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TECHNISCHES GEBIET
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Diese Offenbarung bezieht sich auf ein optisches Modul, insbesondere ein linsenloses optisches Modul.
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HINTERGRUND
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Mobile Kommunikationsgeräte wie Smartphones, Tablets, Laptops und andere tragbare Computergeräte können Technologien zur Aufzeichnung dreidimensionaler Bilder, zur Erfassung von Bewegungen und/oder Gesten enthalten. Bei digitalen Aufzeichnungsmethoden werden verschiedene Arten von optischen Miniaturmodulen verwendet, die mit Kameras zusammenwirken, um dynamische Ereignisse in dreidimensionalen Bereichen aufzuzeichnen. Diese optischen Module können verschiedene Formen haben und unterschiedliche Funktionen erfüllen.
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Um ein Gerät zu schaffen, das Informationen anzeigen und gleichzeitig eine Interaktion mit ihnen ermöglichen kann, ist es erforderlich, ein Display mit einer Kamera zu integrieren. Es sind bidirektionale Displays bekannt, die sowohl Bilder erfassen als auch anzeigen können. Einige bekannte bidirektionale Displays verwenden LCD-Displays, die abwechselnd ihre traditionelle Rolle bei der Bildung des angezeigten Bildes und als optische Maske übernehmen. Andere bidirektionale Displays verwenden kleine Blenden, die in die Subpixel des Displays integriert sind.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Bei der Entwicklung von bidirektionalen Anzeigen gibt es eine Reihe von Schwierigkeiten.
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Wenn keine Optik verwendet wird, kann die Kamera nicht richtig funktionieren (die Intensität des einfallenden optischen Strahls, aber auch seine Richtung, da winkelabhängige Pixel erforderlich wären). Außerdem wird das Bild verzerrt, wenn Optiken wie z. B. Linsenarrays oben auf dem Bildschirm angebracht sind. Werden refraktive Optiken unterhalb des Displays und zwischen dem Display und einem Bildsensor platziert, erhöht sich die Dicke des Geräts (wegen der Linsen), und diese Lösung schränkt den Fokus auf eine feste Entfernung ein.
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Wenn eine Maske (z. B. eine kodierte Maske) auf der Oberfläche angebracht wird, kann die Anzeige teilweise verdeckt werden.
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Bekannte Techniken, bei denen LCD-Anzeigen verwendet werden, die abwechselnd maskiert und angezeigt werden, erfordern eine komplexe Verarbeitung, um das Umschalten zwischen einem Anzeigemodus und einem Abbildungsmodus zu steuern. Bekannte Techniken, bei denen kleine Öffnungen in die Subpixel der Anzeige integriert werden, sind kostspielig in der Produktion und bei der Pixelmontage, insbesondere wenn komplexere Maskenmuster erforderlich sind (z. B. URA-Masken). Ein klassischer Linsenansatz würde die angezeigten Informationen offensichtlich verzerren. Andere Lösungen, bei denen breitbandig kodierte oder Beugungsmasken zum Einsatz kommen, würden sich ebenfalls auf die sichtbare Wellenlänge auswirken, die visuellen Informationen verdecken und verzerren oder winkelsensibel sein, wie z. B. eine bestimmte Dünnschichtzusammensetzung. Mehrere Filter mit wechselndem Brechungsindex können sehr dick sein, was zu unerwünscht großen optischen Modulen führt.
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Die vorliegende Offenlegung befasst sich mit der Notwendigkeit, Bilder zu erfassen und gleichzeitig die Sichtlinie zwischen dem Benutzer und den angezeigten Informationen nicht zu verdecken.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein optisches Modul bereitgestellt, das Folgendes umfasst: eine Anzeige, die lichtemittierende Elemente umfasst, die sichtbares Licht emittieren; eine Bildsensorschicht, die infrarotlichtempfindliche Elemente umfasst; und eine Maskenschicht, die so konfiguriert ist, dass sie infrarotes Licht mit einer Wellenlänge in einem oder mehreren Teilen des optischen Infrarotspektrums blockiert und sichtbares Licht durchlässt.
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Auf diese Weise gibt es keinen bevorzugten Einfallswinkel im Vergleich zu den bekannten Techniken, bei denen mehrere Schichten von Spiegeln mit Brechungsindex verwendet werden. Das heißt, die Maskenschicht bietet enge und spezifische Blockierungseigenschaften im Infrarotspektrum und ist winkelunempfindlich. Die Maskenschicht kann Wellenlängen des Infrarotlichts in einem Sperrwellenlängenband blockieren, das den Wellenlängen des Infrarotlichts entspricht, das von einem optischen Sender in der Nähe der Bildsensorschicht ausgesendet wird. Das heißt, die Maskenschicht verhindert, dass die infrarotlichtempfindlichen Elemente des Bildsensors durch das vom optischen Sender emittierte Streulicht geblendet werden.
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Ein optisches Signal, das von einer Objektreflexion herrührt, wird von der Maskenschicht vorverarbeitet und dann von den infrarotlichtempfindlichen Elementen der Bildsensorschicht erfasst, so dass das angezeigte Bild nicht beeinträchtigt wird. Das heißt, die Anzeigefunktionen werden nicht durch optische Verzerrungen beeinträchtigt.
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In einigen Ausführungsformen ist das optische Modul linsenlos (d.h. es sind keine Linsen im optischen Modul vorhanden), so dass das optische Modul vorteilhafterweise dünner (1~2 µm) als bekannte optische Module mit mehrschichtigen Filtern (~10 µm) hergestellt werden kann, so dass es sich für den Einbau in Kommunikationsgeräte wie Smartphones, Tablets, Laptops und andere tragbare Computergeräte eignet.
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In einigen Ausführungsformen umfasst das optische Modul außerdem ein Substrat, das für sichtbares Licht und Infrarotlicht in einem oder mehreren weiteren Bereichen des optischen Infrarotspektrums transparent ist, wobei das Substrat die Maskenschicht trägt. Das Substrat kann aus Glas hergestellt sein.
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In anderen Ausführungsformen wird die Anzeige von einer oberen Fläche der Bildsensorschicht getragen, und die Maskenschicht wird von einer oberen Fläche der Anzeige getragen. In anderen Ausführungsformen wird die Maskenschicht von einer oberen Fläche der Bildsensorschicht getragen, und die Anzeige wird von einer oberen Fläche der Maskenschicht getragen. Das Fehlen eines Substrats hat den Vorteil, dass die Dicke des optischen Moduls reduziert wird. Darüber hinaus wird durch die geringen Abstände zwischen Maskenschicht und Bildsensor das Sichtfeld des Bildsensors erweitert, wodurch sich die Pixel/Grad-Auflösung verringert.
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Bei Ausführungen, bei denen das optische Modul außerdem das für sichtbares Licht transparente Substrat umfasst, kann die Anzeige von einer oberen Fläche der Bildsensorschicht getragen werden, und das Substrat wird von einer oberen Fläche der Anzeige getragen. Um die Dicke des optischen Moduls zu verringern, kann bei Ausführungen, bei denen das optische Modul außerdem das für sichtbares Licht transparente Substrat umfasst, die Bildsensorschicht mit der Anzeige integriert werden, um eine integrierte optische Schicht zu bilden, und das Substrat wird von einer oberen Fläche der integrierten optischen Schicht getragen.
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In einigen Ausführungsformen ist die Bildsensorschicht mit der Anzeige integriert, um eine integrierte optische Schicht zu bilden, und die Maskenschicht wird von einer oberen Fläche der integrierten optischen Schicht getragen. Diese Implementierungen reduzieren die Dicke des optischen Moduls durch das Fehlen des Substrats und die Integration der Bildsensorschicht und der Anzeige.
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Die Maskenschicht kann aus einem Polymer auf Farbstoffbasis bestehen, das in einem vorgegebenen Muster aufgebracht wird. In diesen Fällen kann die Maskenschicht mit Hilfe von Standard-Photolithografieverfahren strukturiert werden.
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Das Farbstoffpolymer kann in Form einer Reihe von Nadellöchern, eines räumlichen Filters, der eine kodierte Apertur definiert, eines Moire-Musters oder eines Beugungsmusters aufgebracht werden.
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Alternativ kann die Maskenschicht eine Vielzahl von Komponenten umfassen, die elektronisch steuerbar sind, um das Licht mit einer Wellenlänge in einem oder mehreren Teilen des optischen Infrarotspektrums zu blockieren und das Licht mit einer Wellenlänge in den übrigen Teilen des optischen Infrarotspektrums durchzulassen. Bei der Mehrzahl der Bauteile kann es sich um Vanadiumoxidtransistoren handeln.
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Die infrarot-lichtempfindlichen Elemente können so konfiguriert sein, dass sie ein Bild einer vor dem Display angeordneten Szene erfassen, und das optische Modul umfasst ferner einen Prozessor, der so konfiguriert ist, dass er Tiefeninformationen in Bezug auf jeden von einem oder mehreren Bereichen der Szene zumindest teilweise auf der Grundlage des erfassten Bildes und der Kenntnis einer Konfiguration der Maskenschicht bestimmt. Das erfasste Bild kann je nach der verwendeten Maske für die Entfernungsmessung, 3D-Rekonstruktion und/oder Gestenerkennung verwendet werden.
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Die Anzeige kann aus einer Leuchtdioden (LED)-Anzeige bestehen, z. B. einer organischen Leuchtdioden (OLED)-Anzeige oder einer Mikro-LED-Anzeige.
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Vorzugsweise ist das optische Modul linsenlos.
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Die infrarotlichtempfindlichen Elemente können mit einer Beschichtung versehen sein, die infrarotes Licht durchlässt und sichtbares Licht absorbiert.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird eine Vorrichtung bereitgestellt, die Folgendes umfasst:
- einen optischen Emitter, der so konfiguriert ist, dass er Licht mit einer Wellenlänge in einem oder mehreren Abschnitten des optischen Infrarotspektrums emittiert; und ein optisches Modul, das Folgendes umfasst: eine Anzeige, die lichtemittierende Elemente umfasst, die sichtbares Licht emittieren; eine Bildsensorschicht, die infrarotlichtempfindliche Elemente umfasst; und eine Maskenschicht, die so konfiguriert ist, dass sie infrarotes Licht mit einer Wellenlänge in dem einen oder mehreren Abschnitten des optischen Infrarotspektrums blockiert und sichtbares Licht durchlässt.
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Mindestens einer der optischen Emitter und die infrarotlichtempfindlichen Elemente können mit einer Beschichtung versehen sein, die infrarotes Licht durchlässt und sichtbares Licht absorbiert.
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Diese und andere Aspekte werden aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen ersichtlich. Der Umfang der vorliegenden Offenbarung soll durch diese Zusammenfassung nicht eingeschränkt werden, auch nicht auf Implementierungen, die notwendigerweise einige oder alle der genannten Nachteile lösen.
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KURZBESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Einige Ausführungsformen der Offenbarung werden jetzt nur beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beigefügten Abbildungen beschrieben, in denen:
- In ist ein optisches Modul gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dargestellt;
- zeigt ein optisches Modul gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
- zeigt ein optisches Modul gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
- zeigt ein optisches Modul gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
- zeigt ein optisches Modul gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
- zeigt eine Maskenschicht aus einem Farbstoffpolymer, die in Form von Nadellöchern aufgebracht wurde;
- zeigt eine farbstoffbasierte Polymermaskenschicht, die als räumlicher Filter aufgebracht wurde und eine kodierte Blende definiert;
- zeigt eine farbstoffbasierte Polymermaskenschicht, die in einem Moire-Muster aufgebracht wurde;
- zeigt eine Maskenschicht aus einem farbstoffbasierten Polymer, die in einem diffraktiven Muster aufgebracht ist; und
- zeigt ein Computergerät mit dem hier beschriebenen optischen Modul.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die Ausführungsformen werden jetzt nur beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Abbildungen beschrieben.
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In Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung umfasst das optische Modul eine Anzeige 104 mit lichtemittierenden Elementen, die sichtbares Licht aussenden; eine Bildsensorschicht 102 mit lichtempfindlichen Infrarot-(IR)-Elementen; und eine Maskenschicht 108, die so konfiguriert ist, dass sie Infrarotlicht mit einer Wellenlänge in einem oder mehreren Teilen des optischen Infrarotspektrums blockiert und sichtbares Licht durchlässt. Diese Komponenten können auf unterschiedliche Weise angeordnet sein, die im Folgenden unter Bezugnahme auf die beschrieben wird.
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In ist ein Beispiel für ein optisches Modul 100 dargestellt.
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Wie in dargestellt, ist als erste untere Schicht die Bildsensorschicht 102 vorgesehen.
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Die Bildsensorschicht 102 umfasst ein oder mehrere infrarotlichtempfindliche Elemente. Die infrarotlichtempfindlichen Elemente sind lichtempfindliche Elemente, von denen jedes in der Lage ist, als Reaktion auf eine empfangene Dosis Infrarotstrahlung ein Signal zu erzeugen. Das heißt, die infrarot-lichtempfindlichen Elemente wandeln die empfangene Infrarotstrahlung in elektrische Signale um. Dem Fachmann sind verschiedene Arten von infrarotlichtempfindlichen Elementen bekannt, z. B. Fotodioden. Die infrarotlichtempfindlichen Elemente können auf einer Aktiv-Pixel-Sensortechnologie beruhen und beispielsweise eine Anordnung von CMOS-Pixeln (complimentary metal-oxide semiconductor) umfassen. Die Bildsensorschicht 102 ist so konfiguriert, dass sie die erfassten Bilddaten ausgibt. Die Bildsensorschicht 102 kann beispielsweise mit einer (in nicht dargestellten) Verarbeitungseinheit zur Verarbeitung der erfassten Bilddaten gekoppelt sein, wobei die Verarbeitungseinheit in das optische Modul 100 integriert sein oder sich außerhalb des optischen Moduls 100 befinden kann.
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Die infrarot-lichtempfindlichen Elemente können so konfiguriert sein, dass sie ein Bild einer vor dem Display angeordneten Szene aufnehmen, und die Verarbeitungseinheit kann so konfiguriert sein, dass sie Tiefeninformationen zu jedem von einem oder mehreren Bereichen der Szene zumindest teilweise auf der Grundlage des aufgenommenen Bildes und der Kenntnis der Konfiguration der Maskenschicht 108 bestimmt. Das erfasste Bild kann in Abhängigkeit von der verwendeten Maske für die Entfernungsmessung, 3D-Rekonstruktion und/oder Gestenerkennung verwendet werden.
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Wir beziehen uns hier auf Infrarotlicht im Bereich von 700 nm-1 mm. Die für Infrarotlicht empfindlichen Elemente können auch für Nahinfrarot (NIR) lichtempfindliche Elemente sein. NIR-Licht liegt im Bereich von 700-2500nm. In diesen Ausführungsformen ist es möglich, für die lichtempfindlichen Infrarot-Elemente Silizium, Si, (700-1150nm); Indium-Gallium-Arsenid, InGaAs, (-1600nm); oder Germanium, Ge, und Germanium-Zinn (1,4um -2,4um) basierte lichtempfindliche Elemente zu verwenden.
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Im optischen Modul 100 ist die Anzeige 104 an einer oberen Fläche der Bildsensorschicht 102 angebracht. Die Anzeige 104 umfasst lichtemittierende Elemente, die sichtbares Licht aussenden. Wir beziehen uns hier auf sichtbares Licht im Bereich von 380-700 nm. Die Anzeige kann eine Leuchtdioden (LED)-Anzeige umfassen, wie z. B. eine organische Leuchtdioden (OLED)-Anzeige oder eine Mikro-LED-Anzeige. Die Anzeige 104 ist so konfiguriert, dass sie von einer (in nicht dargestellten) Verarbeitungseinheit gesteuert wird, wobei die Verarbeitungseinheit in das optische Modul 100 integriert sein oder sich außerhalb des optischen Moduls 100 befinden kann. Die Verarbeitungseinheit, die zur Steuerung der Anzeige konfiguriert ist, kann mit der oben genannten Verarbeitungseinheit, die die erfassten Bilddaten verarbeitet, identisch sein oder sich von dieser unterscheiden.
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Im optischen Modul 100 ist auf der Oberseite der Anzeige 104 ein Substrat angebracht. Das Substrat ist für sichtbares Licht durchlässig, so dass das von der Anzeige 104 ausgestrahlte Licht durch es hindurchtreten kann. Das Substrat besteht vorzugsweise aus Glas. Es sind jedoch auch andere Materialien geeignet, z. B. Kunststoff. In einigen Ausführungsformen kann das Substrat aus SiO2 oder „Display“-Glas bestehen, wie Schott D263T-ECO oder Borofloat 33, Dow-Corning Eagle 2000.
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In dem optischen Modul 100 trägt das Substrat eine Maskenschicht 108. Die Maskenschicht 108 ist so konfiguriert, dass sie Wellenlängen von Infrarotlicht in einem oder mehreren Sperrwellenlängenbändern blockiert, die auf die Oberseite der Maskenschicht 108 auftreffen.
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Die Maskenschicht 108 ist für sichtbares Licht durchlässig, so dass sichtbares Licht, das von der Anzeige 104 ausgestrahlt wird, sie durchdringen kann.
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Das Substrat 106 ist für verbleibende Anteile des Infrarotlichts (Infrarotlicht mit Wellenlängen außerhalb der einen oder mehreren Sperrwellenlängenbänder) durchlässig, so dass dieses Infrarotlicht die Maskenschicht 108, das Substrat 106 und die Anzeige 104 passieren kann, um dann auf die infrarotlichtempfindlichen Elemente der Bildsensorschicht 102 zu treffen.
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zeigt ein weiteres Beispiel für ein optisches Modul 200.
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Das in gezeigte optische Modul 200 unterscheidet sich von dem optischen Modul 100 dadurch, dass das Substrat 106 nicht vorhanden ist. In dem Beispiel von ist die Maskenschicht 108 auf der Oberseite des Displays 104 angebracht. Das heißt, das Display 104 trägt die Maskenschicht 108 direkt.
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zeigt ein weiteres Beispiel für ein optisches Modul 300.
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Das Substrat 106 ist auch im optischen Modul 300 nicht vorhanden. Das in gezeigte optische Modul 300 unterscheidet sich von dem optischen Modul 200 dadurch, dass die Maskenschicht 108 auf der Oberseite der Bildsensorschicht 102 und nicht auf der Oberseite der Anzeige 104 angebracht ist. Das heißt, die Maskenschicht 108 befindet sich zwischen der Bildsensorschicht 102 und dem Display 104.
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zeigt ein weiteres Beispiel für ein optisches Modul 400.
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Während in den bis die Anzeige 104 und die Bildsensorschicht 102 a als separate Schichten dargestellt sind, ist im optischen Modul 400 eine integrierte optische Schicht 402 vorgesehen. Die integrierte optische Schicht 402 dient sowohl der Emission von sichtbarem Licht als auch der Erfassung von Infrarotlicht. Das heißt, die infrarotlichtempfindlichen Elemente der oben beschriebenen Bildsensorschicht 102 sind mit den oben beschriebenen lichtemittierenden Elementen der Anzeige 104 in der integrierten optischen Schicht 402 integriert.
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Wie in dargestellt, ist das Substrat 106 auf der Oberseite der integrierten optischen Schicht 402 befestigt. Die Maskenschicht 108 ist auf der Oberseite des Substrats 106 befestigt.
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zeigt ein weiteres Beispiel für ein optisches Modul 500.
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Das in gezeigte optische Modul 500 unterscheidet sich von dem optischen Modul 400 dadurch, dass das Substrat 106 nicht vorhanden ist. In dem Beispiel von ist die Maskenschicht 108 auf der Oberseite der integrierten optischen Schicht 402 angebracht. Das heißt, die integrierte optische Schicht 402 trägt direkt die Maskenschicht 108.
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In allen oben beschriebenen Ausführungsformen begrenzt die Maskenschicht 108 das Streulicht. Daher verhindert die Maskenschicht 108, dass die infrarotlichtempfindlichen Elemente von Lichtstrahlen geblendet werden, die anderen als den vorgesehenen Pfaden folgen. Die Maskenschicht 108 lässt einen Teil des Infrarotlichts durch (einschließlich Infrarotlicht mit Wellenlängen innerhalb und außerhalb des einen oder der mehreren blockierenden Wellenlängenbänder), das die Leistung der Bildsensorschicht 102 nicht beeinträchtigt. Insbesondere lässt die Maskenschicht 108 Infrarotlicht durch Öffnungen in der Maskenschicht 108 hindurch, das unter Winkeln auf die Maskenschicht 108 trifft, die durch das Sichtfeld der Öffnungen zugelassen sind.
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In allen oben beschriebenen Ausführungen kann das optische Modul linsenlos sein (d. h. es sind keine Linsen im optischen Modul vorhanden).
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Die Maskenschicht 108 kann auf verschiedene Weise realisiert werden.
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In einigen Ausführungsformen umfasst die Maskenschicht 108 ein Polymer auf Farbstoffbasis. Insbesondere umfasst die Maskenschicht 108 einen Farbstoff, der auf einem Trägerpolymer dispergiert ist. In diesen Ausführungsformen blockiert das Polymer auf Farbstoffbasis die Wellenlängen des Infrarotlichts in einem oder mehreren blockierenden Wellenlängenbereichen durch Absorption des Infrarotlichts. Der Farbstoff hat die blockierenden Eigenschaften, und die Farbstoffteilchen sind winkelunempfindlich; das Polymer wird als Träger des Farbstoffs verwendet und mittels photolithografischer Verfahren strukturiert. Das Polymer auf Farbstoffbasis wird in einem vorgegebenen Muster abgeschieden. Das Farbstoffpolymer kann mit Hilfe von photolithographischen Standardtechniken strukturiert werden, die Maskierung, UV-Belichtung und Entwicklung mit Lösungsmitteln umfassen. Es versteht sich von selbst, dass die Ausführungsformen auch andere Verfahren zur Strukturierung des Farbstoffpolymers umfassen.
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Das Polymer auf Farbstoffbasis kann eine Sperrbande aufweisen, die bei -954 nm zentriert und 178 nm breit ist. Das Polymer auf Farbstoffbasis kann eine Sperrbande aufweisen, die bei -845 nm und 186 nm Breite zentriert ist. Das Polymer auf Farbstoffbasis kann eine Sperrbande aufweisen, die bei -845 nm und 86 nm Breite zentriert ist.
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Das Polymer auf Farbstoffbasis kann als eine Reihe von Nadellöchern aufgebracht werden, wie in dargestellt. zeigt eine Vorderansicht der Maskenschicht 108, wobei Bereiche 602 des farbstoffbasierten Polymers sichtbares Licht durchlassen und Wellenlängen des infraroten Lichts in einem oder mehreren blockierenden Wellenlängenbändern blockieren, das auf die Oberseite der Maskenschicht 108 fällt. Es ist eine Reihe von Nadellöchern 604 vorgesehen, die sowohl für sichtbares als auch für infrarotes Licht durchlässig sind.
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Das Polymer auf Farbstoffbasis kann als Raumfilter aufgebracht werden, der eine kodierte Blende definiert, wie in dargestellt. zeigt eine Vorderansicht der Maskenschicht 108, wobei Bereiche 606 des farbstoffbasierten Polymers sichtbares Licht durchlassen und Wellenlängen des Infrarotlichts in einem oder mehreren blockierenden Wellenlängenbändern blockieren, die auf die Oberseite der Maskenschicht 108 einfallen. Als bloßes Beispiel zeigt eine 13 x 13 große Anordnung von binären Raumfilterpixeln, wobei die Anordnung von binären Raumfilterpixeln eine kodierte Apertur definiert. Insbesondere umfasst der Raumfilter 118 eine 13 x 13 Anordnung von binären Raumfilterpixeln, einschließlich einer Vielzahl von Raumfilterpixeln 606, die sichtbares Licht durchlassen und Wellenlängen von Infrarotlicht in einem oder mehreren blockierenden Wellenlängenbändern blockieren, und einer Vielzahl von Lücken oder transparenten Raumfilterpixeln 608, die sowohl für sichtbares als auch für Infrarotlicht transparent sind, wobei die Vielzahl von Lücken oder transparenten Raumfilterpixeln 608 eine Geometrie der kodierten Apertur definiert.
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Das Polymer auf Farbstoffbasis kann in einem Moire-Muster aufgebracht werden, wie in dargestellt. Wie in dargestellt, kann das Polymer auf Farbstoffbasis auf der Oberseite des Substrats 106 in einem ersten Satz von Linien 610 abgeschieden werden, die sichtbares Licht durchlassen und Wellenlängen von Infrarotlicht in einem oder mehreren Sperrwellenlängenbändern blockieren, das auf die Oberseite der Maskenschicht 108 auftrifft. Die Lücken zwischen dem ersten Satz von Linien 610 sind sowohl für sichtbares als auch für infrarotes Licht transparent. Zusätzlich kann das Polymer auf Farbstoffbasis auf der unteren Oberfläche des Substrats 106 in einem zweiten Satz von Linien 612 abgeschieden werden, die sichtbares Licht durchlassen und Wellenlängen des infraroten Lichts in einem oder mehreren blockierenden Wellenlängenbändern blockieren, das auf die obere Oberfläche der Maskenschicht 108 einfällt. Die Lücken zwischen dem zweiten Satz von Linien 612 sind sowohl für sichtbares als auch für infrarotes Licht transparent. Der zweite Satz von Linien 612 kann gegenüber dem ersten Satz von Linien 610 leicht versetzt sein, wie in gezeigt, um das Moire-Muster zu erzeugen. Es gibt auch andere Methoden zur Erzeugung eines Moire-Musters unter Verwendung des ersten Satzes von Linien 610 und des zweiten Satzes von Linien 612. Während in gerade Linien dargestellt sind, können zusätzlich oder alternativ auch gekrümmte (oder anders geformte) Linien aus dem farbstoffbasierten Polymer verwendet werden. Es wird deutlich, dass zwar zeigt, wie das Polymer auf Farbstoffbasis auf die Oberflächen des Substrats 106 aufgebracht wird, dies aber nur ein Beispiel ist. Ausführungsformen, bei denen das Polymer auf Farbstoffbasis in einem Moire-Muster abgeschieden wird, sind nicht auf Ausführungsformen beschränkt, bei denen das Substrat 106 im optischen Modul vorhanden ist, und sind auch auf Ausführungsformen anwendbar, bei denen das Substrat 106 im optischen Modul vorhanden ist.
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Das Polymer auf Farbstoffbasis kann in einem beugenden Muster aufgebracht werden, wie in dargestellt. zeigt eine Vorderansicht der Maskenschicht 108, wobei Bereiche 614 des farbstoffbasierten Polymers sichtbares Licht durchlassen und Wellenlängen des infraroten Lichts in einem oder mehreren blockierenden Wellenlängenbändern blockieren, das auf die Oberseite der Maskenschicht 108 fällt, und Lücken 616 zwischen den Bereichen 614 sowohl für sichtbares als auch für infrarotes Licht transparent sind.
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Die Ausführungsformen sind nicht darauf beschränkt, dass die Maskenschicht 108 ein Polymer auf Farbstoffbasis umfasst. In alternativen Ausführungsformen umfasst die Maskenschicht 108 eine Vielzahl von Komponenten, die elektronisch gesteuert werden können, um sichtbares Licht durchzulassen und Wellenlängen von Infrarotlicht in einem oder mehreren blockierenden Wellenlängenbändern zu blockieren, das auf die obere Oberfläche der Maskenschicht 108 fällt (und Infrarotlicht mit Wellenlängen außerhalb des einen oder der mehreren blockierenden Wellenlängenbänder durchzulassen). Die mehreren Komponenten werden von einer Verarbeitungseinheit gesteuert, um ähnliche Muster wie in den zu erzeugen, indem Spannungssignale an ausgewählte Komponenten geliefert werden. Bei den mehreren Bauteilen kann es sich um Vanadiumoxid-Transistoren (z. B. Vanadiumdioxid-Transistoren (VO2)) handeln, es können jedoch auch andere elektronische Bauteile mit diesen Eigenschaften verwendet werden.
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Das oben beschriebene optische Modul kann in ein Computergerät eingebaut werden, wie in dargestellt.
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zeigt ein Computergerät 700, das das optische Modul gemäß einer der hier beschriebenen Ausführungsformen umfasst.
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Das Computergerät 700 kann ein mobiles Computergerät sein, z. B. ein Smartphone, ein Tablet, ein Laptop, ein Spielgerät usw. Das Computergerät 700 kann ein tragbares Gerät sein (z. B. eine Smartwatch oder ein Armband). Das Computergerät 700 kann ein Anzeigegerät sein. Es versteht sich von selbst, dass das optische Modul 100 gemäß einer der hier beschriebenen Ausführungsformen auch in andere, hier nicht erwähnte Arten von Computergeräten eingebaut werden kann.
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Die Datenverarbeitungsanlage 700 umfasst einen oder mehrere optische Sender 702 und das optische Modul gemäß einer der hier beschriebenen Ausführungsformen.
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Der optische Sender 702 kann aus einer oder mehreren Leuchtdioden (LEDs), Lasern oder anderen Vorrichtungen bestehen. In einigen Ausführungsformen besteht der optische Sender 702 aus einem oder mehreren oberflächenemittierenden Lasern mit vertikalem Hohlraum (VCSELs). Der optische Sender 702 ist so konfiguriert, dass er Infrarotlicht, z. B. Nahinfrarotstrahlung, aussendet. Der optische Sender 702 kann so konfiguriert sein, dass er nur infrarotes Licht emittiert. In anderen Ausführungsformen kann der optische Sender 702 so konfiguriert sein, dass er zusätzlich Licht mit einer Wellenlänge außerhalb des Infrarot-Wellenlängenbereichs aussendet.
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Der optische Sender 702 ist so konfiguriert, dass er Infrarotlicht mit Wellenlängen in einem Infrarot-Emissionsband emittiert, und die Maskenschicht 108 ist so konfiguriert, dass sie die Wellenlängen des Infrarotlichts in diesem Emissionsband blockiert. Das heißt, das der Maskenschicht 108 zugeordnete Sperrwellenlängenband entspricht dem Infrarot-Emissionsband des optischen Strahlers 702.
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Die hier erwähnten Infrarot-Komponenten (z. B. die infrarotlichtempfindlichen Elemente der Bildsensorschicht 102 und/oder des optischen Senders 702) können mit einer Beschichtung versehen sein, die Infrarotlicht durchlässt, aber im sichtbaren Wellenlängenbereich stark absorbierend ist. Das heißt, die Beschichtung blockiert sichtbares Licht. Insbesondere kann die Beschichtung eine zugehörige Grenzwellenlänge von 650-850 nm haben, die nur Licht mit einer Wellenlänge oberhalb der Grenzwellenlänge durchlässt. Bei der Beschichtung kann es sich um eine Tintenbeschichtung handeln. Diese Beschichtung verbessert das visuelle Erscheinungsbild der Infrarot-Komponenten, da die Infrarot-Komponenten eher dunkelgrau und nicht tiefschwarz sind, wie es bei einem Bildschirmhintergrund wünschenswert wäre. Die Beschichtung der Infrarot-Komponenten lässt die IR-Komponenten im sichtbaren Bereich tiefschwarz erscheinen, während sie ihre Funktion im IR-Bereich nicht beeinträchtigt.
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Der Fachmann wird verstehen, dass in der vorstehenden Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen Positionsbegriffe wie „oben“, „entlang“, „seitlich“ usw. unter Bezugnahme auf konzeptionelle Abbildungen, wie sie in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind, verwendet werden. Diese Begriffe werden der Einfachheit halber verwendet, sind aber nicht als einschränkend zu verstehen. Diese Begriffe sind daher so zu verstehen, dass sie sich auf ein Objekt beziehen, wenn es sich in einer Ausrichtung befindet, wie sie in den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist.
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Obwohl die Offenbarung in Form von bevorzugten Ausführungsformen, wie oben dargelegt, beschrieben wurde, ist es zu verstehen, dass diese Ausführungsformen nur zur Veranschaulichung dienen und dass die Ansprüche nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt sind. Der Fachmann kann im Hinblick auf die Offenbarung Modifikationen und Alternativen vornehmen, die in den Anwendungsbereich der beigefügten Ansprüche fallen. Jedes Merkmal, das in der vorliegenden Beschreibung offenbart oder dargestellt ist, kann in jede beliebige Ausführungsform eingebaut werden, sei es allein oder in geeigneter Kombination mit jedem anderen hier offengelegten oder dargestellten Merkmal.
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Liste der Referenznummern:
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- 100
- optisches Modul
- 102
- Bildsensorschicht
- 104
- Anzeige
- 106
- Substrat
- 108
- Maskenschicht
- 200
- optisches Modul
- 300
- optisches Modul
- 400
- optisches Modul
- 402
- integrierte optische Schicht
- 500
- optisches Modul
- 602
- Polymer auf Farbstoffbasis
- 604
- Lücken
- 606
- Pixel aus farbstoffbasiertem Polymer
- 608
- Lücken
- 610
- Erster Satz von Linien aus farbstoffbasiertem Polymer
- 612
- zweite Reihe von Linien aus farbstoffhaltigem Polymer
- 614
- Polymer auf Farbstoffbasis
- 616
- Lücken
- 700
- Datenverarbeitungsgerät
- 702
- optischer Strahler
