TWI617825B - 可操作用於距離測量之光電模組 - Google Patents

可操作用於距離測量之光電模組 Download PDF

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TWI617825B
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珍斯 吉傑
彼德 羅恩根
馬克斯 羅絲
詹姆斯 艾勒特森
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海特根微光學公司
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Abstract

本發明闡述各種光電模組，該等光電模組包含：一發射器，其可操作以產生光(例如，處於可見或非可見範圍中之電磁輻射)；一發射器光學總成，其與該發射器對準以便用由該發射器產生之光照射該模組外部之一物件；一偵測器，其可操作以偵測由該發射器產生之處於一或多個波長之光；及一偵測器光學總成，其與該偵測器對準以便朝向該偵測器引導由該物件反射之光。在某些實施方案中，該等模組包含用於使該偵測器之線性光電流回應擴展或移位之特徵。

Description

可操作用於距離測量之光電模組 相關申請案交叉參考
本申請案主張對2015年6月3日提出申請之美國臨時專利申請案第62/170,412號之優先權權益，該臨時專利申請案之揭示內容之全文併入本文中。
本發明係關於可操作以擷取距離資料之光電模組。
可操作以擷取距離資料(例如，一物件距光電模組之距離)之光電模組可採用發射器及偵測器。由發射器產生且由物件反射之光可由偵測器偵測。偵測器之回應(亦即，光電流回應)可與距物件之一距離相關。針對某些距離範圍，光電流回應趨向於相對於距離係線性的。光電流回應之線性區域可為自其導出準確精確距離資料之理想範圍。此外，光電流回應之線性區域可相對於發射器、偵測器效率及/或物件反射率之變化係穩健的。因此，增加如上文所闡述光電流回應針對其係線性之距離範圍將係一優點。此外，線性區帶可並非開始於一零距離位置處。然而，在某些例項中，使線性區帶移位使得其開始於一零距離位置處可為有利的。舉例而言，當使光電流回應之線性區域朝向較接近於一零距離之一位置移位時，可在一較接近距離處以較大準確度、精確度測量、判定較小距離(亦即，可操作以擷取距離資料之一 光電模組與一物件之間的距離)。仍在其他例項中，使線性區帶移位使得其開始於尤其大的距離處可為有利的。
本發明闡述用於使一光電模組中之一偵測器之線性光電流回應擴展或移位之各種實施方案。
舉例而言，在一項態樣中，闡述各種光電模組，該等光電模組包含：一發射器，其用以產生光(例如，處於可見或非可見範圍中之電磁輻射)；一發射器光學總成，其與該發射器對準以便用由該發射器產生之光照射該模組外部之一物件；一偵測器，其用以偵測由該發射器產生之處於一或多個波長之光；及一偵測器光學總成，其與該偵測器對準以便朝向該偵測器引導由該物件反射之光。該等模組包含可操作以使該偵測器之線性光電流回應擴展或移位之組件。
根據某些實施方案，該發射器光學總成包含一歪像透鏡元件。在某些例項中，該歪像透鏡元件使一發射器視域朝向該偵測器傾斜。此外，在某些情形中，該物件上之照射之一強度橫向變化。
根據其他實施方案，該發射器光學總成包含一繞射透鏡元件。在某些例項中，該物件上之該照射顯現為離散照射特徵。此外，在某些情形中，該等離散照射特徵中之每一者在由該偵測器偵測時產生一各別步階式光電流回應。在某些實施方案中，該等離散照射特徵中之每一者具有與其他離散照射特徵相同之一尺寸。另一方面，在某些實施方案中，該等離散照射特徵中之每一者或該等離散照射特徵之各別子集可具有不同於該等離散照射特徵中之其他者之一尺寸。此外，在某些例項中，該等離散照射特徵中之每一者或該等離散照射特徵之各別子集具有不同於該等離散照射特徵中之其他者之一強度。該物件上之該照射可採取(舉例而言)若干幾何形狀或一系列形狀之形式。
根據一進一步實施方案，該光電模組包含至少安置於該發射器 光學總成上方之一濾光器。在某些情形中，該濾光器係安置於該發射器光學總成上方以及該偵測器光學總成上方之一光譜濾光器。該光譜濾光器可安置於(舉例而言)該發射器光學總成及該偵測器光學總成上方之一蓋玻璃上。
根據另一實施方案，該發射器光學總成包含一漫射器。
根據另一態樣，一種光電模組包含用以產生光之多個發射器。該等發射器中之一第一者可操作以經啟動以用於偵測距該模組一第一距離範圍處之物件，且該等發射器中之一第二者可操作以經啟動以用於偵測距該模組一第二距離範圍處之該物件。在某些例項中，該等發射器可操作以順序地啟動。此外，在某些情形中，該等發射器產生彼此不同之波長之光。
根據仍另一態樣，一種光電模組可以一第一模式及以一第二模式操作。在該第一模式中，一發射器視域與一偵測器視域之橫向重疊之一增加導致自該物件反射且由該偵測器收集之光之強度之一增加，且該偵測器之一光電流回應與該光電模組和該物件之間的一距離相關。在該第二模式中，該偵測器基於自該物件反射之光而偵測一相移，該相移與該光電模組和該物件之間的一距離相關。在某些情形中，當該模組和該物件之間的該距離與該偵測器之光電流回應之一線性區域相關時，該模組以該第一模式操作。舉例而言，當該模組和該物件之間的該距離與該偵測器之光電流回應之一非線性區域相關時，該模組可經啟動而以該第二模式操作。
依據以下詳細說明、附圖及申請專利範圍，將容易明瞭其他態樣、特徵及優點。
100‧‧‧光電模組
101‧‧‧發射器
102‧‧‧偵測器
103‧‧‧基板
104‧‧‧間隔件
105‧‧‧發射器光學總成/光學總成
106‧‧‧偵測器光學總成/光學總成
107‧‧‧擋板
110‧‧‧物件
111‧‧‧發射器視域
112‧‧‧照射
113‧‧‧偵測器視域
114‧‧‧重疊區域
115‧‧‧橫向重疊
300‧‧‧光電模組
301‧‧‧發射器
302‧‧‧偵測器
303‧‧‧基板
304‧‧‧間隔件
305‧‧‧發射器光學總成/光學總成
306‧‧‧偵測器光學總成/光學總成
307‧‧‧擋板
310‧‧‧物件
311‧‧‧發射器視域
312‧‧‧照射
312A‧‧‧離散照射特徵/照射特徵
312B‧‧‧離散照射特徵/照射特徵
312C‧‧‧離散照射特徵/照射特徵
312D‧‧‧離散照射特徵/照射特徵
313‧‧‧偵測器視域
314‧‧‧重疊區域
315‧‧‧橫向重疊
400‧‧‧光電模組
401‧‧‧發射器
402‧‧‧偵測器
403‧‧‧基板
404‧‧‧間隔件
405‧‧‧發射器光學總成/光學總成
406‧‧‧偵測器光學總成/光學總成
407‧‧‧擋板
410‧‧‧物件
411‧‧‧發射器視域
412‧‧‧照射
413‧‧‧偵測器視域
414‧‧‧重疊區域
415‧‧‧橫向重疊
500‧‧‧光電模組
500C‧‧‧光電模組
500D‧‧‧光電模組
501A‧‧‧第一光源/第一發射器/發射器
501B‧‧‧第二光源/第二發射器/發射器
502‧‧‧偵測器
503‧‧‧基板
504‧‧‧間隔件
505‧‧‧發射器光學總成/光學總成
505A‧‧‧第一光學區域
505B‧‧‧第二光學區域
506‧‧‧偵測器光學總成/光學總成
507‧‧‧擋板
510‧‧‧物件
511A‧‧‧第一發射器視域
511B‧‧‧第二發射器視域
512A‧‧‧第一照射
512B‧‧‧第二照射
513‧‧‧偵測器視域
514‧‧‧重疊區域
515‧‧‧橫向重疊
600‧‧‧光電模組
601‧‧‧發射器
602‧‧‧偵測器
603‧‧‧基板
604‧‧‧間隔件
605‧‧‧發射器光學總成/光學總成
606‧‧‧偵測器光學總成/光學總成
607‧‧‧光學總成外殼
608‧‧‧蓋玻璃
609‧‧‧光圈
610‧‧‧物件
611‧‧‧發射器視域
612‧‧‧照射
613‧‧‧偵測器視域
614‧‧‧重疊區域
616‧‧‧光譜濾光器
700‧‧‧光電模組
701‧‧‧發射器
702‧‧‧偵測器
703‧‧‧基板
704‧‧‧間隔件
705‧‧‧發射器光學總成/光學總成
706‧‧‧偵測器光學總成/光學總成
710‧‧‧物件
711‧‧‧發射器視域/視域
712‧‧‧照射
713‧‧‧偵測器視域
800‧‧‧光電模組
801‧‧‧發射器
802‧‧‧偵測器
803‧‧‧基板
804‧‧‧間隔件
805‧‧‧發射器光學總成/光學總成
806‧‧‧偵測器光學總成/光學總成
810‧‧‧物件
811‧‧‧發射器視域
812‧‧‧照射
813‧‧‧偵測器視域
814‧‧‧重疊區域
815‧‧‧橫向重疊
816‧‧‧濾光器
A1‧‧‧區
A2‧‧‧區
A3‧‧‧區
d‧‧‧特定尺寸/尺寸
l‧‧‧距離
P‧‧‧點劃線
T1‧‧‧溫度
T2‧‧‧溫度
T3‧‧‧溫度
z‧‧‧距離/物件距離/第三距離
圖1A繪示可操作用於距離測量之一光電模組。圖1B繪示光電流回應相對於目標距離之一範圍之一實例性曲線圖。
圖2A及圖2B繪示具有一歪像發射器光學總成之一光電模組。
圖3A及圖3B繪示具有一繞射發射器光學總成之一光電模組。圖3C及圖3D繪示由繞射發射器光學總成產生之實例性照射特徵。
圖4A及圖4B繪示處於一第一操作模式中之具有一經調變光源及一解調變像素之一光電模組。圖4C繪示處於一第二操作模式中之光電模組。
圖5A至圖5D繪示具有由多個光源組成之發射器之光電模組。
圖6A及圖6B繪示可操作以擷取距離資料之一光電模組之額外實施方案。
圖7A繪示具有一漫射器之一光電模組。圖7B繪示光電流回應相對於目標距離之一範圍之一實例性曲線圖。
圖8A繪示針對利用在三個不同溫度下操作之一濾光器實施之一光電模組之發射強度對發射波長之一實例性曲線圖。圖8B繪示具有一濾光器之一光電模組。
圖1A繪示可操作以擷取距離資料之一光電模組100。光電模組100包含安裝於一基板103(諸如PCB玻璃纖維疊層及/或矽)上或整合至該基板中之一發射器101(諸如一發光二極體、邊緣發射雷射(EEL)、垂直腔表面發射雷射(VCSEL)或者前述內容中之任一者之一陣列或組合)及一偵測器102(諸如一光電二極體、強度像素、解調變像素或者前述內容中之任一者之一陣列或組合)。發射器101可經組態以產生可稱為「光」之任何波長或波長範圍之電磁輻射(例如，可見或非可見輻射，諸如近紅外線、中紅外線或遠紅外線輻射)。此外，發射器101可經組態以產生經調變光。此外，偵測器102可經組態以偵測任何波長或波長範圍之電磁輻射(例如，可見或非可見輻射，諸如近紅外線、中紅外線或遠紅外線輻射)。
發射器101及偵測器102可由一間隔件104橫向環繞。間隔件104對於由發射器101發射及/或可由偵測器102偵測之光波長係實質上非透明的。間隔件104可由(舉例而言)一可固化聚合材料(諸如環氧樹脂)經由射出成型、真空射出成型或其他複製程序來製造，且可進一步含有實質上非透明填充物及/或低熱膨脹填充物(諸如碳黑及/或無機填充物)。此外，間隔件104可由一實質上非透明晶圓(諸如一PCB玻璃纖維疊層)製造。
光電模組100進一步包含與發射器101對準之一發射器光學總成105及與偵測器102對準之一偵測器光學總成106。每一光學總成105、106可包含以下光學元件中之任一者或組合：一繞射光柵、一微透鏡陣列、一透鏡、一歪像透鏡、一稜鏡、一微稜鏡陣列、一繞射光學元件或者複數個前述內容中之任一者或其各別組合。光學總成105、106內之光學元件可由一可固化聚合材料(諸如環氧樹脂)經由射出成型、真空射出成型或其他複製程序來製造。
每一光學總成105、106可進一步包含光圈、濾光器、間隔件、對準特徵及與其各別功能有關之其他組件。光學總成105、106可安裝至間隔件104或整合於該間隔件內。光電模組100可進一步包含一擋板107。擋板107亦可對於由發射器101發射及/或可由偵測器102偵測之光波長係實質上非透明的。擋板107可由(舉例而言)一可固化聚合材料(諸如環氧樹脂)經由射出成型、真空射出成型或其他複製程序來製造，且可進一步含有實質上非透明填充物及/或低熱膨脹填充物(諸如碳黑及/或無機填充物)。此外，擋板107可由一實質上非透明晶圓(諸如一PCB玻璃纖維疊層)製造。在某些實施方案中，擋板107可減輕雜散光之有害效應。此外，擋板107可組態有實質上防止雜散光射到偵測器上同時仍分別允許最佳發射器FOV 111、偵測器FOV 113之尺寸(例如，高度、厚度)。
圖1A進一步繪示以一距離z毗鄰於光電模組100之一物件110(諸如一人或一人之一附屬物)。自發射器101發出且透射穿過發射器光學總成105之光符合一發射器視域(FOV)111。此外，符合發射器FOV 111且入射於物件110上之光描繪一照射112。自物件110反射之光可經由一偵測器FOV 113內之偵測器光學總成106而由偵測器102偵測。發射器FOV 111與偵測器FOV 113重疊之區域描繪一重疊區域114。重疊區域114之橫向程度界定一橫向重疊115。在某些實施方案中，自橫向重疊115反射且引導至偵測器102之光可用於判定距離。舉例而言，物件距離z之一增加產生重疊區域114之一對應增加及橫向重疊115之一對應增加。橫向重疊115之一增加可導致自物件110反射且由偵測器102收集之光之強度之一增加。相對於距離之一範圍之一偵測器102光電流回應可與光電模組100和物件110之間的距離z相關。
圖1B繪示偵測器102光電流回應相對於光電模組100與物件110之間的距離z之一範圍之一實例性曲線圖。此實例性曲線圖中存在約三個區帶：針對介於約0mm與1.0mm之間的距離z發生之一第一區帶、針對介於約1.0mm與2.0mm之間的距離z發生之一第二區帶及針對大於2.0mm之距離z發生之一第三區帶。在其他實例中，該等區帶可發生於不同距離z處。此外在其他實例中，可發生不同數目個區帶。在所圖解說明之實例中，第一區帶及第二區帶展現光電流相對於距離z之一各別非線性及線性增加。此外，第三區帶展現光電流相對於距離z之一非線性降低。在某些實施方案中，由區帶二展現之光電流回應、具體而言相對於距離z之一線性回應對於擷取距離資料而言可為尤其有利的。
經組態以產生一線性回應(如第二區帶中)之一光電模組可以經改良準確度測量距離資料。舉例而言，經由相同組裝/製造程序產生之光電模組固有地經受尺寸變化(例如，由組裝公差產生)。尺寸變化可 導致圖1B中所繪示之曲線圖之一左右移位。此外，光電模組之其他變化(例如，發射器101及/或偵測器102效率之變化)可導致圖1B中所繪示之曲線圖之一上下移位。仍進一步，物件特性之變化(例如，物件之反射率)可進一步導致圖1B中所繪示之曲線圖之一上下移位。前述變化中之某些變化(例如，尺寸變化及/或發射器及/或偵測器效率之變化)可利用一校準程序來減輕；然而，其他差異(諸如物件反射率之差異)不可容易地利用一校準程序來減輕。然而，第二區帶(上文所闡述之線性區帶)內之距離(特定而言，相對距離改變)係以特定準確度進行測量，而不管(例如)物件110之反射率如何。因此，所闡述之諸多實施方案利用線性區帶及/或使該線性區帶擴展及/或移位以用於以經改良準確度之距離測量。
圖2A繪示可操作以擷取距離資料之一光電模組200。光電模組200包含安裝於一基板203(諸如PCB玻璃纖維疊層及/或矽)上或整合至該基板中之一發射器201(諸如一發光二極體、邊緣發射雷射(EEL)、垂直腔表面發射雷射(VCSEL)或者前述內容中之任一者之一陣列或組合)及一偵測器202(諸如一光電二極體、強度像素、解調變像素或者前述內容中之任一者之一陣列或組合)。發射器201可經組態以產生任何波長或波長範圍之電磁輻射(例如，可見或非可見輻射，諸如近紅外線、中紅外線或遠紅外線輻射)。此外，發射器201可經組態以產生經調變光。此外，偵測器202可經組態以偵測任何波長或波長範圍之電磁輻射(例如，可見或非可見輻射，諸如近紅外線、中紅外線或遠紅外線輻射)。
發射器201及偵測器202可由一間隔件204橫向環繞。間隔件204對於由發射器201發射及/或可由偵測器202偵測之光波長係實質上非透明的。間隔件204可由(舉例而言)一可固化聚合材料(諸如環氧樹脂)經由射出成型、真空射出成型或其他複製程序來製造，且可進一步含 有實質上非透明填充物及/或低熱膨脹填充物(諸如碳黑及/或無機填充物)。此外，間隔件204可由一實質上非透明晶圓(諸如一PCB玻璃纖維疊層)製造。
光電模組200進一步包含與發射器201對準之一發射器光學總成205及與偵測器202對準之一偵測器光學總成206。每一光學總成205、206可包含以下光學元件中之任一者或組合：一繞射光柵、一微透鏡陣列、一透鏡、一歪像透鏡、一稜鏡、一微稜鏡陣列、一繞射光學元件或者複數個前述內容中之任一者或其各別組合。光學總成205、206內之光學元件可由(舉例而言)一可固化聚合材料(諸如環氧樹脂)經由射出成型、真空射出成型或其他複製程序來製造。
每一光學總成205、206可進一步包含光圈、光譜濾光器、間隔件、對準特徵及與其各別功能有關之其他組件。光學總成205、206可安裝或整合於間隔件204內。光電模組200可進一步包含一擋板207。擋板207對於由發射器201發射及/或可由偵測器202偵測之光波長係實質上非透明的。擋板207可由一可固化聚合材料(諸如環氧樹脂)經由射出成型、真空射出成型或其他複製程序來製造，且可進一步含有實質上非透明填充物及/或低熱膨脹填充物(諸如碳黑及/或無機填充物)。此外，擋板207可由一實質上非透明晶圓(諸如一PCB玻璃纖維疊層)製造。在某些實施方案中，擋板207可減輕雜散光之有害效應。此外，擋板207可組態有實質上防止雜散光射到偵測器上同時仍分別允許最佳發射器FOV 211、偵測器FOV 213之尺寸(例如，高度、厚度)。
圖2A進一步繪示以一距離z毗鄰於光電模組200之一物件210(諸如一人或一人之一附屬物)。自發射器久且透射穿過發射器光學總成205之光符合一發射器FOV 211。此外，符合發射器FOV 211且入射於物件210上之光描繪一照射212。自物件210反射之光可經由一偵測器 FOV 213內之偵測器光學總成206而由偵測器202偵測。發射器FOV 211與偵測器FOV 213重疊之區域描繪一重疊區域214。重疊區域214之橫向程度界定一橫向重疊215。在某些實施方案中，自橫向重疊215反射且引導至偵測器202之光可用於判定距離。圖2A中所繪示之光電模組200之發射器光學總成205經繪示具有一歪像透鏡。歪像透鏡可操作以透射自發射器201發出之光。經透射光可界定照射212(或可與發射器光學總成205之其他元件一起界定照射212)。在圖2B中繪示此一照射之一實例。
圖2B繪示光電模組200，其中發射器光學總成205具有一歪像透鏡。自具有歪像透鏡之發射器光學總成205透射之光符合發射器FOV 211。在某些實施方案中(如圖2B中所繪示)，可使發射器FOV 211傾斜以便增加如上文所闡述之偵測器202之線性回應之區帶(亦即，其中產生光電流之一線性改變之距離範圍)。舉例而言，朝向偵測器202傾斜之發射器FOV 211(如圖2B中所繪示)可使線性區帶之距離z下限擴展及/或移位。亦即，經傾斜發射器FOV 211可在較短距離z處增加橫向重疊215。
仍進一步，如圖2B中所繪示，發射器光學總成205可經組態以產生照射212，其中照射212符合一特定尺寸d。舉例而言，尺寸d相對於照射212之橫向尺寸可為小的(例如，一分數)。在某些例項中，尺寸d可經組態使得以一尤其高效方式利用自發射器201發出之光。此外，照射212之強度可橫向變化，使得線性區帶擴大。仍進一步，在其他實施方案中，照射212之尺寸d及/或強度可變化以達成線性區帶之一增加及/或線性區帶之一移位(例如，較接近於一零距離位置)，及/或以一尤其高效方式對自發射器201發出之光之利用。
圖3A繪示可操作以擷取距離資料之一光電模組300。光電模組300包含安裝於一基板303(諸如PCB玻璃纖維疊層及/或矽)上或整合 至該基板中之一發射器301(諸如一發光二極體、邊緣發射雷射(EEL)、垂直腔表面發射雷射(VCSEL)或者前述內容中之任一者之一陣列或組合)及一偵測器302(諸如一光電二極體、強度像素、解調變像素或者前述內容中之任一者之一陣列或組合)。發射器301可經組態以產生任何波長或波長範圍之電磁輻射(例如，可見或非可見輻射，諸如近紅外線、中紅外線或遠紅外線輻射)。此外，發射器301可經組態以產生經調變光。此外，偵測器302可經組態以偵測任何波長或波長範圍之電磁輻射(例如，可見或非可見輻射，諸如近紅外線、中紅外線或遠紅外線輻射)。
發射器301及偵測器302可由一間隔件304橫向環繞。間隔件304對於由發射器301發射及/或可由偵測器302偵測之光波長係實質上非透明的。間隔件304可由(舉例而言)一可固化聚合材料(諸如環氧樹脂)經由射出成型、真空射出成型或其他複製程序來製造，且可進一步含有實質上非透明填充物及/或低熱膨脹填充物(諸如碳黑及/或無機填充物)。此外，間隔件304可由一實質上非透明晶圓(諸如一PCB玻璃纖維疊層)製造。
光電模組300進一步包含與發射器301對準之一發射器光學總成305及與偵測器302對準之一偵測器光學總成306。每一光學總成305、306可包含以下光學元件中之任一者或組合：一繞射光柵、一微透鏡陣列、一透鏡、一歪像透鏡、一稜鏡、一微稜鏡陣列、一繞射光學元件或者複數個前述內容中之任一者或其各別組合。光學總成305、306內之光學元件可由一可固化聚合材料(諸如環氧樹脂)經由射出成型、真空射出成型或其他複製程序來製造。
每一光學總成305、306可進一步包含光圈、光譜濾光器、間隔件、對準特徵及與其各別功能有關之其他組件。光學總成305、306可安裝或整合於間隔件304內。光電模組300可進一步包含一擋板307。 擋板307對於由發射器301發射及/或可由偵測器302偵測之光波長係實質上非透明的。擋板307可由一可固化聚合材料(諸如環氧樹脂)經由射出成型、真空射出成型或其他複製程序來製造，且可進一步含有實質上非透明填充物及/或低熱膨脹填充物(諸如碳黑及/或無機填充物)。此外，擋板307可由一實質上非透明晶圓(諸如一PCB玻璃纖維疊層)製造。在某些實施方案中，擋板307可減輕雜散光之有害效應。此外，擋板307可組態有實質上防止雜散光射到偵測器上同時仍分別允許最佳發射器FOV 311、偵測器FOV 313之尺寸(例如，高度、厚度)。
圖3A進一步繪示以一距離z毗鄰於光電模組300之一物件310(諸如一人或一人之一附屬物)。自發射器301發出且透射穿過發射器光學總成305之光符合一發射器FOV 311。此外，符合發射器FOV 311且入射於物件310上之光描繪一照射312。自物件310反射之光可經由一偵測器FOV 313內之偵測器光學總成306而由偵測器302偵測。發射器FOV 311與偵測器FOV 313重疊之區域描繪一重疊區域314。重疊區域314之橫向程度界定一橫向重疊315。在某些實施方案中，自橫向重疊315反射且引導至偵測器302之光可用於判定距離。圖3A中所繪示之光電模組300之發射器光學總成305經繪示具有一繞射透鏡元件。繞射透鏡元件可操作以透射自發射器301發出之光。經透射光可界定照射312(或可與發射器光學總成305之其他元件一起界定照射312)。在圖3A中，將照射312象徵性地表示為複數個星狀物。照射312可採取任何幾何形狀或形狀系列(諸如條、點、圓形形狀、橢圓或其各別組合)之形式。在圖3A及圖3B中繪示此一照射之一實例。照射312可由離散照射特徵312A、312B、312C及312D組成。在某些情形中，離散照射特徵可產生一步階式光電流回應，(舉例而言)其中每一步階(亦即，一臨限電流)可對應於一距離z或在z之一特定範圍內。在某些實施方案 中，一步階式光電流回應及/或離散照射特徵可避免對一校準步驟(例如，經設計以減輕(舉例而言)在晶圓層級/晶圓規模上產生之光電模組之間的發射器及/或偵測器效率之差異/變化之一校準步驟)之需要。
圖3B繪示光電模組300及處於相對於圖3A中所繪示之距離z之一不同距離z處之物件310。在此實例中，將照射312象徵性地表示為複數個星狀物(亦即，照射特徵312A至312D)。照射312可採取任何幾何形狀或形狀系列(諸如條、點、圓形形狀、橢圓或其各別組合)之形式。在此實例中，一個照射特徵312A投射至物件310上在圖3A中之重疊區域314內。兩個照射特徵312A、312B投射至物件310上在重疊區域314內。因此，橫向重疊315在圖3B中所繪示之距離z處反射之光係在圖3A中所繪示之距離z處之兩倍。照射特徵(例如，312A、312B、312C及312D)之數目、間隔、形狀、強度及尺寸可針對不同實施方案經組態使得達成線性區帶之一增加及/或線性區帶之一移位，及/或以一尤其高效方式對自發射器301發出之光之利用。
圖3C及圖3D繪示具有照射特徵312A、312B、312C及312D之不同實例之光電模組300。照射特徵312A、312B、312C及312D可符合相對於彼此之不同距離l，使得如上文所闡述之偵測器302之線性回應之區帶(亦即，其中產生光電流之一線性改變之距離範圍)增加。此外，如圖3C及圖3D中所繪示，發射器光學總成305可經組態以產生照射特徵312A、312B、312C及312D，其中照射特徵312A、312B、312C及312D符合一特定尺寸d。如圖3C中所繪示，尺寸d可針對照射特徵312A、312B、312C及312D係相同的或者如圖3D中所繪示，尺寸d可關於照射特徵312A、312B、312C及312D中之每一者或某些而係不同的，使得如上文所闡述之偵測器302之線性回應之區帶(亦即，其中產生光電流之一線性改變之距離範圍)增加或使得以一尤其高效方式利用自發射器301發出之光。此外，每一照射特徵312A、312B、 312C及312D之強度可相對於彼此係不同的，使得線性區帶擴大。仍進一步，在其他實施方案中，距離l、尺寸d兩者或照射特徵312A、312B、312C及312D之強度可變化以達成線性區帶之一增加及/或線性區帶之一移位，及/或以一尤其高效方式對自發射器301發出之光之利用中之任一者或兩者。
圖4A繪示可操作以擷取距離資料之一光電模組400。光電模組400包含安裝於一基板403(諸如PCB玻璃纖維疊層及/或矽)上或整合至該基板中之一發射器401(諸如一發光二極體、邊緣發射雷射(EEL)、垂直腔表面發射雷射(VCSEL)或者前述內容中之任一者之一陣列或組合)及一偵測器402(諸如一光電二極體、強度像素、解調變像素或者前述內容中之任一者之一陣列或組合)。發射器401可經組態以產生任何波長或波長範圍之電磁輻射(例如，可見或非可見輻射，諸如近紅外線、中紅外線或遠紅外線輻射)。此外，發射器401可經組態以產生經調變光。此外，偵測器402可經組態以偵測任何波長或波長範圍之電磁輻射(例如，可見或非可見輻射，諸如近紅外線、中紅外線或遠紅外線輻射)。
發射器401及偵測器402可由一間隔件404橫向環繞。間隔件404對於由發射器401發射及/或可由偵測器402偵測之光波長係實質上非透明的。間隔件404可由(舉例而言)一可固化聚合材料(諸如環氧樹脂)經由射出成型、真空射出成型或其他複製程序來製造，且可進一步含有實質上非透明填充物及/或低熱膨脹填充物(諸如碳黑及/或無機填充物)。此外，間隔件404可由一實質上非透明晶圓(諸如一PCB玻璃纖維疊層)製造。光電模組400進一步包含與發射器401對準之一發射器光學總成405及與偵測器402對準之一偵測器光學總成406。每一光學總成405、406可包含以下光學元件中之任一者或組合：一繞射光柵、一微透鏡陣列、一透鏡、一歪像透鏡、一稜鏡、一微稜鏡陣列、一繞射 光學元件或者複數個前述內容中之任一者或其各別組合。光學總成405、406內之光學元件可由(舉例而言)一可固化聚合材料(諸如環氧樹脂)經由射出成型、真空射出成型或其他複製程序來製造。
每一光學總成405、406可進一步包含光圈、光譜濾光器、間隔件、對準特徵及與其各別功能有關之其他組件。光學總成405、406可安裝或整合於間隔件404內。光電模組400可進一步包含一擋板407。擋板407對於由發射器401發射及/或可由偵測器402偵測之光波長係實質上非透明的。擋板407可由一可固化聚合材料(諸如環氧樹脂)經由射出成型、真空射出成型或其他複製程序來製造，且可進一步含有實質上非透明填充物及/或低熱膨脹填充物(諸如碳黑及/或無機填充物)。此外，擋板407可由一實質上非透明晶圓(諸如一PCB玻璃纖維疊層)製造。在某些實施方案中，擋板407可減輕雜散光之有害效應。此外，擋板407可組態有實質上防止雜散光射到偵測器上同時仍分別允許最佳發射器FOV 411、偵測器FOV 413之尺寸(例如，高度、厚度)。
圖4A進一步繪示以一距離z毗鄰於光電模組400之一物件410(諸如一人或一人之一附屬物)。自發射器401發出且透射穿過發射器光學總成405之光符合一發射器FOV 411。此外，符合發射器FOV 411且入射於物件410上之光描繪一照射412。自物件410反射之光可經由一偵測器FOV 413內之偵測器光學總成406而由偵測器402偵測。發射器FOV 411與偵測器FOV 413重疊之區域描繪一重疊區域414。重疊區域414之橫向程度界定一橫向重疊415。在某些實施方案中，自橫向重疊415反射且引導至偵測器402之光可用於判定距離。在此實例中，將光電模組400之發射器401繪示為一經調變光源(諸如用於飛行時間(time of flight)之一源)，且將光電模組400之偵測器402繪示為一解調變感測器(諸如用於飛行時間之一感測器)。
光電模組400可在兩種操作模式中使用。在一第一操作模式中，光電模組400可如上文所闡述而擷取距離資料；亦即，橫向重疊415之一增加可導致自物件410反射且由偵測器402收集之光之強度之一增加。相對於距離之一範圍之一偵測器402光電流回應可與光電模組400和物件410之間的距離z相關。在圖4A及圖4B中繪示前述內容之一實例，其中當距離z增加(圖4A至圖4B)時，重疊區域414及橫向重疊415增加(自圖4A至圖4B)。在此實施方案中，偵測器402(其在此實例中實施為一解調變感測器)可以一強度敏感模式操作。亦即，可如上文所闡述使用自物件410反射且引導至偵測器402之光之強度來判定距離。
在一第二操作模式中，光電模組400可經由一飛行時間技術擷取距離資料。亦即，自發射器401發出、入射於物件410上且反射至偵測器402(例如，一解調變感測器)之經調變光(在此實例中)經歷一相移。相移可由偵測器402偵測及記錄且可與距離z相關。第二操作模式可在上文所闡述之線性區帶之外啟動；亦即，在界定線性區帶之下極值及上極值之特定距離z之外。
舉例而言，圖4C繪示處於在界定線性區帶之下極值及上極值之距離z之外的一第三距離z(例如，大於圖4A及圖4B中所繪示之距離)處之光電模組400。在此實例中，重疊區域414足夠大使得入射於物件上之照射412與橫向重疊415係實質上相等的。在其中入射於物件上之照射412與橫向重疊415實質上相等之距離z處，可藉由第二操作模式而擷取距離資料。在某些實施方案中，第二操作模式可在上文所闡述之線性區帶之外啟動，而在其他實施方案中，第二操作模式可在上文所闡述之線性區帶之內啟動(例如，以用於校準)。在此實例中，發射器401及偵測器402分別實施為一經調變光源及一解調變感測器。然而，在其他實施方案中，發射器401及偵測器402可經組態以經由脈衝 飛行時間或其他距離擷取技術判定距離z。
圖5A繪示可操作以擷取距離資料之一光電模組500。光電模組500包含安裝於一基板503(諸如PCB玻璃纖維疊層及/或矽)上或整合至該基板中之一發射器501(諸如一發光二極體、邊緣發射雷射(EEL)、垂直腔表面發射雷射(VCSEL)或者前述內容中之任一者之一陣列或組合)及一偵測器502(諸如一光電二極體、強度像素、解調變像素或者前述內容中之任一者之一陣列或組合)。發射器501可經組態以產生任何波長或波長範圍之電磁輻射(例如，可見或非可見輻射，諸如近紅外線、中紅外線或遠紅外線輻射)。此外，發射器501可經組態以產生經調變光。此外，偵測器502可經組態以偵測任何波長或波長範圍之電磁輻射(例如，可見或非可見輻射，諸如近紅外線、中紅外線或遠紅外線輻射)。
發射器501及偵測器502可由一間隔件504橫向環繞。間隔件504對於由發射器501發射及/或可由偵測器502偵測之光波長係實質上非透明的。間隔件504可由一可固化聚合材料(諸如環氧樹脂)經由射出成型、真空射出成型或其他複製程序來製造，且可進一步含有實質上非透明填充物及/或低熱膨脹填充物(諸如碳黑及/或無機填充物)。此外，間隔件504可由一實質上非透明晶圓(諸如一PCB玻璃纖維疊層)製造。光電模組500進一步包含與發射器501對準之一發射器光學總成505及與偵測器502對準之一偵測器光學總成506。每一光學總成505、506可包含以下光學元件中之任一者或組合：一繞射光柵、一微透鏡陣列、一透鏡、一歪像透鏡、一稜鏡、一微稜鏡陣列、一繞射光學元件或者複數個前述內容中之任一者或其各別組合。光學總成505、506內之光學元件可由(舉例而言)一可固化聚合材料(諸如環氧樹脂)經由射出成型、真空射出成型或其他複製程序來製造。
每一光學總成505、506可進一步包含光圈、光譜濾光器、間隔 件、對準特徵及與其各別功能有關之其他組件。光學總成505、506可安裝或整合於間隔件504內。光電模組500可進一步包含一擋板507。擋板507對於由發射器501發射及/或可由偵測器502偵測之光波長係實質上非透明的。擋板507可由一可固化聚合材料(諸如環氧樹脂)經由射出成型、真空射出成型或其他複製程序來製造，且可進一步含有實質上非透明填充物及/或低熱膨脹填充物(諸如碳黑及/或無機填充物)。此外，擋板507可由一實質上非透明晶圓(諸如一PCB玻璃纖維疊層)製造。在某些實施方案中，擋板507可減輕雜散光之有害效應。此外，擋板507可組態有實質上防止雜散光射到偵測器上同時仍分別允許最佳發射器FOV 511、偵測器FOV 513之尺寸(例如，高度、厚度)。
圖5A進一步繪示以一距離z毗鄰於光電模組500之一物件510(諸如一人或一人之一附屬物)。光電模組500包含由第一光源501A及第二光源501B組成之一發射器501。光電模組500進一步包含由第一光學區域505A及第二光學區域505B組成之一發射器光學總成505。自501A產生之光可透射穿過發射器光學總成505之505A。經透射光符合一第一發射器FOV 511A。此外，符合第一發射器FOV 511A且入射於物件510上之光描繪一第一照射512A。此外，自501B產生之光可透射穿過發射器光學總成505之505B。經透射光符合一第二發射器FOV 511B。此外，符合第二發射器FOV 511B且入射於物件510上之光描繪一第二照射512B。
自物件510反射之光可經由一偵測器FOV 513內之偵測器光學總成506而由偵測器502偵測。第一發射器FOV 511A及/或第二發射器FOV 511B與偵測器FOV 513重疊之區域描繪一重疊區域514。重疊區域514之橫向程度界定一橫向重疊515。在某些實施方案中，自橫向重疊515反射且引導至偵測器502之光可用於判定距離。舉例而言，物件 距離z之一增加產生重疊區域514之一對應增加及橫向重疊515之一對應增加。橫向重疊515之一增加可導致自物件510反射且由偵測器502收集之光之強度之一增加。相對於距離之一範圍之一偵測器502光電流回應可與光電模組500和物件510之間的距離z相關。發射器501可操作以順序地自第一發射器501A及第二發射器501B發射光。舉例而言，在某些情形中，在其中第一發射器501A及第二發射器501B兩者產生相同波長之光之實施方案中，上文所闡述之線性區帶可藉由第一發射器501A及第二發射器501B之順序操作而增加。在圖5A及圖5B中繪示此實例性實施方案。第一發射器501A針對一z或z之範圍發射光，而圖5B中所繪示之第二發射器501B針對另一z或z之範圍發射光。
圖5C繪示具有由第一發射器501A及第二發射器501B組成之一發射器501之一光電模組500C之一實例。在此實例中，第一發射器501A及第二發射器501B經組態以產生不同波長之光。光電模組500進一步包含由第一光學區域505A及第二光學區域505B組成之一發射器光學總成505。自501A產生之光可透射穿過發射器光學總成505之505A。經透射光符合一第一發射器FOV 511A。此外，符合第一發射器FOV 511A且入射於物件510上之光描繪一第一照射512A。此外，自501B產生之光可透射穿過發射器光學總成505之505B。經透射光符合一第二發射器FOV 511B。此外，符合第二發射器FOV 511B且入射於物件510上之光描繪一第二照射512B。
如上文所解釋，自物件510反射之光可經由一偵測器FOV 513內之偵測器光學總成506而由偵測器502偵測。偵測器502可經組態以偵測由第一發射器501A及第二發射器501B產生之不同波長之光並在該等不同波長之光之間進行區分。舉例而言，偵測器502可實施為一雙接面光電二極體。在某些例項中，發射器501A、501B可順序地操作，而在其他例項中，發射器501A、501B可同時操作。圖5C中所繪 示之實例性光電模組500C可操作使得上文所闡述之光電流回應之線性區帶增加。
圖5D繪示具有由第一發射器501A及第二發射器501B組成之一發射器501之一光電模組500D之一實例。在此實例中，第一發射器501A及第二發射器501B經組態以產生不同波長之光。光電模組500進一步包含一發射器光學總成505。自501A產生之光可透射穿過發射器光學總成505。經透射光符合一第一發射器FOV 511A。此外，符合第一發射器FOV 511A且入射於物件510上之光描繪一第一照射512A。此外，自第二發射器501B產生之光可透射穿過發射器光學總成505。經透射光符合一第二發射器FOV 511B。此外，符合第二發射器FOV 511B且入射於物件510上之光描繪一第二照射512B。在圖5D中所繪示之實例中，第一發射器FOV 511A及第二發射器FOV 511B係實質上相同的。
如上文所闡述，自物件510反射之光可經由一偵測器FOV 513內之偵測器光學總成506而由偵測器502偵測。偵測器502可經組態以偵測由第一發射器501A及第二發射器501B產生之不同波長之光並在該等不同波長之光之間進行區分。舉例而言，偵測器502可實施為一雙接面光電二極體。在某些例項中，發射器501A、501B可順序地操作，而在其他例項中，發射器501A、501B可同時操作。圖5D中所繪示之實例性光電模組500D可操作使得上文所闡述之光電流回應之線性區帶增加。
圖6A繪示可操作以擷取距離資料之一光電模組600。光電模組600包含安裝於一基板603(諸如PCB玻璃纖維疊層及/或矽)上或整合至該基板中之一發射器601(諸如一發光二極體、邊緣發射雷射(EEL)、垂直腔表面發射雷射(VCSEL)或者前述內容中之任一者之一陣列或組合)及一偵測器602(諸如一光電二極體、強度像素、解調變像素或者前述內容中之任一者之一陣列或組合)。發射器601可經組態 以產生任何波長或波長範圍之電磁輻射(例如，可見或非可見輻射，諸如近紅外線、中紅外線或遠紅外線輻射)。此外，發射器601可經組態以產生經調變光。此外，偵測器602可經組態以偵測任何波長或波長範圍之電磁輻射(例如，可見或非可見輻射，諸如近紅外線、中紅外線或遠紅外線輻射)。
發射器601及偵測器602可由一間隔件604橫向環繞。間隔件604對於由發射器601發射及/或可由偵測器602偵測之光波長係實質上非透明的。間隔件604可由(舉例而言)一可固化聚合材料(諸如環氧樹脂)經由射出成型、真空射出成型或其他複製程序來製造，且可進一步含有實質上非透明填充物及/或低熱膨脹填充物(諸如碳黑及/或無機填充物)。此外，間隔件604可由一實質上非透明晶圓(諸如一PCB玻璃纖維疊層)製造。光電模組600進一步包含與發射器601對準之一發射器光學總成605及與偵測器602對準之一偵測器光學總成606。每一光學總成605、606可包含以下光學元件中之任一者或組合：一繞射光柵、一微透鏡陣列、一透鏡、一歪像透鏡、一稜鏡、一微稜鏡陣列、一繞射光學元件或者複數個前述內容中之任一者或其各別組合。光學總成605、606內之光學元件可由(舉例而言)一可固化聚合材料(諸如環氧樹脂)經由射出成型、真空射出成型或其他複製程序來製造。
每一光學總成605、606可進一步包含光圈、濾光器、間隔件、對準特徵及與其各別功能有關之其他組件。光電模組600進一步包含一光學總成外殼607。光學總成605、606可安裝或整合於光學總成外殼607內。光學總成外殼607對於由發射器601發射及/或可由偵測器602偵測之光波長係實質上非透明的。光學總成外殼607可由一可固化聚合材料(諸如環氧樹脂)經由射出成型、真空射出成型或其他複製程序來製造，且可進一步含有實質上非透明填充物及/或低熱膨脹填充物(諸如碳黑及/或無機填充物)。此外，光學總成外殼607可由一實質 上非透明晶圓(諸如一PCB玻璃纖維疊層)製造。光電模組600可進一步包含一蓋玻璃608。蓋玻璃608可由一實質上透明材料(諸如無機玻璃、藍寶石、氧化鋁或諸如聚合材料之其他實質上透明材料)組成。光電模組600可進一步包含一光圈609。光圈609可由一實質上非透明材料(諸如黑鉻)組成。光圈609可經由光微影而形成於(舉例而言)蓋玻璃608上。仍進一步，在其他實施方案中，光圈609可印刷至蓋玻璃608上，或可經由雷射黑化而形成於蓋玻璃608上。在某些實施方案中，光圈609可減輕雜散光之有害效應。
圖6A進一步繪示以一距離z毗鄰於光電模組600之一物件610(諸如一人或一人之一附屬物)。自發射器601發出且透射穿過發射器光學總成605之光符合一發射器FOV 611。此外，符合發射器FOV 611且入射於物件610上之光描繪一照射612。自物件610反射之光可經由一偵測器FOV 613內之偵測器光學總成606而由偵測器602偵測。發射器FOV 611與偵測器FOV 613重疊之區域描繪一重疊區域614。重疊區域614之橫向程度界定一橫向重疊615。在某些實施方案中，自橫向重疊615反射且引導至偵測器602之光可用於判定距離。舉例而言，物件距離z之一增加產生重疊區域614之一對應增加及橫向重疊615之一對應增加。橫向重疊615之一增加可導致自物件610反射且由偵測器602收集之光之強度之一增加。相對於距離之一範圍之一偵測器602光電流回應可與光電模組600和物件610之間的距離z相關。
圖6B繪示可操作以利用安裝至蓋玻璃608上之一光譜濾光器616擷取距離資料之一光電模組600。光譜濾光器616可實質上透射自發射器601發出之特定波長或波長範圍之光，而實質上不透射自發射器601發出之特定其他波長或波長範圍之光。在某些實例中，光譜濾光器可實施為一有機材料(諸如一光阻劑)，而在其他實例中，光譜濾光器可實施為一無機材料(諸如一介電材料)。光譜濾光器616可藉由(舉例而 言)光微影而形成，而在其他例項中，光譜濾光器616可藉由濺鍍或其他沈積技術而形成。
圖7A繪示可操作以擷取距離資料之一光電模組700。光電模組700包含安裝於一基板703(諸如PCB玻璃纖維疊層及/或矽)上或整合至該基板中之一發射器701(諸如一發光二極體、邊緣發射雷射(EEL)、垂直腔表面發射雷射(VCSEL)或者前述內容中之任一者之一陣列或組合)及一偵測器702(諸如一光電二極體、強度像素、解調變像素或者前述內容中之任一者之一陣列或組合)。發射器701可經組態以產生任何波長或波長範圍之電磁輻射(例如，可見或非可見輻射，諸如近紅外線、中紅外線或遠紅外線輻射)。此外，發射器701可經組態以產生經調變光。此外，偵測器702可經組態以偵測任何波長或波長範圍之電磁輻射(例如，可見或非可見輻射，諸如近紅外線、中紅外線或遠紅外線輻射)。
發射器701及偵測器702可由一間隔件704橫向環繞。間隔件704對於由發射器701發射及/或可由偵測器702偵測之光波長係實質上非透明的。間隔件704可由(舉例而言)一可固化聚合材料(諸如環氧樹脂)經由射出成型、真空射出成型或其他複製程序來製造，且可進一步含有實質上非透明填充物及/或低熱膨脹填充物(諸如碳黑及/或無機填充物)。此外，間隔件704可由一實質上非透明晶圓(諸如一PCB玻璃纖維疊層)製造。光電模組700進一步包含與發射器701對準之一發射器光學總成705及與偵測器702對準之一偵測器光學總成706。每一光學總成705、706可包含以下光學元件中之任一者或組合：一繞射光柵、一微透鏡陣列、一透鏡、一歪像透鏡、一稜鏡、一微稜鏡陣列、一繞射光學元件或者複數個前述內容中之任一者或其各別組合。光學總成705、706內之光學元件可由(舉例而言)一可固化聚合材料(諸如環氧樹脂)經由射出成型、真空射出成型或其他複製程序來製造。每一光學 總成705、706可進一步包含光圈、濾光器、間隔件、對準特徵及與其各別功能有關之其他組件。光學總成705、706可安裝或整合於間隔件704內。
圖7A進一步繪示以一距離z毗鄰於光電模組700之一物件710(諸如一人或一人之一附屬物)。自發射器701發出且透射穿過發射器光學總成705之光符合一發射器FOV 711。在圖7A中所繪示之實例性光電模組中，發射器光學總成705實施為一漫射器；因此，發射器FOV 711可為大的(例如，大於160°)。符合發射器FOV 711且入射於物件710上之光描繪一照射712。自物件710反射之光可經由一偵測器FOV 713內之偵測器光學總成706而由偵測器702偵測。發射器FOV 711與偵測器FOV 713重疊之區域描繪一重疊區域714。重疊區域714之橫向程度界定一橫向重疊715。在某些實施方案中，自橫向重疊715反射且引導至偵測器702之光可用於判定距離。舉例而言，物件距離z之一增加產生重疊區域714之一對應增加及橫向重疊715之一對應增加。橫向重疊715之一增加可導致自物件710反射且由偵測器702收集之光之強度之一增加。相對於距離之一範圍之一偵測器702光電流回應可與光電模組700和物件710之間的距離z相關。在某些實施方案中，大的發射器FOV 711可增加線性回應之範圍，如由圖7B中之虛線(及箭頭)所繪示。圖7B繪示一典型發射器FOV(黑實線)及發射器FOV 711(虛線)之光電流回應之一圖解說明。在此實例中，線性回應之區帶由大的FOV 711擴展。
圖8A繪示針對在三個不同溫度(T1、T2、T3)下操作之一發射器之發射強度對發射波長之一實例性曲線圖。圖8B繪示可操作以擷取距離資料之一光電模組。光電模組800包含安裝於一基板803(諸如PCB玻璃纖維疊層及/或矽)上或整合至該基板中之一發射器801(諸如一發光二極體、邊緣發射雷射(EEL)、垂直腔表面發射雷射(VCSEL)或者 前述內容中之任一者之一陣列或組合)及一偵測器802(諸如一光電二極體、強度像素、解調變像素或者前述內容中之任一者之一陣列或組合)。發射器801可經組態以產生任何波長或波長範圍之電磁輻射(例如，可見或非可見輻射，諸如近紅外線、中紅外線或遠紅外線輻射)。此外，發射器801可經組態以產生經調變光。此外，偵測器802可經組態以偵測任何波長或波長範圍之電磁輻射(例如，可見或非可見輻射，諸如近紅外線、中紅外線或遠紅外線輻射)。
發射器801及偵測器802可由一間隔件804橫向環繞。間隔件804對於由發射器801發射及/或可由偵測器802偵測之光波長係實質上非透明的。間隔件804可由(舉例而言)一可固化聚合材料(諸如環氧樹脂)經由射出成型、真空射出成型或其他複製程序來製造，且可進一步含有實質上非透明填充物及/或低熱膨脹填充物(諸如碳黑及/或無機填充物)。此外，間隔件804可由一實質上非透明晶圓(諸如一PCB玻璃纖維疊層)製造。光電模組800進一步包含與發射器801對準之一發射器光學總成805及與偵測器802對準之一偵測器光學總成806。每一光學總成805、806可包含以下光學元件中之任一者或組合：一繞射光柵、一微透鏡陣列、一透鏡、一歪像透鏡、一稜鏡、一微稜鏡陣列、一繞射光學元件或者複數個前述內容中之任一者或其各別組合。光學總成805、806內之光學元件可由(舉例而言)一可固化聚合材料(諸如環氧樹脂)經由射出成型、真空射出成型或其他複製程序來製造。每一光學總成805、806可進一步包含光圈、濾光器、間隔件、對準特徵及與其各別功能有關之其他組件。光學總成805、806可安裝或整合於間隔件804內。
圖8A進一步繪示以一距離z毗鄰於光電模組800之一物件810(諸如一人或一人之一附屬物)。自發射器801發出且透射穿過發射器光學總成805之光符合一發射器視域(FOV)811。此外，符合發射器FOV 811且入射於物件810上之光描繪一照射812。自物件810反射之光可經由一偵測器FOV 813內之偵測器光學總成806而由偵測器802偵測。發射器FOV 811與偵測器FOV 813重疊之區域描繪一重疊區域814。重疊區域814之橫向程度界定一橫向重疊815。在某些實施方案中，自橫向重疊815反射且引導至偵測器802之光可用於判定距離。舉例而言，物件距離z之一增加產生重疊區域814之一對應增加及橫向重疊815之一對應增加。橫向重疊815之一增加可導致自物件810反射且由偵測器802收集之光之強度之一增加。相對於距離之一範圍之一偵測器802光電流回應可與光電模組800和物件810之間的距離z相關。
一光電模組(舉例而言，圖8B中所繪示之光電模組)可經受一周圍/操作溫度範圍。發射器801效率及發射波長可隨周圍/操作溫度而變化。舉例而言，實施為一LED之一發射器之發射強度可隨周圍/操作溫度之一增加而降低。此外，發射波長可隨周圍/操作溫度之一增加而增加。在圖8A中圖解說明此一實例。此外，實施為(舉例而言)一光電二極體之一偵測器802之效率(例如，敏感度)可隨增加之周圍/操作溫度而增加。因此，光電流回應、特定而言上文所闡述之線性區帶可針對不同操作/周圍溫度而變化。在某些實施方案中，此等變化可導致所測量距離z之不準確，及/或增加由偵測器802收集之信號之複雜化及/或計算、處理要求。
因此，圖8B中所繪示之光電模組800進一步包含一濾光器816。在此實例中，濾光器可實施為使大於一特定波長之波長通過且阻擋或實質上削弱小於該特定波長之波長之一濾光器。圖8A中所繪示之點劃線P對應於特定波長。區A1、A2及A3界定為由點劃線P(下限)及對應於各別溫度T1、T2及T3之曲線(上限)限界之區。在某些情形中，點劃線P之特定波長(x截距)經判定使得區A1、A2及A3係實質上相等的。在其他情形中，點劃線P之特定波長(x截距)經判定使得上文所闡述之 光電流回應針對不同周圍/操作溫度係實質上不變的。
以上實例中所闡述之光電模組之各種實施方案可進一步包含與光電模組之功能有關且對於熟習此項技術者係顯而易見之處理器、其他電組件或電路元件(例如，電晶體、電阻器、電容性及電感性元件)。
雖然已關於上文所闡述之各種實施方案詳細地闡述本發明，但包含以上各種所闡述特徵之組合及/或減除之其他實施方案係可能的。因此，其他實施方案在申請專利範圍之範疇內。
100‧‧‧光電模組
101‧‧‧發射器
102‧‧‧偵測器
103‧‧‧基板
104‧‧‧間隔件
105‧‧‧發射器光學總成/光學總成
106‧‧‧偵測器光學總成/光學總成
107‧‧‧擋板
110‧‧‧物件
111‧‧‧發射器視域
112‧‧‧照射
113‧‧‧偵測器視域
114‧‧‧重疊區域
115‧‧‧橫向重疊
z‧‧‧距離/物件距離/第三距離

Claims (10)

  1. 一種光電模組，其包括：一發射器，其可操作以產生光；一發射器光學總成，其與該發射器對準以便用由該發射器產生之光照射該模組外部之一物件；一偵測器，其可操作以偵測由該發射器產生之處於一或多個波長之光；及一偵測器光學總成，其與該偵測器對準以便朝向該偵測器引導由該物件反射之光；該發射器光學總成及該發射器可操作以使該偵測器之一線性光電流回應擴展或移位，其中由該偵測器偵測之該線性光電流回應與該光電模組和該物件之間的一距離相關。
  2. 如請求項1之光電模組，其中該發射器光學總成包含一歪像透鏡元件，該光學總成及該發射器可操作以使一發射器視域朝向該偵測器傾斜。
  3. 如請求項1之光電模組，該光學總成及該發射器可操作以將具有橫向變化之強度之一照射投射至該物件上。
  4. 如請求項1之光電模組，其中該發射器光學總成包含可操作以投射具有離散照射特徵之一照射之一光學元件。
  5. 如請求項4之光電模組，其中該光學元件包含一繞射光學元件。
  6. 如請求項4之光電模組，其中該等離散照射特徵中之每一者可操作以在由該偵測器偵測時產生一各別步階式光電流回應。
  7. 如請求項4之光電模組，其中該等離散照射特徵中之至少一者具有不同於該等離散照射特徵中之另一者之一強度。
  8. 如請求項1之光電模組，其中自該模組投射於該物件上之照射包 含若干幾何形狀或一系列形狀。
  9. 一種光電模組，其包括：一發射器，其可操作以產生光；一發射器光學總成，其與該發射器對準以便用由該發射器產生之光照射該模組外部之一物件；一偵測器，其可操作以偵測由該發射器產生之處於一或多個波長之光；及一偵測器光學總成，其與該偵測器對準以便朝向該偵測器引導由該物件反射之光，其中該光電模組可以一第一模式及以一第二模式操作，其中，在該第一模式中，一發射器視域與一偵測器視域之橫向重疊之一增加導致自該物件反射且由該偵測器收集之光之強度之一增加，其中該偵測器之一光電流回應與該光電模組和該物件之間的一距離相關，且其中，在該第二模式中，該偵測器基於自該物件反射之光而偵測一相移，該相移與該光電模組和該物件之間的一距離相關。
  10. 如請求項9之光電模組，其中當該模組和該物件之間的該距離與該偵測器之光電流回應之一線性區域相關時，該模組以該第一模式操作，且其中當該模組和該物件之間的該距離與該偵測器之光電流回應之一非線性區域相關時，該模組經啟動而以該第二模式操作。
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