光学隔离装置的制作方法

1.本公开涉及提供光学发射器与光传感器之间的光学隔离。


背景技术：

2.移动电话及其他便携式计算设备通常包含传感器以判定何时物体在设备附近。例如，许多移动电话使用红外接近度传感器来判定何时用户手持电话靠近其头部以进行电话呼叫，使得可停用屏幕以节省电力并停用触摸屏幕。
3.接近度传感器模块例如使用发射器使光从附近物体反弹，并使用传感器检测反射光。移动电话的接近度传感器是非常小的模块，且发射器通常放置成相当靠近传感器。若发射器信号未被衰减或未与传感器光学隔离，则由发射器产生的光可能使传感器丧失其功能(blind)。
4.图1中展示已知接近度传感器模块102。接近度传感器模块102包括经配置以发射光的光学发射器104。接近度传感器模块102额外地包括用于检测从物体100反射的光的传感器106。接近度传感器模块102包括不透明光学屏障108，光学屏障108定位于光学发射器104与传感器106之间以将光学发射器104与传感器106光学隔离。


技术实现要素：

5.发明人已确定，藉由在光学发射器与传感器之间添加不透明光学屏障来将该光学发射器与该传感器光学隔离的已知方法使制造过程变复杂，且需要额外材料以生产设备。
6.根据本公开的一个方面，提供一种装置(例如，以光学传感器模块的形式)，该装置包括：光学发射器，其安装至基板；透明发射器外壳部分，其围绕该光学发射器；传感器，其用于检测光，该传感器安装至该基板；透明传感器外壳部分，其围绕该传感器；其中该透明发射器外壳部分及该透明传感器外壳部分在该基板上藉由气隙水平分离。
7.藉由避免需要在光学发射器与传感器之间的不透明光学屏障，简化制造过程且减少生产光学传感器模块所需的材料量，同时确保将光学发射器与传感器光学隔离。
8.在一些实施方案中，透明发射器外壳部分包括邻近该气隙的侧壁，该侧壁垂直于该基板延伸，且透明传感器外壳部分包括邻近该气隙的侧壁，该侧壁垂直于该基板延伸。
9.发明人已确定，藉由将斜坡引入至邻近该气隙的透明发射器外壳和/或透明传感器外壳的相对侧壁，可减小透明发射器外壳与透明传感器外壳之间的水平分离距离。这有利地实现减小光学传感器模块的大小。
10.即，透明发射器外壳部分可包括邻近该气隙的倾斜侧壁。额外地或替代地，透明传感器外壳部分可包括邻近该气隙的倾斜侧壁。
11.为了优化光学隔离并简化制造过程。透明发射器外壳部分的倾斜侧壁可相对于垂直轴线成45度或更小、优选为30度或更小、更优选为15度或更小、且更优选为10度或更小的角度。透明传感器外壳部分的倾斜侧壁可相对于垂直轴线成45度或更小、优选为30度或更小的角度。
12.在一些实施方案中，透明发射器外壳部分的倾斜侧壁具有耦合至基板的边缘。在其他实施方案中，透明发射器外壳部分的倾斜侧壁具有耦合至透明传感器外壳部分的边缘。在其他实施方案中，透明发射器外壳部分的倾斜侧壁具有耦合至透明的中间外壳部分的边缘，该中间外壳部分连结透明发射器外壳部分及透明传感器外壳部分。
13.有利地使透明发射器外壳与透明传感器外壳之间的水平分离距离尽可能小，使得最小化光学传感器模块的大小。然而，发明人已确定，若透明发射器外壳与透明传感器外壳之间的水平分离距离减小过多，则由光学发射器发射的光可能离开透明发射器外壳部分且命中透明传感器外壳部分，从而引起其反射回至透明传感器外壳部分中且入射于传感器上。
14.为了解决此问题，发明人已确定，将倒角添加至在气隙的一侧或两侧上的侧壁可改良光学隔离，使得可维持透明发射器外壳与透明传感器外壳之间的较小水平分离距离。
15.因此，在藉此透明发射器外壳部分包括邻近该气隙的倾斜侧壁的实施方案中，透明发射器外壳部分可包括邻近该气隙的进一步倾斜侧壁，该进一步倾斜侧壁从透明发射器外壳部分的该倾斜侧壁延伸至透明发射器外壳部分的上表面。透明发射器外壳部分的该进一步倾斜侧壁可相对于垂直轴线成角度，该角度大于透明发射器外壳部分的该倾斜侧壁相对于垂直轴线的角度。具体地，透明发射器外壳部分的该进一步倾斜侧壁可相对于垂直轴线成在30度至60度的范围内的角度。
16.此外，在藉此透明传感器外壳部分包括邻近该气隙的倾斜侧壁的实施方案中，透明传感器外壳部分可包括邻近该气隙的进一步倾斜侧壁，该进一步倾斜侧壁从透明传感器外壳部分的该倾斜侧壁延伸至透明传感器外壳部分的上表面。透明传感器外壳部分的该进一步倾斜侧壁可相对于垂直轴线成角度，该角度大于透明传感器外壳部分的该倾斜侧壁相对于垂直轴线的角度。具体地，透明传感器外壳部分的该进一步倾斜侧壁可相对于垂直轴线成在30度至60度的范围内的角度。
17.在一些实施方案中，光学发射器与传感器之间的水平分离距离在1.5mm至3mm的范围内，优选在2mm至3mm的范围内。
18.光学发射器可为激光二极管，例如，垂直腔面发射激光器。传感器可为光电二极管。
19.根据本公开的另一方面，提供一种包括本文中所描述的装置的移动计算设备。
20.这些及其他方面将从下文中所描述的实施例显而易见。本公开的范围并不意欲受此发明内容限制，亦不限于必然解决所指出的任何或所有缺陷的实施方案。
具体实施方式
21.现将仅藉由示例并参考附图来描述本公开的一些实施例，附图中：
22.图1以横截面示意性地描绘已知接近度传感器模块，该接近度传感器模块具备机械不透明光学屏障以将接近度传感器模块内的发射器与传感器隔离；
23.图2示意性地描绘装置，该装置具有包括邻近气隙且垂直于基板延伸的侧壁的透明发射器外壳部分，以及包括邻近气隙且垂直于基板延伸的侧壁的透明传感器外壳部分；
24.图3a示意性地描绘装置，该装置具有包括邻近气隙的倾斜侧壁的透明发射器外壳部分，以及包括邻近气隙的倾斜侧壁的透明传感器外壳部分；
25.图3b绘示发射器至传感器间距；
26.图3c示意性描绘图3a中所示的装置的变型，其具有连结透明发射器外壳部分和透明传感器外壳部分的透明中间外壳部分；
27.图4a及图4b示意性地描绘装置，藉此透明发射器外壳部分的倾斜侧壁和透明传感器外壳部分的倾斜侧壁两者具备倒角；
28.图4c示意性地描绘图4a及图4b中所示的装置的变型，其具有连结透明发射器外壳部分和透明传感器外壳部分的透明中间外壳部分；
29.图5a示意性地描绘装置，藉此透明发射器外壳部分的倾斜侧壁不具备倒角，且透明传感器外壳部分的倾斜侧壁具备倒角；
30.图5b示意性地描绘装置，藉此透明发射器外壳部分的倾斜侧壁具备倒角，且透明传感器外壳部分的倾斜侧壁不具备倒角；以及
31.图6绘示包括本文中所描述的装置的计算设备。
32.实施方式
33.一般而言，本公开消除对用于学发射器与传感器之间的光学隔离的不透明机械屏障的需要。
34.附图中给出解决方案的一些示例。
35.本文中所描述的实施例涉及一种装置，该装置包括安装至基板202的光学发射器104。透明发射器外壳部分204围绕光学发射器104。光学发射器104发射光(例如，红外光)。光学发射器104可为激光二极管，例如，垂直腔面发射激光器(vcsel)。将了解，光学发射器104可为任何发光组件，且不限于本文中所提及的示例。装置还包括用于检测光的光传感器106。透明传感器外壳部分206围绕传感器106。传感器106可为例如光电二极管。将了解，传感器106可为任何光敏组件，且不限于本文所提及的示例。在实施例中，透明发射器外壳部分204及透明传感器外壳部分206在基板202上藉由气隙水平分离。
36.透明发射器外壳部分204在基板202上方具有高度h
e
。透明传感器外壳部分206在基板202上方具有高度h
s
。在实施方案中，透明发射器外壳部分204的高度h
e
可与透明传感器外壳部分206的高度h
s
相同。在其他实施方案中，透明发射器外壳部分204的高度h
e
不同于透明传感器外壳部分206的高度h
s
。
37.在实施例中，透明发射器外壳部分204及透明传感器外壳部分206经设计且经定位以使从光学发射器104发射的光线转向远离传感器106，以减少光学串扰。
38.首先参考图2，其示意性地描绘呈光学传感器模块的形式的装置200。
39.如图2中所示，在装置200中，透明发射器外壳部分204包括邻近气隙的侧壁208，侧壁208垂直于基板202延伸，且透明传感器外壳部分206包括邻近气隙的侧壁210，侧壁210垂直于基板202延伸。
40.未在气隙中提供不透明屏障以光学隔离从光学发射器104发射的入射于传感器106上的光。为光学隔离从光学发射器104发射的入射于传感器106上的光，透明发射器外壳部分204与透明传感器外壳部分206之间的水平分离距离d需要足够大。在实施例中，水平分离距离d在以下两者之间测量：(i)透明发射器外壳部分204的边缘，在该边缘处，邻近气隙的透明发射器外壳部分204的壁从透明发射器外壳部分204的上表面向下延伸朝向基板202；和(ii)透明传感器外壳部分206的边缘，在该边缘处，邻近气隙的透明传感器外壳部分
206的壁从透明传感器外壳部分206的上表面向下延伸朝向基板202。
41.在图2中所示的装置200中，透明发射器外壳部分的垂直侧壁208具有耦合至基板202的边缘，且透明传感器外壳部分的垂直侧壁210也具有耦合至基板202的边缘。在这些实施方案中，光学发射器104及传感器106容置于其各自的相应透明外壳中。
42.在其他实施方案中(图中未展示)，透明发射器外壳部分的垂直侧壁208具有耦合至透明中间外壳部分的下边缘(最靠近基板)，且透明传感器外壳部分的垂直侧壁210具有耦合至透明中间外壳部分的下边缘(最靠近基板)。即，透明中间外壳部分连结透明发射器外壳部分204及透明传感器外壳部分206。在这些实施方案中，光学发射器104及传感器106容置于单个透明外壳中。
43.装置200的优点在于提供光学发射器104与传感器106之间的光学隔离，且简化装置200的制造。
44.发明人已确定，藉由将斜坡引入至邻近气隙的透明发射器外壳部分和/或透明传感器外壳部分的相对侧壁上，可减小水平分离距离d。这有利地实现减小光学传感器模块的大小。
45.图2中所示的透明发射器外壳部分204与透明传感器外壳部分206之间的水平分离距离d可在例如0.3mm至2mm的范围内。
46.图3a示意性地描绘装置300，藉此透明发射器外壳部分204包括邻近气隙的倾斜侧壁302，且透明传感器外壳部分206包括邻近气隙的倾斜侧壁304。
47.在藉此透明发射器外壳部分204包括邻近气隙的倾斜侧壁302的实施方案中，透明发射器外壳部分204的倾斜侧壁302相对于垂直轴线成45度或更小的角度θ
e
，优选为30度或更小，更优选为15度或更小，且更优选为10度或更小。
48.在藉此透明传感器外壳部分206包括邻近气隙的倾斜侧壁304的实施方案中，透明传感器外壳部分206的倾斜侧壁304相对于垂直轴线成45度或更小的角度θ
s
，优选为30度或更小。
49.未在气隙中提供不透明屏障以光学隔离从光学发射器104发射的入射于传感器106上的光。发现由传感器106检测的光学串扰依据光学发射器104与传感器106之间的水平分离距离以及角度θ
e
和θ
s
而变化。光学发射器104与传感器106之间的水平分离距离优选在1.5mm至3mm的范围内，优选在2mm至3mm的范围内。
50.图3b绘示光学发射器104与传感器106之间的示例距离，且展示1.79mm的间距s1、2.00mm的间距s2、2.21mm的间距s3、2.41mm的间距s4及2.62mm的间距s5。例如，使用光学发射器104与传感器106之间的2.62mm的间距s5，装置300可具备相对于垂直轴线成10
°
的角度θ
e
的倾斜侧壁302，以及相对于垂直轴线成30
°
的角度θ
s
的倾斜侧壁304，以提供最小化串扰(优化光学隔离)与易于制造之间的最佳折衷。将了解，这些示例角度值可结合光学发射器104与传感器106之间的不同间距使用。图3b绘示具有1.8mm
×
1.8mm的占据面积的传感器106的使用，但将了解，这仅为示例。
51.在图3a中所示的装置300中，透明发射器外壳部分204的倾斜侧壁302具有耦合至基板202的边缘，且透明传感器外壳部分206的倾斜侧壁304也具有耦合至基板202的边缘。在这些实施方案中，光学发射器104及传感器106容置于其各自的相应透明外壳中。
52.在其他实施方式中(如图3c中所示)，透明发射器外壳部分204的倾斜侧壁302具有
耦合至透明中间外壳部分306的下边缘(最靠近基板)，且透明传感器外壳206的倾斜侧壁304也具有耦合至透明中间外壳部分306的下边缘(最靠近基板)。即，透明中间外壳部分306连结透明发射器外壳部分204及透明传感器外壳部分206。在这些实施方案中，光学发射器104及传感器106容置于单个透明外壳中。
53.图3a中所示的透明发射器外壳部分204与透明传感器外壳部分206之间的水平分离距离d可例如在0.3mm至2mm的范围内。
54.为了使透明发射器外壳部分204与透明传感器外壳部分206之间的水平分离距离尽可能小(使得可最小化光学传感器模块的大小)，可将倒角添加至在气隙一侧或两侧上的侧壁，以防止由光学发射器发射的光离开透明发射器外壳部分204且命中透明传感器外壳部分206，从而引起其反射回至透明传感器外壳部分中且入射于传感器106上。
55.图4a示意性地描绘装置400，藉此透明发射器外壳部分204包括邻近气隙的倾斜侧壁302，倾斜侧壁302相对于垂直轴线成角度θ
e
。透明发射器外壳部分204进一步包括邻近气隙的进一步倾斜侧壁402，进一步倾斜侧壁402从透明发射器外壳部分的倾斜侧壁302延伸至透明发射器外壳部分204的上表面，进一步倾斜侧壁402相对于垂直轴线成角度θ’e
。优选地，角度θ’e
大于角度θ
e
。虽然图4a展示从倾斜侧壁延伸的进一步倾斜侧壁402，但在其他实施方案中，侧壁302可垂直于基板202。相对于垂直轴线的角度θ’e
可在30度至60度的范围内。例如，角度θ’e
可为45
°
，然而，大于或小于45
°
的角度可用于角度θ’e
。
56.如图4a中所示，透明发射器外壳部分204的倒角具有垂直高度h’e。垂直高度h’e是在以下两者之间测量的：(i)耦合至倾斜侧壁302的进一步倾斜侧壁402的下边缘；和(ii)耦合至透明发射器外壳部分204的上表面的进一步倾斜侧壁402的上边缘。
57.在图4a中，透明传感器外壳部分206包括邻近气隙的倾斜侧壁304，倾斜侧壁304相对于垂直轴线成角度θ
s
。透明传感器外壳部分206进一步包括邻近气隙的进一步倾斜侧壁404，进一步倾斜侧壁404从透明传感器外壳部分206的倾斜侧壁304延伸至透明传感器外壳部分206的上表面。进一步倾斜侧壁404相对于垂直轴线成角度θ’s
。优选地，角度θ’s
大于角度θ
s
。虽然图4a展示从倾斜侧壁延伸的进一步倾斜侧壁404，但在其他实施方案中，侧壁304可垂直于基板202。相对于垂直轴线的角度θ’s
可在30度至60度的范围内。例如，角度θ’s
可为45
°
，然而，大于或小于45
°
的角度可用于角度θ’s
。在一些实施方案中，角度θ’e
及θ’s
是相同的，但是其可为不同的。
58.如图4a中所示，透明传感器外壳部分206的倒角具有垂直高度h’s。垂直高度h’s是在以下两者之间测量的：(i)耦合至倾斜侧壁304的进一步倾斜侧壁404的下边缘；和(ii)耦合至透明传感器外壳部分206的上表面的进一步倾斜侧壁404的上边缘。
59.装置400可具备相对于垂直轴线成10
°
的角度θ
e
的倾斜侧壁302，以及相对于垂直轴线成30
°
的角度θ
s
的倾斜侧壁304，其中θ’e
及θ’s
是45
°
，以提供最小化串扰(优化光学隔离)与便于制造之间的最佳折衷。
60.藉由比较示例，在测试期间发现，在利用发射1w的光的光学发射器104的情况下，具备相对于垂直轴线成10
°
的角度θ
e
的倾斜侧壁302及相对于垂直轴线成30
°
的角度θ
s
的倾斜侧壁304的装置300(没有倒角)的传感器106经历入射于传感器106上的光的13.967nw的串扰。相比之下，在相同测试条件下，具备相对于垂直轴线成10
°
的角度θ
e
的倾斜侧壁302及相对于垂直轴线成30
°
的角度θ
s
的倾斜侧壁304，其中θ’e
及θ’s
是45
°
，且其中h’e及h’s是
0.10mm的装置400的传感器106经历入射于传感器106上的光的6.326nw的串扰。具备相对于垂直轴线成10
°
的角度θ
e
的倾斜侧壁302及相对于垂直轴线成30
°
的角度θ
s
的倾斜侧壁304，其中θ’e
及θ’s
是45
°
，且其中h’e及h’s是0.15mm的装置400的传感器106经历入射于传感器106上的光的4.720nw的串扰。因此，将倒角添加至气隙的侧壁可改良光学隔离。此外，可控制倒角的高度以改良光学隔离。
61.将了解，上文提及的倒角高度h’e及h’s的值可结合除上文示例中所提及的倾斜角之外的其他倾斜角使用。
62.图4a中所示的透明发射器外壳部分204与透明传感器外壳部分206之间的水平分离距离d可在例如0.3mm至2mm的范围内。
63.透明发射器外壳部分204的长度d1可小于1mm。例如，d1可为0.6mm。
64.图4b提供图4a中所示的装置400的透视图。如从图4a及图4b可见，未在气隙中提供不透明屏障以光学隔离从光学发射器104发射的入射于传感器106上的光。
65.在图4a及图4b中所示的装置400中，透明发射器外壳部分204的侧壁302具有耦合至基板202的边缘，且透明传感器外壳部分206的侧壁304也具有耦合至基板202的边缘。在这些实施方案中，光学发射器104及传感器106容置于其各自的相应透明外壳中。耦合至基板202的透明发射器外壳部分204的边缘与耦合至基板202的透明传感器外壳部分204的边缘之间的长度d2可小于1mm。例如，d2可为0.5mm。
66.在其他实施方案中(如图4c中所示)，透明发射器外壳部分204的侧壁302具有耦合至透明中间外壳部分406的下边缘(最靠近基板)，且透明传感器外壳部分206的侧壁304也具有耦合至透明中间外壳部分406的下边缘(最靠近基板)。即，透明中间外壳部分406连结透明发射器外壳部分204及透明传感器外壳部分206。在这些实施方案中，光学发射器104及传感器106容置于单个透明外壳中。
67.图5a示意性地描绘图4a至图4c中所示的装置400的变型，藉此仅透明传感器外壳部分206的倾斜侧壁304具备倒角(透明发射器外壳部分204的倾斜侧壁302不具备倒角)。如图5a中所示，邻近气隙的透明发射器外壳部分204的倾斜侧壁302的下边缘(最靠近基板)耦合至邻近气隙的透明传感器外壳部分206的倾斜侧壁304的下边缘(最靠近基板)。因此，在此配置中，光学发射器104及传感器106容置于单个透明外壳中。
68.图5b示意性地描绘图4a至图4c中所示的装置400的变型，其中仅透明发射器外壳部分204的倾斜侧壁302具备倒角(透明传感器外壳部分206的倾斜侧壁304不具备倒角)。如图5b中所示，邻近气隙的透明发射器外壳部分204的倾斜侧壁302的下边缘(最靠近基板)耦合至邻近气隙的透明传感器外壳部分206的倾斜侧壁304的下边缘(最靠近基板)。因此，在此配置中，光学发射器104及传感器106容置于单个透明外壳中。
69.如从图5a及图5b可见，未在气隙中提供不透明屏障以光学隔离从光学发射器104发射的入射于传感器106上的光。
70.本文中所描述的实施方案避免将不透明屏障添加至模块的额外成本。藉由调整间隙的宽度和间隙壁角，可优化发射器与检测器(传感器106)之间的光学隔离。
71.本技术可在例如移动电话中应用(例如，接近度感测)以及涉及彼此紧密靠近的发光组件及光敏组件的其他应用中使用。
72.图6绘示包括根据本文中所描述的实施例的任一个的装置600的计算设备602。例
如，装置600可对应于装置200、300或400。图6中所示的计算设备602是具有显示器604的移动电话，但是将了解，可将根据本公开的实施例的装置并入至其他类型的计算设备(无论是否为移动的)中。例如，计算设备602可为可穿戴设备。如图6中所示，在计算设备602是移动电话602的示例中，装置600经定位使得传感器106能够判定何时用户手持移动电话靠近其头部以进行电话呼叫，使得可停用屏幕以节省电力并停用触摸屏幕。即，由光学发射器104发射的光藉由孔隙离开移动电话602，且从在移动电话602的环境中的物体(例如，用户的头部)反射的光行进通过相同(或不同)孔隙以入射于光传感器106上。
73.在上述任何实施方案中，虽然侧壁已被描述并展示为平坦的，但将了解，也可使用弯曲侧壁。
74.本领域技术人员将理解，在前述描述及随附权利要求书中，诸如“上方”、“沿着”，“侧面”等的位置术语是参考诸如附图中所示的概念性绘示。这些术语是为了便于参考而使用，但并不意欲具有限制性质。因此，当处于附图中所示的定向时，这些术语应被理解为指代物体。
75.尽管已依据如上文所阐述的优选实施例描述本公开，然应理解，这些实施例仅为阐释性的，且权利要求不限于这些实施例。鉴于本公开，本领域技术人员将能够作出修改及替代，这些修改及替代被认为落在随附权利要求的范围内。本说明书中所公开或绘示的各特征可单独地或与本文中所公开或绘示的任何其他特征以任何适当组合并入于任何实施例中。
76.附图标记列表：
77.100:物体
78.102:接近度传感器模块
79.104:光学发射器
80.106:传感器
81.108:不透明光学屏障
82.200:装置
83.202:基板
84.204:透明发射器外壳部分
85.206:透明传感器外壳部分
86.208:透明发射器外壳部分的垂直侧壁
87.210:透明传感器外壳部分的垂直侧壁
88.300:装置
89.302:透明发射器外壳部分的倾斜侧壁
90.304:透明传感器外壳部分的倾斜侧壁
91.306:透明中间外壳部分
92.400:装置
93.402:透明发射器外壳部分的进一步倾斜侧壁
94.404:透明传感器外壳部分的进一步倾斜侧壁
95.406:透明中间外壳部分
96.600:装置
97.602:计算设备
98.604:显示器。