用于捕获图像并确定环境光强度的装置的制作方法

1.本公开内容涉及用于捕获图像并确定环境光强度的装置。特别地但非排他地，装置可以应用于移动电子设备，例如，移动电话或平板计算机。


背景技术：

2.许多电子移动设备包括用于显示信息的屏幕和用于确定电子移动设备的环境光水平的环境光传感器。这样的移动设备的示例包括移动电话和平板计算机。在使用时，确定的电子移动设备的环境光水平可以用于控制屏幕的亮度。例如，当环境光水平较高时，可以使屏幕的亮度增加，而当环境光水平较低时，可以使屏幕的亮度降低。通过这种方式，可以取决于环境照明条件对屏幕的亮度进行优化。
3.许多现有的电子移动设备包括主体，并且在该主体的表面上设置屏幕。通常，屏幕不占据主体的整个表面，而是被外围边框区域包围。电子移动设备的其他部件可以被设置在与边框对应的主体的一部分上。期望将屏幕的尺寸与其上设置有屏幕的主体的表面的尺寸的比率最大化(并将包围的边框的尺寸最小化)。换言之，对于给定尺寸的主体，期望设置尽可能大的屏幕。在一些现有的电子设备中，环境光传感器被设置在边框上。然而，这增加了边框的尺寸，并且减少了屏幕的尺寸，这是不期望的。
4.在一种替选的现有技术布置中，屏幕包括部分透明的有机发光器件(oled)显示器，并且环境光传感器被设置在屏幕后面。这样的实施方式利用了oled屏幕的透射特性。然而，这样的解决方案不适用于液晶显示器(lcd)屏幕——其是移动电话市场上绝大多数采用的屏幕技术，因为lcd屏幕通常是不透明的。
5.一些现有电子移动设备包括用于捕获图像的摄像装置。摄像装置可以包括包含感测元件的阵列(也称为像素)的图像传感器。在一种现有技术布置中，电子设备包括包含像素阵列的图像传感器。像素阵列包括感光区域和成像区域。感光区域可以用于：检测照明强度；或结合成像区域获取图像。即，图像传感器的感光区域有时可以用作环境光传感器，并且有时可以(结合成像区域)用于获取图像。
6.本公开内容的目的是：提供解决与本文中标识或以他方式标识的现有技术布置相关联的一个或更多个问题的包括环境光传感器的布置；或至少提供现有技术布置的有用替选方案。
7.总结
8.大体上，本公开内容提出通过提供具有各自接收来自共同孔径的辐射(例如，可见光)的图像传感器和环境光传感器两者的布置来克服现有布置中的问题。这种布置是有利的，因为其使得环境光传感器能够集成到移动电子设备的摄像装置模块中。例如，这使得环境光传感器和图像传感器能够共享共同的支承件或印刷电路板(pcb)。有利地，这可以减少移动电子设备的边框的尺寸。进而，这使得能够增加移动电子设备的屏幕的尺寸。所提出的解决方案不需要透射屏幕，并且因此可以与包括lcd显示器的移动电子设备一起使用。此外，通过提供图像传感器和分立的环境光传感器两者，这两个传感器可以各自针对其预期
用途单独优化。
9.根据本公开内容的第一方面，提供了一种装置，该装置包括：主体，其限定孔径；图像传感器，其包括感测元件的阵列；以及环境光传感器；其中，图像传感器和环境光传感器各自被布置成接收来自孔径的辐射。
10.有利地，根据本公开内容的第一方面的装置包括各自接收来自共同孔径的辐射(例如，可见光)的图像传感器和环境光传感器两者。这种布置是有利的，因为其使得环境光传感器能够集成到移动电子设备的摄像装置模块中。例如，主体和图像传感器可以形成已经与环境光传感器集成的移动电子设备的摄像装置模块的一部分。这使得环境光传感器和图像传感器能够共享共同的支承件或印刷电路板(pcb)。有利地，这允许包括根据本公开内容的第一方面的装置的移动电子设备的边框的尺寸的减小(相对于包括摄像装置模块和分立的环境光传感器的移动电子设备)。进而，这使得能够增加移动电子设备的屏幕的尺寸。根据本公开内容的第一方面的装置特别地但非排他地适合用作移动电子设备的前置摄像装置模块(即，设置在与移动电子设备的屏幕相同的表面上的摄像装置模块)。
11.所提出的解决方案不需要透射屏幕(例如，包括lcd显示器的电话)。另外，这样的布置可以减少由移动电子设备的屏幕生成的背景信号量。这允许更准确地测量环境光水平和/或减少这样的环境光水平测量的校准的复杂性。此外，通过提供图像传感器和分立的环境光传感器两者，这两个传感器可以各自针对其预期用途单独优化。
12.第一类型的现有技术移动电子设备包括摄像装置模块和分立的环境光传感器模块，这两者均被设置在移动电子设备的边框上。与这样的已知系统相比，根据本公开内容的第一方面的装置允许包括根据本公开内容的第一方面的装置的移动电子设备的边框的尺寸的减小(相对于包括摄像装置模块和分立的环境光传感器模块的移动电子设备)。进而，这使得能够增加移动电子设备的屏幕的尺寸。
13.第二类型的现有技术移动电子设备也包括摄像装置模块和分立的环境光传感器模块，该摄像装置模块被设置在移动电子设备的边框上，并且环境光传感器模块被设置在移动电子设备的显示屏幕后面。然而，该第二类型的现有技术移动电子设备需要透明的显示屏幕，例如oled显示屏幕。此外，在该第二类型的现有技术移动电子设备的情况下，显示屏幕本身发出可以为环境光传感器贡献明显的(和可变的)背景信号的光。需要使用适当的校准或校正技术来考虑该背景信号。与这样的已知系统相比，根据本公开内容的第一方面的装置可以与任何类型的显示屏幕技术(例如，lcd显示屏幕)一起使用。此外，与第二类型的现有技术移动电子设备相比，根据本公开内容的第一方面的装置可以简化用于环境光测量的校准和/或校正技术，并且可以提高这样的环境光测量的准确性。
14.第三类型的现有技术移动电子设备包括包含像素阵列的图像传感器。像素阵列包括感光区域和成像区域。感光区域可以用于：检测照明强度；或结合成像区域获取图像。即，图像传感器的感光区域有时可以用作环境光传感器，并且有时可以(结合成像区域)用于获取图像。与这样的已知系统相比，根据本公开内容的第一方面的装置提供图像传感器和分立的环境光传感器，这使得能够捕获图像，同时测量环境光水平。此外，通过提供图像传感器和分立的环境光传感器两者，这两个传感器可以各自针对其预期用途单独优化。例如，期望图像传感器可以被优化为使感测元件(像素)的密度最大化，并且因此提供小的分立的感测元件或像素的最佳灵敏度。相比之下，期望环境光传感器使用具有较大的动态范围的较
大的感测元件(以使得其能够在高环境光水平和低环境光水平两者下操作)。
15.根据本公开内容的第一方面的装置可以是在使用时能够形成移动电子设备的一部分的组件或模块。例如，根据本公开内容的第一方面的装置可以提供用于移动电子设备的摄像装置模块。限定孔径的主体在使用时可以与移动电子设备的主体接合、安装至或连接至移动电子设备的主体。在使用时，图像传感器和环境光传感器可以被容纳在由限定孔径的主体和移动电子设备的主体所限定的体积中。
16.如本文中所提及的，包括感测元件的阵列的图像传感器旨在意指光敏元件的阵列，每个光敏元件可操作以响应于接收到的辐射(例如，可见光)剂量而产生信号。即，图像传感器旨在意指将接收到的辐射(例如，可见光)转换成电信号并且限定传感器的像素几何的传感器的一部分。图像传感器可以包括例如有源像素传感器技术。例如，图像传感器可以包括例如互补金属氧化物半导体(cmos)像素的阵列。如本文中所提及的，图像传感器也可以包括或不包括任何相关联的存储缓冲器或逻辑电路系统。例如，两层堆叠的cmos传感器可以包括接合至逻辑电路管芯的像素管芯。类似地，三层堆叠的cmos传感器可以包括像素管芯、存储器管芯(例如，提供动态随机存取存储器dram)和逻辑电路管芯。如本文中所使用的，术语图像传感器旨在包括像素管芯，但是可以包括或可以不包括其他管芯。
17.环境光传感器可以包括任何类型的光电检测器。例如，环境光传感器可以包括一个或更多个光电晶体管、光电二极管和/或光子集成电路。
18.图像传感器的感测元件的阵列可以形成在图像传感器管芯上，并且环境光传感器可以形成在分立的环境光传感器管芯上。
19.将认识到，分立的管芯可以由分立的半导体材料形成(而且分立的管芯可以彼此堆叠或以其他方式彼此连接)。
20.图像传感器和环境光传感器的分立的管芯两者可以由共同支承基板支承。
21.例如，图像传感器管芯和环境光传感器管芯两者可以安装在共同印刷电路板(pcb)上。在一些实施方式中，图像传感器管芯和环境光传感器管芯两者可以分别安装在共同印刷电路板(pcb)上。
22.环境光传感器可以被设置在共同支承基板相对于图像传感器的相对侧上。
23.对于这样的实施方式，图像传感器可以被设置在支承基板的面向孔径的侧或表面中。可以在环境光传感器附近的支承基板中提供一个或更多个孔、通孔或孔径。这可以增加由环境光传感器接收到的信号。
24.图像传感器管芯和环境光传感器管芯可以堆叠在一起，以形成三维的集成电路。
25.例如，图像传感器管芯和环境光传感器管芯可以使用硅通孔(tsv)互连。
26.可以使用不同的工艺节点形成图像传感器和环境光传感器。
27.将认识到，使用不同的工艺节点形成图像传感器和环境光传感器旨在意指在图像传感器上形成的最小特征件与在环境光传感器上形成的最小特征件不同。例如，环境光传感器可以包括由180nm工艺节点形成的一个或更多个光电探测器，而图像传感器可以包括感测元件的阵列，感测元件限定多个图像像素并且可以由明显较小的工艺节点形成。例如，在一些实施方式中，图像传感器可以包括堆叠的cmos图像传感器的像素管芯(并且环境光传感器可以在堆叠的cmos图像传感器的其他管芯上形成)。例如，堆叠的cmos图像传感器的像素管芯可以由90nm工艺节点、45nm节点或更小的工艺节点形成。堆叠的cmos图像传感器
的像素管芯可以例如使用背面照明(bsi)技术。
28.装置还可以包括由主体支承并且被设置在孔径附近的光学元件。光学元件可以被布置成将通过孔径接收到的辐射的至少一部分投射到图像传感器上。
29.光学元件可以包括透镜。将认识到，透镜可以是包括多个透镜元件的复合透镜。透镜可以被布置成在图像传感器上形成视场的图像。
30.光学元件可以包括定焦透镜。
31.替选地，光学元件可以包括设置有调整机构的透镜，该调整机构可操作以控制透镜的焦距和/或透镜相对于图像传感器的位置。
32.例如，透镜可以设置有音圈马达(vcm)，以使得透镜能够(相对于图像传感器)自由移动。
33.图像传感器可以被设置在限定在主体中的孔径与环境光传感器之间。
34.这样的布置可以被描述为将环境光传感器定位在图像传感器后面。这样的布置是有利的，因为其使得环境光传感器和图像传感器两者能够交叠并在包括根据本公开内容的第一方面的装置的移动电子设备的边框上占据基本相同的位置。进而，这使得能够增加移动电子设备的屏幕的尺寸。
35.将认识到，由于环境光传感器被布置成接收来自孔径的辐射，因此根据本公开内容的第一方面的装置可以被认为包括从孔径到环境光传感器的光路。
36.装置还可以包括至少一个光导，所述至少一个光导被布置成接收来自孔径的光的一部分并且将光的所述一部分从孔径引导到环境光传感器。
37.对于这样的实施方式，提供具有足够的视场的环境光传感器可能是具有挑战性的。
38.对于其中图像传感器被设置在限定在主体中的孔径与环境光传感器之间的实施方式，至少一个光导可以被布置成接收来自孔径的光的一部分，并且将光的所述一部分从孔径引导到图像传感器周围并引导到环境光传感器。
39.装置可以包括多个光导，所述多个光导各自被布置成接收来自孔径的光的一部分并且将光的所述一部分从孔径引导到环境光传感器。
40.有利地，多个光导的提供可以改善环境光传感器的视场。
41.可选地，环境光传感器可以包括多个光感测元件。多个光导中的每一个可以被布置成从孔径接收光的一部分并将光的所述一部分从孔径引导到多个光感测元件中的不同的一个光感测元件。
42.装置可以包括漫射器，该漫射器被布置成在由多个光导接收的光入射在环境光传感器上之前将光散射。
43.这样的漫射器可以改善环境光传感器的视场。多个光导中的每一个可以设置有漫射器或者可以用作漫射器。例如，可以在多个光导中的每一个的入口处设置漫射器或者接近入口设置漫射器。每个漫射器可以基本覆盖对应的光导的入口。每个这样的漫射器可以作为分立的光学部件(对于对应的光导)提供，并且其被布置成将入射在其上的光散射。替选地，每个这样的漫射器可以与对应的光导集成。例如，每个这样的漫射器可以由每个光导的表面提供(该表面可以限定光导的入口)，该表面设置有被布置成将进入光导的光散射的纹理或表面粗糙度。
44.至少一个光导可以被布置成接收散射到光学元件的侧或边缘的光的一部分，并且将所述散射到光学元件的侧或边缘的光的一部分引导到环境光传感器。
45.将认识到，散射到光学元件的侧或边缘的光可以包括在大致离开光学元件的光轴的方向上从透镜散射出的光。即，使得散射到光学元件的侧或边缘的光在至少具有与光学元件的光轴大致垂直的分量的方向上传播。
46.例如，光学元件可以是透镜，其可以是单个透镜元件或复合透镜。单个透镜元件可以包括两个相对的表面，其中至少一个表面是凹的或凸的。例如，光学元件可以包括具有两个相对的凸表面的透镜元件。单个透镜元件的侧或边缘可以是设置在两个相对的表面之间的透镜的表面。将认识到，对于复合透镜，散射到光学元件的侧或边缘的光将通常包括在各个透镜元件之间离开复合透镜的光。
47.这样的布置可能特别适合于使用定焦透镜的实施方式。透镜可以由支承结构例如主体或与之连接的中间构件支承。例如，透镜的侧或边缘可以与支承结构接触，或以其他方式连接至支承结构。在现有摄像装置模块中，支承结构的与透镜的侧或边缘接触的至少一部分可以是不透明的。这可以防止绕过透镜的背景光入射在图像传感器上。在本公开内容的一些实施方式中，至少一个光导可以至少部分地形成在支承结构中，从一个或更多个位置延伸到透镜的侧或边缘并延伸到环境光传感器。支承结构可以是以其他方式通常不透明的。
48.至少一个光导可以被布置成接收来自孔径的光的没有入射在光学元件上的一部分，以将来自孔径的光的没有入射在光学元件上的所述一部分引导到环境光传感器。
49.这样的布置可能特别适合于使用可移动透镜的实施方式。透镜可以由支承结构例如主体或与之连接的中间构件支承。对于其中光学元件是可移动透镜的实施方式，透镜可以可移动地安装至支承结构(其可以是不透明的)。这种自由移动在透镜与支承结构之间提供了间隙。在现有摄像装置模块中，在支承结构周围设置不透明的遮挡。在本公开内容的一些实施方式中，至少一个光导可以从这样的不透明的遮挡上的一个或更多个位置延伸到环境光传感器(并且可以例如延伸至少部分地穿过支承结构)。
50.至少一个光导可以被布置成接收来自孔径的光的被光学元件透射并且没有入射在图像传感器上的一部分，并且将光的所述一部分引导到环境光传感器。
51.一般地，摄像装置模块中的光学透镜具有圆形的几何形状，并且可操作以在图像传感器的平面(其可以称为图像平面)内形成视场的圆形图像。然而，通常图像传感器包括矩形的感测元件的阵列。因此，矩形的图像传感器仅对圆形图像的一部分进行采样(并且可以被认为对圆形图像进行裁剪)。通常，图像平面的位于图像传感器外的一部分被设置有黑色材料，以使入射在其上的光的吸收最大化。在本公开内容的一些实施方式中，至少一个光导可以从图像平面的位于图像传感器外的一部分上的一个或更多个位置延伸到环境光传感器。例如，可以用透明材料(或一个或更多个孔径)代替黑色材料的至少一部分。
52.在一些实施方式中，环境光传感器包括至少一个光感测元件，所述至少一个光感测元件被布置成接收来自孔径的光的被光学元件透射但没有入射在图像传感器上的一部分。
53.例如，光感测元件或每个光感测元件可以被设置在图像传感器附近。光感测元件或每个光感测元件可以被设置在与图像传感器基本相同的平面内。
54.图像传感器可以被布置成接收来自孔径的辐射，并且环境光传感器可以被布置成接收所述辐射的被图像传感器透射的一部分。
55.这样的实施方式可以利用图像传感器透射入射在其上的光的一部分的事实。可以使用足够敏感的环境光传感器管芯来测量该透射光。可以使用适当的校准算法来克服由于硅透射率特性而引起的光谱失真。有利地，图像传感器可以用作漫射器，其可以改善环境光传感器的视场。
56.图像传感器可以包括多层堆叠的cmos传感器的像素管芯，并且环境光传感器可以被设置在多层堆叠的cmos传感器的其他管芯上。
57.多层堆叠的cmos传感器包括两层堆叠的cmos传感器和三层堆叠的cmos传感器。两层堆叠的cmos传感器可以包括接合至逻辑电路管芯的像素管芯。类似地，三层堆叠的cmos传感器可以包括像素管芯、存储器管芯(例如，提供动态随机存取存储器dram)和逻辑电路管芯。多个管芯可以使用硅通孔(tsv)互连。可以在像素管芯的外围部分中设置附加的硅通孔(其可以设置有或可以不设置有金属)，以增加光对于环境光传感器的透射。
58.环境光传感器可以被设置在多层堆叠的cmos传感器的存储器管芯或逻辑电路管芯上。
59.环境光传感器可以被设置在多层堆叠的cmos传感器的所述其他管芯的外围部分上。
60.装置还可以包括光谱滤波器，该光谱滤波器被布置成限制由环境光传感器接收到的来自孔径的辐射的带宽。
61.装置还可以包括漫射器，该漫射器被布置成将由环境光传感器接收到的来自孔径的辐射散射。
62.根据本公开内容的第二方面，提供了一种移动电子设备，该移动电子设备包括本公开内容的第一方面的装置。
63.移动电子设备还可以包括显示屏幕。移动电子设备还可以包括控制器或处理器。控制器或处理器可以被布置成接收指示由环境光传感器确定的环境光水平的信号。控制器或处理器可以被布置成根据从环境光传感器接收到的所述信号来控制显示屏幕的亮度。
64.优选实施方式的简要描述
65.现在将参照附图仅以示例的方式描述本公开内容的一些实施方式，在附图中：
66.图1a示出了根据本公开内容的第一装置的示意性截面图；
67.图1b示出了根据本公开内容的第二装置的示意性截面图；
68.图1c示出了根据本公开内容的第三装置的示意性截面图；
69.图1d示出了根据本公开内容的第四装置的示意性截面图；
70.图2a至图2d示出了图1a至图1d所示的装置的主体、孔径和光学元件的四种不同的示例布置；
71.图3a是第一摄像装置模块(具有固定焦距)的截面图；
72.图3b示出了图3a中示出的第一摄像装置模块的印刷电路板的示意性平面图；
73.图4是第二摄像装置模块(具有可移动透镜以提供焦点调整)的示意性截面图；
74.图5是图像平面的示意图，示出了由光学元件形成的圆形图像、由图像传感器采样的圆形图像的矩形部分以及位于圆形图像内但在矩形部分外的图像平面的两个部分；
75.图6a是两层堆叠的cmos传感器的示意性分解图；以及
76.图6b是三层堆叠的cmos传感器的示意性分解图。
77.优选实施方式的详细描述
78.一般地，本公开内容提供了包括图像传感器和环境光传感器两者的装置，图像传感器和环境光传感器各自从共同孔径接收辐射(例如，可见光)。这种布置是有利的，因为其使得环境光传感器能够集成到移动电子设备的摄像装置模块中。本公开内容可以被认为公开了这样的装置，该装置通常为移动电子设备的摄像装置模块的形式并且被适配成包括环境光传感器，该环境光传感器被布置成从也向摄像装置模块的图像传感器提供光的孔径接收环境光。这使得例如环境光传感器和图像传感器能够共享共同的支承件或印刷电路板(pcb)。有利地，这可以减少移动电子设备的边框的尺寸。进而，这使得能够增加移动电子设备的屏幕的尺寸。提出的解决方案不需要透射屏幕，并且因此可以与包括lcd显示器(或其他光阻挡显示器技术)的移动电子设备一起使用。另外，提出的解决方案可以在与包括部分透明显示屏幕例如oled显示器(相对于例如其中在屏幕后面设置环境光传感器的布置)的移动电子设备一起使用时提供优点。首先，oled显示屏幕的透射率通常很低(约2％)。其次，对于其中在oled屏幕后面设置环境光传感器的布置，任何环境光测量均可能经受来自屏幕显示内容的背景信号，这可能需要进行校正。此外，通过提供图像传感器和分立的环境光传感器两者，这两个传感器可以各自针对其预期用途单独优化。
79.在附图中给出了解决方案的一些示例。
80.图1a至图1d各自示出了根据本公开内容的装置100a、100b、100c、100d的示意性表示。
81.图1a至图1d中示出的装置100a、100b、100c、100d中的每一个包括：限定孔径104的主体102；包括感测元件的阵列的图像传感器106；以及环境光传感器108。
82.图像传感器106包括感测元件的阵列。如本文中所提及的，包括感测元件的阵列的图像传感器106旨在意指光敏元件的阵列，每个光敏元件可操作以响应于接收到的辐射(例如，可见光)剂量而产生信号。即，图像传感器106旨在意指将接收到的辐射(例如，可见光)转换成电信号并且限定传感器的像素几何的传感器的一部分。图像传感器106可以包括例如有源像素传感器技术。例如，图像传感器106可以包括例如互补金属氧化物半导体(cmos)像素的阵列。如本文中所提及的，图像传感器106也可以包括或不包括任何相关联的存储缓冲器或逻辑电路系统。例如，两层堆叠的cmos传感器可以包括接合至逻辑电路管芯的像素管芯。类似地，三层堆叠的cmos传感器可以包括像素管芯、存储器管芯(例如，提供动态随机存取存储器dram)和逻辑电路管芯。如本文中所提及的，术语图像传感器106旨在包括像素管芯，但是可以包括或不包括其他管芯，这将在下面进一步讨论。
83.环境光传感器108可以包括任何类型的光电检测器。例如，环境光传感器108可以包括一个或更多个光电晶体管、光电二极管和/或光子集成电路。
84.在图1a至图1d中示出的装置100a、100b、100c、100d中的每一个中，图像传感器106和环境光传感器108各自被布置成接收来自孔径104的辐射。然而，这可以通过图像传感器106和环境光传感器108的多个不同布置来实现。如下面将进一步讨论的，在图1a至图1d中示出的装置100a、100b、100c、100d中的每一个中，示意性地表示图像传感器106和环境光传感器108的不同布置，使得图像传感器106和环境光传感器108两者均接收来自孔径104的辐
射。
85.在图1a至图1d中示出的装置100a、100b、100c、100d的一些实施方式中，图像传感器106和环境光传感器108形成在分立的管芯上。例如，图像传感器106的感测元件的阵列可以形成在图像传感器管芯上，并且环境光传感器108可以形成在分立的环境光传感器管芯上。
86.在图1a至图1d中示出的装置100a、100b、100c、100d的一些实施方式中，使用不同的(光刻)工艺节点形成图像传感器106和环境光传感器108。将认识到，使用不同的工艺节点形成图像传感器106和环境光传感器108旨在意指在图像传感器106上形成的最小特征件与在环境光传感器108上形成的最小特征件不同。例如，环境光传感器108可以包括由180nm工艺节点形成的一个或更多个光电探测器，而图像传感器106可以包括感测元件的阵列，感测元件限定多个图像像素并且可以由明显较小的工艺节点形成。将认识到，图像传感器106的每个分立的感测元件可以包括多个部件。例如，图像传感器106的每个分立的感测元件可以包括：微透镜、光谱滤波器、光电二极管和多个晶体管和连接线。例如，堆叠的cmos图像传感器的像素管芯可以由90nm工艺节点、45nm节点或更小的工艺节点形成。堆叠的cmos图像传感器的像素管芯可以例如使用背面照明(bsi)技术。
87.在图1a至图1d中示出的装置100a、100b、100c、100d中的每一个中，图像传感器106和环境光传感器108由共同的印刷电路板(pcb)110支持。印刷电路板(pcb)110可以被认为是共同的支承基板。将认识到，在其他实施方式中，图像传感器106和环境光传感器108可以由单独的pcb支承。
88.在图1a、图1c和图1d中示出的装置100a、100c、100d的实施方式中，图像传感器106和环境光传感器108分别安装在pcb 110上。
89.在图1b中示出的装置100b的实施方式中，以堆叠配置的方式示出图像传感器106和环境光传感器108。对于装置100b(如图1b所示)的这样的实施方式，图像传感器106和环境光传感器108可以分别安装和/或连接至pcb 110。替选地，如下面将参照图6a和图6b进一步讨论的，对于装置100b的这样的实施方式(如图1b所示)，图像传感器106管芯和环境光传感器108管芯可以堆叠以形成三维集成电路。例如，图像传感器管芯106和环境光传感器管芯108可以使用硅通孔(tsv)互连。
90.在图1a和图1c中示出的装置100a、100c的实施方式中，环境光传感器108被设置在pcb 110的相对于图像传感器106的相对侧上。然而，如下面将进一步描述的，在图1a中示出的装置100a的实施方式的变型中，环境光传感器108可以被设置在pcb 110的与图像传感器106相同的侧上。
91.对于其中环境光传感器108被设置在pcb 110的相对于图像传感器106的相对侧上的实施方式，图像传感器106可以被设置在支承基板110的面向孔径104的侧或表面中。如图1d所示，可以在环境光传感器108(或环境光传感器108的至少光敏部分)附近在pcb 110中设置一个或更多个孔、通孔或孔径112。这可以增加由环境光传感器108接收到的信号。
92.图1a至图1d中示出的装置100a、100b、100c、100d中的每一个可以是组件或模块，其在使用时可以形成移动电子设备的一部分。例如，图1a至图1d中示出的装置100a、100b、100c、100d中的每一个可以为移动电子设备提供摄像装置模块。限定孔径104的主体102在使用时可以与移动电子设备的主体接合、安装至或连接至移动电子设备的主体。在使用时，
图像传感器106和环境光传感器108可以被容纳在由限定孔径的主体102和移动电子设备的主体所限定的体积中。
93.可选地，图1a至图1d中示出的装置100a、100b、100c、100d中的每一个还包括由主体102支承并设置在孔径104附近的光学元件114。光学元件114被布置成将通过孔径104接收到的辐射的至少一部分投射到图像传感器106上。主体102可以(直接地或间接地)耦接至支承图像传感器106和环境光传感器108的pcb 110。除了限定孔径之外，主体102还提供相对于图像传感器106定位光学元件114的功能。
94.光学元件114由主体102支承，并且被设置在孔径104附近。此外，光学元件114被布置成将通过孔径104接收到的辐射的至少一部分投射到图像传感器106上。然而，将认识到，图1a至图1d中示出的主体102、孔径104和光学元件114的布置是示意性的，并且在其他实施方式中，布置可以不同。作为非限制性示例，图2a至图2d示出了主体102、孔径104和光学元件114的四种不同布置。
95.图2a中示出的布置与图1a至图1d中示出的布置基本相同。这里，在主体102内接近孔径104设置光学元件114。光学元件114的外部尺寸或直径大致可以与主体102在孔径104附近的内部尺寸或直径匹配。
96.图2b中示出的布置与图2a中示出的布置基本相同，但是在主体102上设置凸缘200。凸缘200可以在形状上是大致环形的。孔径104由凸缘200限定，使得孔径的尺寸小于光学元件114的外部尺寸(该光学元件114在孔径104附近仍与主体102的内部尺寸大致匹配)。
97.图2a和图2b示出的布置可以适用于固定焦距布置。
98.图2c中示出的布置与图2a中示出的布置基本相同，但是光学元件114部分地伸出了由主体102限定的孔径104。将认识到，在这样的实施方式中，光学元件114可以包括设置在壳体中的一个或更多个透镜(例如，包括多个透镜元件的复合透镜)。
99.图2d中示出的布置与图2c中示出的布置基本相同，但是在光学元件114与主体102之间形成有间隙202。例如，当光学元件114以使得光学元件114能够(相对于主体102)在由箭头204指示的方向上自由移动的方式耦接至主体102时，可以提供这样的布置。为了利于这样的移动，在光学元件114与主体102之间将形成间隙。例如，当光学元件114经由音圈马达(vcm)耦接至主体102以使得光学元件114能够(相对于主体102)在由箭头204指示的方向上自由移动时。
100.光学元件114可以包括透镜。另外地或替选地，光学元件可以包括其他折射和/或反射光学元件，包括例如棱镜。光学元件114可以是包括多个透镜元件的复合透镜，并且因此在图1a至图1d的示意性截面图中表示为矩形。光学元件114可以被布置成在图像传感器106上形成视场的图像。
101.在一些实施方式中，光学元件114可以包括定焦透镜。替选地，在其他实施方式中，光学元件114可以包括设置有调整机构的透镜，该调整机构可操作以控制透镜的焦距和/或透镜相对于图像传感器106的位置。例如，光学元件114可以包括这样的透镜：其经由音圈马达(vcm)耦接至主体102以使得透镜能够(相对于图像传感器106)自由移动。
102.在图1b和图1c中示出的装置100b、100c的实施方式中，图像传感器106被设置在限定在主体102中的孔径104与环境光传感器108之间。这样的布置可以被描述为将环境光传感器108定位在图像传感器106后面。这样的布置是有利的，因为它使得环境光传感器108和
图像传感器106两者能够交叠(在pcb 110的平面中)，并且在包括装置100b、100c的移动电子设备的边框上占据基本相同的位置。进而，这使得能够增加移动电子设备的屏幕的尺寸。
103.有利地，图1a至图1d中示出的装置100a、100b、100c、100d包括各自从共同的孔径104接收辐射(例如，可见光)的图像传感器106和环境光传感器108。这种布置是有利的，因为其使得环境光传感器108能够集成到移动电子设备的摄像装置模块中。例如，主体102和图像传感器106可以形成已经与环境光传感器108集成的移动电子设备的摄像装置模块的一部分。这使得环境光传感器108和图像传感器106能够共享共同的pcb 110。有利地，这使得能够减少包括装置100a、100b、100c、100d的移动电子设备的边框的尺寸(相对于包括摄像装置模块和分立的环境光模块的移动电子设备)。进而，这使得能够增加移动电子设备的屏幕的尺寸。装置100a、100b、100c、100d特别地但非排他地适合用作移动电子设备的前置摄像装置模块(即，设置在与移动电子设备的屏幕相同的表面上的摄像装置模块)。
104.装置100a、100b、100c、100d不需要透射屏幕(例如，其可以与包括lcd显示器的电话一起使用)。另外，这样的布置可以减少由移动电子设备的屏幕生成的背景信号量。这允许更准确地测量环境光水平和/或减少这样的环境光水平测量的校准的复杂性。
105.此外，通过提供图像传感器106和分立的环境光传感器108两者，这两个传感器可以各自针对其预期用途单独优化。例如，期望图像传感器106可以被优化为使感测元件(像素)的密度最大化，并且因此提供小的分立的感测元件或像素的最佳灵敏度。相比之下，期望环境光传感器108使用具有较大的动态范围的较大的感测元件(以使得其能够在高环境光水平和低环境光水平两者下操作)。
106.可选地，图1a至图1d中示出的装置100a、100b、100c、100d中的每一个还包括光谱滤波器116，该光谱滤波器116被布置成限制由图像传感器106和/或环境光传感器108接收到的来自孔径104的辐射的带宽。例如，可能期望设置红外滤波器116(其基本吸收或阻挡红外辐射)，使得仅可见环境辐射入射在图像传感器106和/或环境光传感器108上。
107.在图1a至图1d中示出的装置100a、100b、100c、100d中的每一个中，图像传感器106和环境光传感器108各自被布置成接收来自孔径104的辐射。因此，图1a至图1d中示出的装置100a、100b、100c、100d中的每一个包括从孔径104到环境光传感器108的光路。然而，该光路可以通过图像传感器106和环境光传感器108的多个不同布置来实现。如现在所讨论的，在图1a至图1d中示出的装置100a、100b、100c、100d中的每一个示意性地表示图像传感器106和环境光传感器108的不同布置，其中图像传感器106和环境光传感器108两者均接收来自孔径104的辐射(即，其中存在从孔径104到环境光传感器108的光路)。
108.在图1a中示出的装置100a的实施方式中，装置100a还包括至少一个光导118，所述至少一个光导118被布置成接收来自孔径104的光的一部分并将所述光的一部分从孔径104引导到环境光传感器108。
109.在图1a中示出的装置100a的一些变型实施方式中，图像传感器106可以被设置在限定在主体102中的孔径104与环境光传感器108之间(即，环境光传感器108在图像传感器106后面)。对于图1a中示出的装置100a的这样的变型实施方式，至少一个光导118可以被布置成接收来自孔径104的光的一部分，并且将所述光的一部分从孔径104引导到图像传感器106周围并引导到环境光传感器108。下面将参照图3a至图4b进一步描述图1a中示出的装置100a的这样的变型实施方式。
110.对于包括被布置成接收来自孔径104的光的一部分并将光的所述一部分从孔径104引导到环境光传感器108的至少一个光导118的实施方式，为环境光传感器108提供足够的视场以实现对环境光水平的准确确定可能是具有挑战性的。如下面进一步讨论的，如果装置100a包括多个光导118，每个光导被布置成接收来自孔径104的光的一部分并将光的所述一部分从孔径104引导到环境光传感器108，则环境光传感器的视场可能增加。
111.可选地，环境光传感器108可以包括多个光感测元件。多个光导118中的每一个可以被布置成接收来自孔径104的光的一部分并将光的所述一部分从孔径104引导到多个光感测元件中的不同的一个光感测元件。
112.可选地，装置100a可以包括漫射器(未示出)，该漫射器被布置成在由光导118或每个光导118接收的光入射在环境光传感器108上之前将光散射。这样的漫射器可以改善环境光传感器108的视场。
113.在图1b和图1c中示出的装置100b、100c的实施方式中，图像传感器106被布置成直接从孔径104接收辐射，并且环境光传感器108被布置成接收被图像传感器106透射的所述辐射的一部分。即，环境光传感器108被布置成经由图像传感器106间接从孔径接收辐射。这样的实施方式可以利用图像传感器106透射入射在其上的光的一部分的事实。可以使用足够敏感的环境光传感器108管芯来测量该透射光。可以使用适当的校准算法来克服由于硅透射率特性而引起的光谱失真。有利地，图像传感器106可以用作漫射器，其可以改善环境光传感器108的视场。
114.在图1b中示出的装置100b的实施方式中，环境光传感器108被设置在pcb 110的与图像传感器106相同的侧上。在图1c中示出的装置100c的实施方式中，环境光传感器108被设置在pcb 110的与图像传感器106相对的侧上。图1b中示出的装置100b可能特别适合于将环境光传感器108与图像传感器106一起集成到多层堆叠的cmos传感器中。下面参照图6a和图6b进一步讨论这样的布置。如果图像传感器106和环境传感器108要分别耦接至pcb 110，则图1c中示出的装置100c可能特别适合(因为这可以简化两组连接)。
115.在图1d中示出的装置100d的实施方式中，环境光传感器108包括至少一个光感测元件，所述至少一个光感测元件被布置成接收被光学元件114透射并且没有入射在图像传感器106上的来自孔径104的光的一部分。例如，如示意性地指示的，环境光传感器108的光感测元件或每个光感测元件可以被设置成与图像传感器106相邻。环境光传感器108的光感测元件或每个光感测元件可以被布置在与图像传感器106基本相同的平面内。
116.现在参照图3a至图5讨论图1a中示意性地示出的装置100a的一些具体实现方式。
117.图3a是具有固定焦距的第一摄像装置模块300的截面图。
118.第一摄像装置模块300包括：主体302、孔径304、图像传感器306、印刷电路板(pcb)310、光学元件314和红外滤波器316。如这里所使用的，术语红外滤波器316旨在意指基本上吸收或阻挡红外辐射(并且可以使可见辐射通过)的部件。第一摄像装置模块300的大致与图1a中示意性地示出的装置100a的特征件对应的特征的附图标记由图1a中示出的装置100a的对应特征件的附图标记给出但以3而不是1开始。例如，图3a中的光学元件314对应于图1a中示出的光学元件114。
119.主体302可以包括能够可释放地接合(例如，经由能够相互接合的螺纹部)以形成两部分的主体的基体部和上主体部。
120.光学元件314可以是包括由主体302支承的多个透镜元件的复合透镜。
121.摄像装置模块300还包括多个光导318和环境光传感器308。如下面将参照图3b进一步说明的，在本实施方式中，摄像装置模块300包括四个光导318，但是将认识到，其他实施方式可以具有不同数目的光导。多个光导318中的每一个被布置成接收散射到光学元件314的侧或边缘的光的一部分，并且将所述散射到光学元件314的侧或边缘的光的所述一部分光引导到环境光传感器308。
122.将认识到，散射到光学元件314的侧或边缘的光可以包括在大致离开光学元件的光轴320的方向上从光学元件散射出的光。即，散射到光学元件314的侧或边缘的光在至少具有与光学元件314的光轴320大致垂直的分量的方向上传播。
123.光学元件314可以包括具有多个透镜元件的复合透镜。每个单个透镜元件可以包括两个相对的表面，其中至少一个表面是凹的或凸的。例如，透镜元件可以各自具有两个相对的凸表面。单个透镜元件的侧或边缘可以是设置在两个相对的表面之间的透镜的表面。将认识到，由于光学元件314是复合透镜，因此散射到光学元件314的侧或边缘的光将通常也包括在各个透镜元件之间离开复合透镜的光。
124.光学元件314由主体302支承，该主体302例如可以是由基体部和上主体部形成的两部分的主体。特别地，当基体部和上主体部彼此接合时，光学元件314可以保持固定在其间。主体302可以被认为提供支承结构。
125.一般地，主体302可以是不透明的(以减少或防止绕过光学元件314的背景光入射在图像传感器306上)。然而，多个光导318至少部分地形成在主体302中，从一个或更多个位置朝向环境光传感器308延伸到光学元件314的侧或边缘。尽管在本实施方式中，多个光导318至少部分地形成在主体302中，但是将认识到，可以在不同的实施方式中采用各种不同的主体布置(参见例如上面的图2a至图2d和附带讨论)。一般地，至少一个光导318可以至少部分地形成在主体或支承结构的一部分中。
126.多个光导318中的每一个可以设置有漫射器或者可以用作漫射器。例如，可以在多个光导318中的每一个的入口处设置漫射器或者接近入口设置漫射器。即，可以在多个光导318中的每一个的接近光学元件314的侧或边缘的部分处设置漫射器或者接近该部分设置漫射器。每个漫射器可以基本覆盖对应的光导318的入口。每个这样的漫射器可以作为分立的光学部件(对于对应的光导318)提供，并且其被布置成将入射在其上的光散射。替选地，每个这样的漫射器可以与对应的光导318集成。例如，每个这样的漫射器可以由每个光导的表面提供(该表面可以限定光导318的入口)，该表面设置有被布置成将进入光导318的光散射的纹理或表面粗糙度。
127.在本实施方式中，多个光导318中的每一个进一步延伸穿过pcb 310到达环境光传感器308(其以与图1a中示出的布置类似的布置设置在pcb 310的与图像传感器306相对的侧上)。在该实施方式中，多个光导318中的每一个延伸到单个环境光传感器308。
128.在替选布置中，环境光传感器308可以包括多个环境光感测元件，所述多个环境光感测元件可以各自设置在pcb 310的与图像传感器相同的侧上。对于这样的替选实施方式，多个光导318不延伸穿过pcb 310。
129.图3b示出了pcb 310的示意性平面图，示出了图像传感器306的位置。还示出了与四个光导318中的每一个对应的四个位置322。
130.图4是具有可移动透镜以提供焦点调整的第二摄像装置模块400的示意性截面图。
131.第二摄像装置模块400包括：基体部402a、上主体部402b、孔径404、图像传感器406、环境光传感器408、印刷电路板(pcb)410、光学元件414和红外滤波器416。如这里所使用的，术语红外滤波器416旨在意指基本上吸收或阻挡红外辐射(并且可以使可见辐射通过)的部件。第二摄像装置模块400的大致与图1a中示意性地示出的装置100a的特征件对应的特征件的附图标记由图1a中示出的装置100a的对应特征的附图标记给出但以4而不是1开始。例如，图4中的光学元件414对应于图1a中示出的光学元件114。
132.基体部402a和上主体部402b可释放地接合，以形成与图1a中示出的主体102对应的两部分的主体。
133.光学元件414可以是包括多个透镜元件的复合透镜。光学元件414由基体部402a和上主体部402b所形成的两部分的主体支承。
134.光学元件414以使得光学元件414能够(相对于上主体部402b)在由箭头204指示的方向上自由移动的方式耦接至上主体部402b。为了利于这样的移动，在光学元件414与上主体部402b之间形成间隙202。例如，上主体部402b可以包括使得光学元件414能够相对于上主体部402b自由移动的音圈马达(vcm)。因此，上主体部402b和光学元件414以与图2d中示出的主体102和光学元件214类似的方式布置。
135.第二摄像装置模块400还包括至少一个光导418。将认识到，其他实施方式可以具有不同数目的光导。光导418被布置成接收来自孔径404的光的没有入射在光学元件414上的一部分，并且将来自孔径404的光的没有入射在光学元件414上的所述一部分引导到环境光传感器408。
136.在光学元件414与上主体部402b之间形成的间隙202与光导418一起提供使得环境辐射能够传播到环境光传感器408的光路。在一些现有布置中，在下主体部402a中已经存在间隙，并且因此已知在上主体部402a和下主体部402b周围提供金属光遮挡。将认识到，对于这样的布置，可以在所述金属光遮挡中形成光导418。
137.光学元件414由基体部402a和上主体部402b所形成的两部分的主体可移动地支承。特别地，当基体部402a和上主体部402b彼此接合时，光学元件414被保持固定在其间(允许一些有限范围的移动)。基体部402a和上主体部402b可以被认为提供支承结构。
138.如现在所讨论的，参照图5，在图1a中示出的装置100a的一些实施方式中，至少一个光导118被布置成接收来自孔径104的光的被光学元件114透射并且没有入射在图像传感器106上的一部分，并且将光的所述一部分光引导到环境光传感器108。这样的布置如图1a所示。
139.一般地，摄像装置模块中的光学元件114具有圆形的几何形状，并且如图5所示，可操作以在图像传感器106的平面502(其可以称为图像平面)内形成视场的圆形图像500。然而，通常图像传感器106包括矩形的感测元件的阵列。因此，矩形图像传感器106仅对圆形图像500的矩形部分504进行采样(并且可以被认为对圆形图像500进行裁剪)。通常，图像平面502的位于图像传感器外的一部分被设置有黑色材料，以使入射在其上的光的吸收最大化。在一些实施方式中，至少一个光导118从图像平面502的一部分上的一个或更多个位置506延伸，该部分位于由光学元件114形成的圆形图像500内但在由图像传感器106采样的矩形部分504外。例如，可以用透明材料(或一个或更多个孔径)代替黑色材料的至少一部分。
140.在替选方案中，在一些实施方式中，可以在图像平面502中在位于由光学元件114形成的圆形图像500内但位于由图像传感器106采样的矩形部分504外的一个或更多个位置506内设置一个或更多个环境光感测元件。这样的布置如图1d所示。
141.现在参照图6a和图6b讨论图1b中示意性地示出的装置100b的具体实现方式。
142.如上所述，在图1b中示意性地示出的装置100b中，图像传感器106被布置成接收来自孔径104的辐射，并且环境光传感器108被布置成接收所述辐射的被图像传感器106透射的一部分。这样的实施方式利用图像传感器106可以透射入射在其上的光的一部分的事实。可以使用足够敏感的环境光传感器108来测量该透射光。可以使用适当的校准算法来克服由于硅透射率特性而引起的光谱失真。有利地，图像传感器106可以用作漫射器，其可以改善环境光传感器108的视场。
143.在一些实施方式中，图像传感器106和环境光传感器108各自被设置在多层堆叠的cmos传感器的不同管芯中。
144.多层堆叠的cmos传感器包括两层堆叠的cmos传感器和三层堆叠的cmos传感器。
145.图6a中示出了两层堆叠的cmos传感器600。两层堆叠的cmos传感器600包括接合至逻辑电路管芯604的像素管芯602。像素管芯602包括包含感测元件的阵列的中央部分606和外围部分608。双层堆叠的cmos传感器600的像素管芯602可以例如使用背面照明(bsi)技术。类似地，逻辑电路管芯604包括包含逻辑电路的中央部分610和外围部分612。像素管芯602和逻辑电路管芯604使用硅通孔(tsv)互连。特别地，像素管芯602的外围部分608连接至逻辑电路管芯604的外围部分612。
146.图6b中示出了三层堆叠的cmos传感器614。三层堆叠的cmos传感器614也包括像素管芯602和逻辑电路管芯604。另外，三层堆叠的cmos传感器614还包括在像素管芯602与逻辑电路管芯604之间的存储器管芯616。存储器管芯616包括包含存储器电路(例如，提供动态随机存取存储器dram)的中央部分618和外围部分620。像素管芯602和存储器管芯616使用硅通孔(tsv)互连。特别地，像素管芯602的外围部分608连接至存储器电路管芯616的外围部分620。存储器管芯616和逻辑电路管芯604使用硅通孔(tsv)互连。特别地，存储器管芯616的外围部分620连接至逻辑电路管芯604的外围部分612。
147.在一些实施方式中，图像传感器106包括多层堆叠的cmos传感器600、614的像素管芯602，并且环境光传感器108被设置在多层堆叠的cmos传感器600、614的其他管芯604、616上。
148.在一些实施方式中，环境光传感器108被设置在多层堆叠的cmos传感器600、614的存储器管芯616或逻辑电路管芯604上。例如，环境光传感器108可以被设置在多层堆叠的cmos传感器600、614的其他管芯604、616的外围部分612、620上。
149.在一些实施方式中，可以在像素管芯602的外围部分608和/或存储器管芯616的外围部分620中设置附加的硅通孔(其可以设置有或可以不设置有金属)，以增加光对于环境光传感器108的透射。
150.可以在包括任何类型的移动电子设备例如移动电话、平板计算机或膝上型计算机的许多不同的应用中采用本公开内容的实施方式。
151.附图标记列表：
152.100a根据本公开内容的第一装置
153.100b根据本公开内容的第二装置
154.100c根据本公开内容的第三装置
155.100d根据本公开内容的第四装置
156.102主体
157.104孔径
158.106图像传感器106
159.108环境光传感器
160.110印刷电路板(pcb)
161.112孔、通孔或孔径
162.114光学元件
163.116光谱滤波器
164.118至少一个光导
165.200凸缘
166.202光学元件与主体之间的间隙
167.204指示光学元件相对于主体的移动的箭头
168.300第一摄像装置模块
169.302主体
170.304孔径
171.306图像传感器
172.308环境光传感器
173.310印刷电路板(pcb)
174.314光学元件
175.316红外滤波器
176.318多个光导
177.320(光学元件的)光轴
178.322与光导对应的位置
179.400第二摄像装置模块
180.402a上主体部
181.402b下主体部
182.404孔径
183.406图像传感器
184.408环境光传感器
185.410印刷电路板(pcb)
186.414光学元件
187.416红外滤波器
188.418光导
189.500由光学元件形成的圆形图像
190.502图像平面
191.504由图像传感器采样的圆形图像的矩形部分504
192.506位于由光学元件形成的圆形图像内但在由图像传感器采样的矩
193.形部分外的图像平面的一部分上的位置
194.600两层堆叠的cmos传感器
195.602像素管芯
196.604逻辑电路管芯
197.606像素管芯的中央部分
198.608像素管芯的外围部分
199.610逻辑电路管芯的中央部分
200.612逻辑电路管芯的外围部分
201.614三层堆叠的cmos传感器
202.616存储器管芯
203.618存储器管芯的中央部分
204.620存储器管芯的外围部分
205.将认识到，如本文中所使用的，术语“屏幕”、“显示器”和“显示
206.屏幕”是彼此的同义词，并且可以互换使用。
207.本领域技术人员将理解，在前述描述和所附权利要求中，诸如“上方”、“沿着”、“侧”等的位置术语是参考诸如附图中所示的概念图示的概念图示而做出的。为了便于参考而使用这些术语，但是这些术语不旨在是限制性本质的。因此，这些术语应被理解为指的是当处于如附图中所示的取向时的对象。
208.尽管已经根据如上所述的优选实施方式描述了本公开内容，但是应当理解，这些实施方式仅是说明性的，并且权利要求不限于这些实施方式。本领域技术人员将能够根据本公开内容进行修改和替换，这些修改和替换被认为落入所附权利要求的范围内。本说明书中公开或示出的每个特征可以单独地或以与本文中公开或示出的任何其他特征的任何适当组合的方式结合在任何实施方式中。