光感应芯片10，用于感测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。所述光感应芯片10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。所述光发射部14设置在所述基底12上并通过所述基底12与外部电连接。所述第一光接收部16设置在所述基底12上并通过所述基底12与外部电路电连接。所述第二光接收部18设置在所述基底12上并通过所述基底12与外部电路电连接。可以理解的是，所述基底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必要的电路走线，所述基底12可以为单层结构也可以为多层结构。可选的，在一些实施例中，所述基底12可以包括相对设置的第一表面120及第二表面122，所述第一表面120与第二表面122沿基底12的厚度方向依次排布。所述光发射部14、第一光接收部16及第二光接收部18均设置在所述基底12的第一表面120上并与第一表面120上布置的电路走线电连接。所述基底12可以通过第二表面122上的电路走线实现所述光感应芯片10对外的电连接。

所述光发射部14被配置为向外发射感测光信号，对应地，所述基底12的第一表面120和第二表面122也可以理解为沿着感测光信号的发出方向依次排布。其中至少部分感测光信号能够投射到所述光感应芯片10以外的空间中，被投射到外部空间中的感测光信号的一部分会被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所述物体的三维信息，比如：距离信息等。所述第一光接收部16被配置为接收从光感应芯片10外部返回的光信号并输出相应的光感应信号。可以理解的是，从光感应芯片10外部返回的光信号包括被物体反射回来的所述感测光信号，也包括外部空间的环境光信号。所述第二光接收部18设置在相较于第一光接收部16更靠近所述光发射部14的位置。其中一部分所述感测光信号从光发射部14发出后在所述光感应芯片10内部传输至所述第二光接收部18作为参考光信号被接收，所述第二光接收部18被配置为接收所述参考光信号并输出相应的参考信号，所述参考信号能够用作确定所述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。

可选的，在一些实施例中，所述光发射部14可以设置在一发光裸片140上。例如，所述光发射部14可以包括形成在半导体衬底上用于发射所述感测光信号的发光元件(图未示)。所述发光元件例如为垂直腔面发射激光器(Vertical Cavity Surface EmittingLaser,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 EmittingLaser,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，所述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(Distribute Feedback,DFB)激光器、电吸收调制激光器(Electro-absorptionModulated,EML)等。可选的，所述发光元件可以为单个，也可以为复数个。所述发光元件为复数个的情况下，复数个所述发光元件可以规则排布，例如呈阵列排布，复数个所述发光元件也可以非规则地随机排布。所述发光元件可以为相同种类，也可以为不同种类。

可以理解地，所述发光裸片140的底面141通过导电胶143固化至所述基底12的第一表面120上并实现电连接，所述导电胶143例如为导电银浆。所述发光裸片140的顶面142作为出光面，其上形成有所述发光元件。所述发光裸片140设置在顶面142的阳极通过打线与基底12实现电气连接。

可选的，所述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，所述感测光信号可以为周期性的光脉冲信号。

所述第一光接收部16及第二光接收部18分别包括能够将所接收的光信号转换为相应电信号的感光像素(图未示)，所述感光像素例如为单光子雪崩二极管(Single PhotonAvalanche Diode,SPAD)、雪崩光电二极管(Avalanche Photon Diode,APD)、由多个SPAD并联设置的硅光电倍增管(Silicon Photomultiplier,SiPM)和/或其他合适的光电转换元件。可选的，所述感光像素可以为单个，也可以为复数个。在一些实施例中，各个所述感光像素例如包括单个SPAD和/或多个SPAD的组合。

可选的，如图2所示，所述第一光接收部16和第二光接收部18均设置在同一个感光裸片17上，分别为所述感光裸片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电信号的感光区。其中，所述感光裸片17通过晶圆固化胶水，比如：晶片粘结膜层170(DieAttach Film,DAF)，固定在基底12的第一表面120上位于所述光发射部14旁边的位置并通过打线的方式与基底12实现电连接。可选的，此处的DAF胶170可以透光也可以不透光，本实用新型对此不做具体限定。

所述感光裸片17可以包括相对设置的上表面171及下表面172，所述上表面171与下表面172可以沿感光裸片17的厚度方向依次排布，也可以理解为沿着感测光信号的发出方向依次设置。所述感光裸片17通过下表面172与所述基底12的第一表面120相粘接。所述第一光接收部16及第二光接收部18形成在所述感光裸片17的上表面171，由此所述上表面171可作为所述感光裸片17的感光面。

可选的，在一些实施例中，所述第二光接收部18在感光裸片17的上表面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上的位置更靠近所述光发射部14。例如，所述第二光接收部18上任意一点与光发射部14上任意一点之间的最远距离小于所述第一光接收部16上任意一点与光发射部14上任意一点之间的最短距离。由此，作为同样从所述光发射部14发出的参考光信号能够尽快被较为靠近光发射部14的所述第二光接收部18接收以产生所述参考信号，有利于更准确地确定所述感测光信号的发射时刻。

可选的，在其他一些实施例中，所述第一光接收部16和第二光接收部18分别与所述光发射部14之间的距离可以相等或大致相等。或者，所述第二光接收部18与光发射部14之间的距离也可以小于所述第一光接收部16与光发射部14之间的距离。本实用新型对此不做具体限定，只要使得所述第二光接收部18能够接收从光发射部14经所述光感应芯片10内部传输而来的参考光信号，而所述第一光接收部16能够接收到从所述光感应芯片10外部返回的光信号即可。

可选的，在一些实施例中，所述感光裸片17和发光裸片140设置在所述基底12的第一表面120上，所述感光裸片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，位于同一个水平面上。亦即，所述感光裸片17的感光面171与基底12第一表面120之间的距离等于所述发光裸片140的出光面142与基底12第一表面120之间的距离。

所述光感应芯片10内部还构建有参考光传输通道11、光发射通道13和光接收通道15。其中，所述参考光传输通道11连接所述光发射部14与所述第二光接收部18，所述参考光传输通道11用于将所述光发射部14发出的感测光信号的一部分传输至所述第二光接收部18进行接收。所述光发射通道13连接所述光发射部14与所述光感应芯片10外表面的预设位置，所述光发射通道13用于将所述光发射部14发出的感测光信号投射到所述光感应芯片10的外部。所述光接收通道15连接所述第一光接收部16与光感应芯片10外表面的预设位置，所述光接收通道15用于将从光感应芯片10外部返回的光信号传输至所述第一光接收部16的感光面。

可选的，在一些实施例中，所述参考光传输通道11可以为第一透光体111，所述第一透光体111被支撑在所述发光裸片140和感光裸片17上并跨设于所述光发射部14与所述第二光接收部18之间。例如，所述第一透光体111呈平板状，包括沿自身厚度方向平行相对地设置的上表面1110和下表面1112。或者说，所述第一透光体111的上端面1110与下端面1112沿感测光线发出方向依次排布。所述第一透光体111的下表面1112分别与所述光发射部14的出光面和所述第二光接收部18的感光面相连接，所述光发射部14发出的感测光信号的一部分从与光发射部14出光面连接的第一透光体111下表面进入第一透光体111内并传输至第二光接收部18后作为参考光信号被所述第二光接收部18接收。可以理解的是，所述参考光信号在第一透光体111内可以以全反射、散射和/或其他合适的方式进行传输，本实用新型对此不做具体限制。可选的，所述第一透光体111整体位于所述发光裸片140和感光裸片17上方，由此所述第一透光体111不与所述基底12接触且不会进入所述发光裸片140和感光裸片17之间的空隙19。

所述光感应芯片10还可以包括第二透光体112，所述第二透光体112叠加设置在第一透光体111上与所述光发射部14对应的位置，以连接所述第一透光体111与光感应芯片10外表面上用于出射感测光信号的预设位置。由此，所述光发射通道13包括所述第二透光体112及所述第一透光体111与光发射部14对应的一部分。例如，所述第二透光体112可以为柱状体，包括沿自身长度方向平行相对设置的上端面1120和下端面1122，或者说所述第二透光体112的上端面1120与下端面1122沿感测光线发出方向依次排布。所述第二透光体112的下端面1122与第一透光体111的上表面1110相连接，所述光发射部14发出的感测光信号通过第一透光体111进入第二透光体112内传输，并从所述第二透光体112的上端面1120投射到所述光感应芯片10外的空间中。所述第二透光体112的上端面1120可作为所述光感应芯片10外表面的一部分。可选的，所述第二透光体112的上端面1120作为整个光感应芯片10的出光面，其上可预设有用于出射感测光信号的出光区域，所述上端面除所述出光区域以外的区域可以做遮光处理，由此可以较准确地定义所述光感应芯片10投射感测光信号的发散角度。所述出光区域例如为圆形区域，其圆心为第二透光体112的上端面1120的中心，其圆形区域的直径即为所述光感应芯片10的发光孔径。

所述光感应芯片10还可以包括第三透光体113，所述第三透光体113设置在所述第一光接收部16上，以连接所述第一光接收部16与光感应芯片10的外表面上用于接收返回的光信号的预设位置。由此，所述第三透光体113可以作为所述光接收通道15。例如，所述第三透光体113可以为柱状体，包括沿自身长度方向平行相对设置的上端面1130和下端面1132，或者说所述第三透光体113的下端面1132与上端面1130沿感测光线发出方向依次排布。所述第三透光体113的下端面1132与第一光接收部16相连接，从光感应芯片10外部返回的光信号经所述第三透光体113的上端面1130进入第三透光体113内传输，并从所述第三透光体113的下端面1132透出而由所述第一光接收部16接收。所述第三透光体113的上端面1130可作为所述光感应芯片10外表面的一部分。可选的，所述第三透光体113的上端面1130作为整个光感应芯片10的入光面，其上可预设有用于接收返回光信号的入光区域，所述上端面1130除所述入光区域以外的区域可以做遮光处理，由此可以准确地定义所述光感应芯片10接收光信号的视场角度。所述入光区域例如为圆形区域，其圆心为第三透光体113的上端面1130的中心，其圆形区域的直径即为所述光感应芯片10的入光孔径。

可以理解的是，所述遮光处理可以通过在对应区域设置不透光膜层实现，所述不透光膜层可以为对应表面最靠近外部的膜层，亦即，若所述第二透光体112的上端面1120和第三透光体113的上端面1130还需要设置其他光学膜层，所述不透光膜层可以设在对应光学膜层的外侧。

可选的，在一些实施例中，如图2所示，所述第一透光体111、第二透光体112和第三透光体113的材料均为玻璃。例如：所述第一透光体111可以为玻璃平板，所述玻璃平板111被支撑在所述发光裸片140和感光裸片17上并跨设于光发射部14与第二光接收部18之间。所述玻璃平板111的下表面1112通过透光胶1113分别与所述光发射部14和第二光接收部18粘接。所述透光胶1113内部也可以传输光线，但在这些实施例中所述透光胶1113主要起粘接作用，透光胶1113的厚度较薄，由此所述参考光信号主要通过所述玻璃平板111从光发射部14传输至所述第二光接收部18。所述第二透光体112可以为呈长方体形状的第一玻璃柱，所述第一玻璃柱112的下端面1122通过透光胶1123与所述玻璃平板111的上表面1110相粘接，此处的透光胶1123也主要起粘接作用。所述第三透光体113可以为一体化结构，或者说，所述第三透光体113整个为不可拆分的单一个体，比如呈长方体形状的第二玻璃柱，所述第二玻璃柱113的下端面1132通过透光胶1133粘接在所述第一光接收部16的感光面上，此处的透光胶1133同样主要起粘接作用。可选的，所述第二玻璃柱113的上端面1130与所述第一玻璃柱112的上端面1120相互对齐，亦即，两者均位于同一个与所述基底12的第一表面120或第二表面122平行的水平面内。由于所述发光裸片140与感光裸片17沿感测光信号发出方向的厚度相同，所以也可以说所述玻璃平板111和第一玻璃柱112沿感测光信号发出方向的厚度之和等于所述第二玻璃柱113沿感测光信号发出方向的厚度。可选的，所述第二玻璃柱113的下端面1132的面积大于所述第一光接收部16感光面的面积，以使得所述第二玻璃柱113可以覆盖整个第一光接收部16的感光面。

可选的，在一些实施例中，如图3所示，所述第一透光体111的材料为透光胶体，所述第二透光体112和第三透光体113的材料为玻璃。例如：所述第一透光体111可以为透光胶层，与图2所示实施例不同的是，此处的透光胶层111替换了图2中的玻璃平板111以起到传输参考光信号的作用，所述透光胶层111的厚度会明显大于图2实施例中用于粘接的透光胶1113的厚度，为所述参考光信号提供足够的光传输空间。所述透光胶层111可以具有与图2中的玻璃平板111类似的形状和尺寸，比如：所述透光胶层111为平板状，分别粘接在所述光发射部14和第二光接收部18上。所述第二透光体112为呈长方体的第一玻璃柱112，其粘接在作为第一透光体111的透光胶层111的上表面1110与所述光发射部14对应的位置，所述光发射部14发出的感测光信号依次透过透光胶层111和第一玻璃柱112对外投射。与图2所示实施例类似，图3所示实施例中的所述第三透光体113同为一体化结构的第二玻璃柱113，其下端面1132通过透光胶1133与所述第一光接收部16的感光面相粘接。可选的，所述第二玻璃柱113的上端面1130与所述第一玻璃柱112的上端面1120相互对齐，亦即，两者均位于同一个与所述基底12的第一表面120或第二表面122平行的水平面内。或者说，所述透光胶层111和第一玻璃柱112沿感测光信号发出方向的厚度之和与所述第二玻璃柱112沿感测光信号发出方向的厚度。可选的，所述第二玻璃柱113的下端面1132的面积大于所述第一光接收部16感光面的面积，以使得所述第二玻璃柱113可以覆盖整个第一光接收部16的感光面。

可选的，在一些实施例中，如图4所示，所述第一透光体111、第二透光体112和第三透光体113的材料均为玻璃。与图1所示实施例类似，所述第一透光体111为第一玻璃平板111，所述第一玻璃平板111被支撑在所述发光裸片140和感光裸片17上并跨设于光发射部14与第二光接收部18之间。所述第二透光体112为呈长方体的第一玻璃柱112。所述第一玻璃柱112贴合在所述第一玻璃平板111上与所述光发射部14对应的位置。而与图1所示实施例不同的是，所述第三透光体113可以为分体化的组合结构，其包括依次层叠设置的第二玻璃平板1134和第二玻璃柱1136，所述第二玻璃平板1134通过透光胶粘接在所述第一光接收部16的感光面上，所述第二玻璃柱1136通过透光胶粘接在所述第二玻璃平板1134的上表面1135与所述第一光接收部16对应的位置处。

可选的，所述第二玻璃平板1134下表面1137的面积大于所述第一光接收部16感光面的面积，以使得所述第二玻璃平板1134可以覆盖整个第一光接收部16的感光面。

可选的，所述第二玻璃柱1136下端面1139的面积大于所述第一光接收部16感光面的面积，以使得所述第二玻璃柱1136能够透过在所述第二光接收部16视场角范围内返回的全部光线。

可选的，所述第二玻璃柱1136的上端面1138与所述第一玻璃柱112的上端面1120相互对齐。

可选的，所述第一玻璃平板111与所述第二玻璃平板1134具有相同的形状和尺寸，所述第一玻璃柱112和第二玻璃柱1136具有相同的形状和尺寸，由此可以减少零件的种类，增加生产的灵活度，降低制造成本。

可选的，在一些实施例中，如图5所示，所述第一透光体111的材料为透光胶体，所述第二透光体112和第三透光体113的材料为玻璃。例如：所述第一透光体111与图2所示实施例类似，可以为用于传输参考光信号的透光胶层111。所述透光胶层111为平板状，分别粘接在所述发光裸片140和感光裸片17上并跨设于光发射部14与第二光接收部18之间。所述第二透光体112与图2所示实施例类似，可以为呈长方体的第一玻璃柱112。所述第一玻璃柱112设置在作为第一透光体111的透光胶层上与所述光发射部14对应的位置，所述光发射部14发出的感测光信号依次透过透光胶层111和第一玻璃柱112对外投射。所述第三透光体113与图3所示实施例类似，为分体化的组合结构，包括依次层叠设置的玻璃平板1134和第二玻璃柱1136，所述玻璃平板1134贴合在所述第一光接收部16的感光面上，所述第二玻璃柱1136粘接在所述玻璃平板1134的上表面1135与所述第一光接收部16对应的位置处。

可选的，所述玻璃平板1134下表面1137的面积大于所述第一光接收部16感光面的面积，以使得所述玻璃平板1134可以覆盖整个第一光接收部16的感光面。

可选的，所述第二玻璃柱1136下端面1139的面积大于所述第一光接收部16感光面的面积，以使得所述第二玻璃柱1136能够透过在所述第二光接收部16视场角范围内返回的全部光线。

可选的，所述第二玻璃柱1136的上端面1138与所述第一玻璃柱112的上端面1120相互对齐。

可选的，所述第一玻璃柱112的上端面1120和/或下端面1122上可设置有相应的光学膜层，比如：滤光片和抗反射膜(Anti-Refection，简称AR，也可译作增透膜)。所述第二玻璃柱113的上端面1130和/或下端面1132上也可以设置有相应的光学膜层，比如：滤光片和AR膜。所述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。例如，在一些实施例中，所述感测信号可以为近红外光，所述滤光片为红外多层镀膜(IR Coating)。所述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。

可选的，在其他一些实施例中，所述光学膜层，例如滤光片和AR膜等，也可以设置在所述第一光接收部16的感光面、第二光接收部18的感光面和/或所述光发射部14的出光面上。可以理解的是，所述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。

可选的，如图6所示，在其他一些实施例中，所述第一光接收部26和第二光接收部28也可以分别设置在不同的感光裸片271、272上。例如：所述光感应芯片20包括基底22、发光裸片240、第一感光裸片271及第二感光裸片272。所述基底22可以包括相对设置的第一表面220及第二表面222，所述第一表面220与第二表面222沿基底22的厚度方向依次排布。所述发光裸片240、第一感光裸片271及第二感光裸片272均设置在所述基底22的第一表面220上并与第一表面220上布置的电路走线电连接。所述基底22可以通过第二表面222上的电路走线实现所述光感应芯片20对外的电连接。所述光发射部24设置在所述发光裸片240上。所述第一光接收部26设置在所述第一感光裸片271上。所述第二光接收部28设置在所述第二感光裸片272上。所述光感应芯片20包括第一透光体211，所述第一透光体211被支撑在所述发光裸片240和第二感光裸片272上并跨设于所述光发射部24与所述第二光接收部28之间，以在所述光发射部24与第二光接收部28之间构建参考光传输通道21。所述光感应芯片20还包括第二透光体212，所述第二透光体212叠加设置在第一透光体211上与所述光发射部24对应的位置，以连接所述第一透光体211与光感应芯片20外表面上用于出射感测光信号的预设位置。由此，所述光发射通道23包括所述第二透光体212及所述第一透光体211与光发射部24对应的一部分。所述光感应芯片20还包括第三透光体213，所述第三透光体213设置在所述第一光接收部26上，以连接所述第一光接收部26与光感应芯片20的外表面上用于接收返回的光信号的预设位置。由此，所述第三透光体213可以作为所述光接收通道25。所述第三透光体213例如为柱状体，包括沿自身长度方向平行相对设置的上端面2130和下端面2132。所述第三透光体213的下端面2132与第一光接收部26相连接，从光感应芯片20外部返回的光信号经所述第三透光体213的上端面2130进入第三透光体213内传输，并从所述第三透光体213的下端面2132透出而由所述第一光接收部26接收。所述第三透光体213的上端面2130可作为所述光感应芯片20的入光面。

可选地，如图7所示，所述光发射通道13也可以和光接收通道15一样仅通过一个透光体构成，采取与参考光传输通道11兼用一个透光体的方式。例如：所述光感应芯片30包括基底32、发光裸片340、感光裸片37、玻璃平板311和玻璃柱313。所述基底32包括相对设置的第一表面320和第二表面322，所述第一表面320与第二表面322沿基底32的厚度方向依次设置，或者说沿着发光裸片340发出感测光信号的方向依次排布。所述发光裸片340和感光裸片37均设置在所述基底32的第一表面320上并与第一表面320上布置的电路走线电连接。所述基底32可以通过第二表面222上的电路走线实现所述光感应芯片30对外的电连接。所述光发射部34设置在所述发光裸片340上。所述第一光接收部36和第二光接收部38设置在感光裸片37的上表面371，所述第二光接收部38相较于第一光接收部36更靠近所述光发射部34。所述发光裸片340沿感测光信号发出方向的厚度与所述感光裸片37沿感测光信号发出方向的厚度相等。

所述玻璃平板311分别被发光裸片340和感光裸片37所支撑，以架设在发光裸片340的光发射部34与感光裸片37上的第二光接收部38上，横跨连接所述光发射部34与所述第二光接收部38。所述玻璃平板311的整体作为参考光传输通道11可将从光发射部34发出的一部分感测光信号通过全发射传输至第二光接收部38以作为参考光信号进行接收。所述玻璃平板311位于光发射部34上方的其中一部分作为所述光发射通道13以将一部分感测光信号投射到光感应芯片30的外部。

具体而言，所述玻璃平板311可以包括沿自身厚度方向平行相对设置的上表面3110和下表面3112，或者说所述上表面3110和下表面3112作为玻璃平板311相互背向的两侧表面沿感测光信号的发出方向依次排布。所述光发射部34发出的感测光信号中满足全反射条件的一部分可作为参考光信号在上表面3110与下表面3112之间通过全反射的方式从光发射部34传输至第二光接收部38。所述玻璃平板311的上表面3110作为整个光感应芯片30的部分外表面，所述上表面3110与光发射部34对应的部分作为整个光感应芯片30的出光面，其上可预设用于出射感测光信号的出光区域，所述上表面3110除所述出光区域以外的区域可以做遮光处理，由此可以较准确地定义出所述光感应芯片10投射感测光信号的发散角度。所述出光区域例如为圆形区域，其圆心的位置可以与光发射部34的中心对应设置，其圆形区域的直径即为所述光感应芯片10的发光孔径。可以理解的是，所述遮光处理可以通过在相应区域设置不透光膜层实现，所述不透光膜层的材料例如为可以吸收或反射所述感测光信号的材料。

所述玻璃柱313设置在所述第一光接收部36上以作为所述光接收通道15。所述玻璃柱313为一体化结构，或者说，所述玻璃柱313整体为不可拆分的单一个体，比如呈长方体形状、梯台状、圆柱状、圆台状等不同形状的柱体。所述玻璃柱313包括沿自身高度方向平行相对设置的上端面3130和下端面3132，或者说所述玻璃柱313的下端面3132与上端面3130沿感测光线发出方向依次排布。所述玻璃柱313的下端面3132与第一光接收部36相连接，从光感应芯片30外部返回的光信号经所述玻璃柱313的上端面3130进入玻璃柱313内传输，并从所述玻璃柱313的下端面3132透出而由所述第一光接收部36接收。所述玻璃柱313的上端面3130可作为所述光感应芯片30外表面的一部分。可选的，所述玻璃柱313的上端面3130作为整个光感应芯片30的入光面，其上可预设有用于接收返回光信号的入光区域，所述上端面3130除所述入光区域以外的区域可以做遮光处理，由此可以准确地定义所述光感应芯片10接收光信号的视场角度。所述入光区域例如为圆形区域，其圆心的位置可以与第一光接收部36的中心对应设置，其圆形区域的直径即为所述光感应芯片10的入光孔径。可以理解的是，所述遮光处理可以通过在相应区域设置所述不透光膜层实现。

可选地，所述玻璃柱313的上端面3130可以与所述玻璃平板311的上表面3110相互对齐，亦即，所述玻璃柱313的上端面3130与所述玻璃平板311的上表面3110位于同一个与所述基底32的第一表面120或第二表面122平行的水平面内。例如：在所述发光裸片340与感光裸片37沿感测光信号发出方向的厚度相同的基础上，所述玻璃柱313沿感测光信号发出方向的高度与玻璃平板沿感测光信号发出方向的厚度相等。

也就是说，在图7所述的实施例中，所述光感应芯片30的光发射通道13和光接收通道15分别都只有一层透光体。

可选地，如图8所示，在一些实施例中，所述光感应芯片40的外表面400在与所述光发射通道13对应的位置处形成有相应的第一超构表面(Metasurface)401，所述第一超构表面401对所述光发射部44发出的感测光信号进行相位调制以使得经过相位调制后的感测光信号按照预设的发散角和发射角度进行投射。

所述光感应芯片40的外表面400在与所述光接收通道15对应的位置处形成有相应的第二超构表面402，所述第二超构表面402对从外部返回的光信号进行相位调制以使得经过相位调制后的光信号传输至第一光接收部46的对应位置上接收。

具体而言，在图2-图6所示的实施例中，所述第一超构表面401可形成在所述第二透光体112的上端面1120的出光区域内，例如：所述第二透光体112可以为所述第一玻璃柱112和212。在图7所示的实施例中，所述第一超构表面401可形成在玻璃平板311的上表面3110的出光区域内。

所述第一超构表面401通过对投射出去的感测光信号进行调制可以提高感测光信号的会聚程度和实现想要的光束形态，比如：发射角度、光束发散角等，从而提升所述光感应芯片40的检测性能。

在图2-图6所示的实施例中，所述第二超构表面402可形成在所述第三透光体113的上端面1130的入光区域内，例如：所述第三透光体113可以为第二玻璃柱113、1136和213。在图7所示的实施例中，所述第二超构表面402可形成在玻璃柱313的上端面3130的入光区域内。

所述第二超构表面402通过对从光感应芯片40外部返回的光信号进行调制可以提高对光信号会聚到第一光接收部46上对应位置的准确度，进而提升所述光感应芯片40的检测精度。

所述第一超构表面401和第二超构表面402可以为在平整表面上形成的多个纳米尺寸级别的微细结构单元，所述纳米级微细结构单元的形状例如为长方体、正方体、圆柱、椭圆柱等，所述纳米级微细结构单元按照预设的形式进行排布，比如：呈六边形、正方形和扇形等，纳米级微细结构单元之间可以是空气填充或其他对应光波波段透明的材料所填充。由于所述纳米级微细结构单元的尺寸与光束的波长属于同一量级，从而可以对经过光束的相位、幅度和偏振等特征进行调制以实现特定的传播特性。

所述光感应芯片10还包括封装体100，所述封装体100设置在基底12上并填满设在所述基底上的多个不同部件之间的空隙，以起到保护和加固的作用，所述不同部件例如包括：发光裸片140、感光裸片17、第一透光体111、第二透光体112和第三透光体113。所述封装体100的材料例如为，但不限于，聚酰亚胺(Polyimide,PI)、环氧树脂模塑料(EpoxyMolding Compound,EMC)、有机硅等。可选的，所述封装体100为非透光材料，其具有吸光或遮光的作用。由此，所述封装体100可以屏蔽光发射通道13与光接收通道15之间的光串扰，从而提高感测的精度。

由于所述第一透光体111整体架设在所述发光裸片140和感光裸片17上，所述第一透光体111不与所述基底12接触且不会进入所述发光裸片140和感光裸片17之间的空隙。所述封装体100会填满所述发光裸片140和所述感光裸片17之间的空隙19。

可选的，所述封装体100可以采用塑封方式形成。例如：利用模具上的模腔在其上已设置好所述发光裸片140、感光裸片17、第一透光体111、第二透光体112及第三透光体113的基底12上形成具有预设形状的注塑空间，再向所述注塑空间内灌注封装材料，以形成填满所述发光裸片140、感光裸片17、第一透光体111、第二透光体112和第三透光体113之间空隙的所述封装体100。

可以理解的是，上述实施例中的所述透光胶和透光胶层例如为，但不限于，透光的DAF胶(Die Attach Film)或FOW胶(Film On Wire)等，本实用新型对此不做具体限定。

由于所述封装体100由塑封方式形成，所述封装材料本身就可以耐受塑封过程的高温，不会在后续的回流焊过程中因高温而产生可靠性问题。而且采用非透光的封装体100还能进一步屏蔽光发射通道13与光接收通道15之间的光串扰，提高光感应芯片10的感测精度。

可选的，在一些实施例中，所述光感应芯片10可以为飞行时间(TOF)传感芯片。所述TOF传感芯片10通过所述光发射部14向外部空间发出感测光信号，并通过所述第一光接收部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。所述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，通过计算所述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，所述TOF传感芯片10可用于通过测量感测光信号发射时刻与接收时刻之间的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的相位差来获得物体三维信息的间接时间(Indirect Time of Flight,ITOF)测量。

如图9所示，本实用新型的实施例还提供一种激光雷达50，可用于测量空间中物体的距离信息。所述激光雷达50包括如上所述的光感应芯片10，例如：TOF传感芯片。可选的，在一些实施例中，所述激光雷达50还可以包括扫描部52，所述扫描部52可被配置为调节所述光感应芯片10的感测方向，以扩展所述光感应芯片10的感测范围。

如图10所示，本实用新型的实施例还提供一种电子设备60，所述电子设备60包括主体62及设置在所述主体62上的光感应芯片10或激光雷达50。可选的，所述光感应芯片10或激光雷达50用于感测空间中物体的三维信息，所述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。所述三维信息例如用于3D建模、人脸识别、智能驾驶、机器视觉、监控、无人机控制、增强现实(Augmented Reality,AR)/虚拟现实(Virtual Reality,VR)、即时定位和地图构建(Simultaneous Localization andMapping,SLAM)等领域，本实用新型对此不作限定。所述电子设备60被配置为根据所述光感应芯片10或激光雷达50获得的周围环境的三维信息来实现相应的功能，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60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60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。所述电子设备60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。

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”等的描述意指结合所述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实用新型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。

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

Claims (15)

1.一种飞行时间传感芯片，其特征在于，包括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，所述飞行时间芯片的内部构建有光发射通道、光接收通道及参考光传输通道，所述光发射通道连接所述光发射部与所述飞行时间传感芯片外表面上的预设位置，所述光发射部被配置为发出感测光信号并通过所述光发射通道将发出的感测光信号投射到飞行时间传感芯片的外部，所述光接收通道连接所述第一光接收部与飞行时间传感芯片外表面上的预设位置，所述第一光接收部被配置为通过所述光接收通道接收从飞行时间传感芯片外部返回的光信号并输出相应的光感应信号，所述参考光传输通道连接所述光发射部与所述第二光接收部且不与所述基底接触，所述第二光接收部被配置为通过所述参考光传输通道接收作为参考光信号的一部分所述感测光信号并输出相应的参考信号。

2.如权利要求1所述的飞行时间传感芯片，其特征在于，所述光发射部设置在一发光裸片上，所述第一光接收部及第二光接收部均设置在同一个感光裸片上。

3.如权利要求1所述的飞行时间传感芯片，其特征在于，所述参考光传输通道为玻璃平板，所述玻璃平板的下表面通过透光胶分别与所述光发射部和第二光接收部相粘接。

4.如权利要求1所述的飞行时间传感芯片，其特征在于，所述参考光传输通道为平板状的透光胶层，所述透光胶层分别粘接在所述光发射部和第二光接收部上。

5.如权利要求1所述的飞行时间传感芯片，其特征在于，还包括玻璃柱，所述玻璃柱叠加设置在所述参考光传输通道上与所述光发射部对应的位置，所述光发射通道包括所述玻璃柱及所述参考光传输通道与光发射部对应的一部分。

6.如权利要求1所述的飞行时间传感芯片，其特征在于，所述光接收通道为一体化的玻璃柱，所述玻璃柱的下端面通过透光胶粘接在第一光接收部上。

7.如权利要求1所述的飞行时间传感芯片，其特征在于，所述光接收通道为分体化的组合结构，其包括依次层叠设置的玻璃平板和玻璃柱，所述玻璃平板通过透光胶粘接在所述第一光接收部上，所述玻璃柱通过透光胶粘接在所述玻璃平板的上表面与所述第一光接收部对应的位置处。

8.如权利要求1所述的飞行时间传感芯片，其特征在于，包括玻璃平板和玻璃柱，所述玻璃平板跨设在所述光发射部和第二光接收部上，所述玻璃平板整体作为所述参考光传输通道可将从光发射部发出的一部分感测光信号通过全反射传输至所述第二光接收部以作为参考光信号进行接收，所述玻璃平板位于光发射部上方的其中一部分作为光发射通道以将一部分感测光信号投射到飞行时间传感芯片外部，所述玻璃柱设置在所述第一光接收部上以作为所述光接收通道。

9.如权利要求8所述的飞行时间传感芯片，其特征在于，所述玻璃平板沿所述感测光信号发射方向上的厚度与所述玻璃柱沿所述感测光信号发射方向上的厚度保持一致。

10.如权利要求1所述的飞行时间传感芯片，其特征在于，所述飞行时间传感芯片的外表面在与所述光发射通道对应的位置处形成有相应的第一超构表面，所述第一超构表面对所述光发射部发出的感测光信号进行相位调制以使得经过相位调制后的感测光信号按照预设的发散角和发射角度进行投射，所述飞行时间传感芯片的外表面在与所述光接收通道对应的位置处形成有相应的第二超构表面，所述第二超构表面对从外部返回的光信号进行相位调制以使得经过相位调制后的光信号传输至第一光接收部的对应位置上接收。

11.如权利要求1所述的飞行时间传感芯片，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第二光接收部分别设置在分开的两个不同的感光裸片上。

12.如权利要求2或11所述的飞行时间传感芯片，其特征在于，还包括非透光的封装体，所述封装体设置在所述基底上并至少填满所述发光裸片与所述感光裸片之间位于所述参考光传输通道下方的空隙。

13.如权利要求1所述的飞行时间传感芯片，其特征在于，所述第二光接收部相较于第一光接收部更靠近所述光发射部。

14.一种激光雷达，其特征在于，包括如权利要求1-13中任意一项所述的飞行时间传感芯片。

15.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求1-13中任意一项所述的飞行时间传感芯片或如权利要求14所述的激光雷达，所述电子设备被配置为根据所述飞行时间传感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。