輻射傳感器、組合的鄰近和環境光傳感器以及移動通信設備的制作方法

專利名稱：輻射傳感器、組合的鄰近和環境光傳感器以及移動通信設備的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及 輻射傳感器、組合的鄰近和環境光傳感器以及包括這種輻射傳感器或者組合的鄰近和環境光傳感器的移動通信設備。
背景技術：
環境光傳感器典型地(例如，與照相機模塊圖像傳感器相比)包括相對少量(例如，IOX 10陣列)的曝光敏感像素，以用于提供環境光水平的指示。由于環境光傳感器不必能夠捕獲清晰的圖像，所以僅需要少量的像素。環境光傳感器在許多應用中使用，這些應用包括移動通信設備(諸如移動電話和PDA)、膝上式電腦、臺式電腦、網絡照相機等。鄰近傳感器典型地包括輻射源和對應的檢測器，該檢測器也包括相對少量的曝光敏感像素。鄰近感測通過以下實現從輻射源發射光；捕獲由物體反射回到檢測器的光；以及處理所反射的光以確定物體的鄰近。鄰近傳感器也在許多應用中使用，這些應用包括移動通信設備和車輛停放傳感器。環境光傳感器和鄰近傳感器典型地形成在具有單獨的傳感器窗口的單獨的芯片上。因此，當它們兩者在單個設備中一起使用時，單獨的環境光傳感器和鄰近傳感器具有單獨的占用面積，并且要求在設備外殼中的單獨的傳感器窗口。
實用新型內容本公開的第一方面提供了一種輻射傳感器，包括一個或者多個第一像素和一個或者多個第二像素；設置在第一像素和第二像素之上并且具有第一視場的第一光學元件；以及設置在一個或者多個第二像素之上并且具有第二視場的第二光學元件，該第二光學元件定位在第一光學元件與一個或者多個第二像素之間，其中第一視場基本上比第二視場窄，并且基本上位于第二視場內。典型地，第一光學元件定位在第二光學元件的視場內。優選地，第一像素和第二像素形成在共同的襯底上。更優選地，第一像素和第二像素為同一像素陣列的部分。在一個實施例中，一個或者多個第一像素與一個或者多個第二像素鄰近。這些特征最小化了輻射傳感器的占用面積。這例如在空間有限的移動通信設備的設計中是有利的。一個或者多個第一像素的視場基本上由所述第一像素元件決定，而第二像素的視場(或者組合的所有第二像素的視場)基本上由所述第二光學元件決定。因此，第一像素和第二像素可以用于要求不同視場的不同功能。例如但是并非排它的，根據本公開的第一方面的輻射傳感器與輻射源(輻射源可以設置在與第一像素和第二像素相同的封裝中，或者設置在單獨的封裝或單獨的封裝隔間中)組合時可以用作組合的輻射和鄰近傳感器。典型地，第一光學元件和/或第二光學元件包括一個透鏡、多個透鏡或者折射性光學兀件。優選地，第一光學元件與第二光學元件之間的最短距離基本上等于第一光學元件的焦距。在該情況中，一個或者多個第二像素對第一光學元件的出射光瞳進行成像。這樣，一個或者多個第二像素對第一視場內的入射在傳感器上的光進行成像，就像基本上省略了第一光學元件一樣。即，最小化了第一光學元件對由一個或者多個第二像素檢測到的光水平的影響。附加地或者備選地，第二光學元件與一個或者多個第二像素中的一個之間的最短距離小于第一光學元件與所述第二像素之間的最短距離。在一個優選的實施例中，一個或者多個第二像素包括感測表面，并且第二光學元件形成在一個或者多個第二像素的感測表面上。典型地，輻射吸收濾波器設置在第二光學元件與一個或者多個第二像素之間。這最小化了由第二像素檢測到的帶內環境輻射，從而最小化了散粒噪聲。典型地，第二光學元件包括回流的(reflowed)光阻劑。這是有利的，因為第二光學元件的制造可以被集成到現有的像素制造工藝中。在一個實施例中，第二光學元件具有露出的凸面。第二光學元件可以包括一個或者多個露出的凸面，以用于將輻射匯聚到一個或者多個第二像素中的相應一個上。在一個優選的實施例中，第二視場具有基本上在25°到45°之間的半角。典型地，第二光學元件包括顯微透鏡。優選地，該傳感器包括多個第一像素。附加地或者備選地，該傳感器包括多個第二像素。在該情況中，第二光學元件可以包括多個透鏡狀元件。每個透鏡狀元件可以被設置在相應的第二像素之上。優選地，每個相應的透鏡狀元件的主光軸相對于每個相應的第二像素的主光軸偏移。典型地，透鏡狀元件是顯微透鏡。優選地，第一透鏡狀元件的視場與第二透鏡狀元件的視場交疊。第一光學元件典型地具有露出的凸面。在一個優選實施例中，第一光學元件安裝在第一像素和第二像素之上。在該情況中，第一光學元件典型地安裝在基本上透明的底座上。第一像素和第二像素優選地是單光子雪崩檢測器。然而，將理解，像素可以是任何其它備選的檢測器，諸如可以例如配置在光傳導模式中的硅光電二極管。優選地，該傳感器包括用于從第一像素讀取信號的第一讀出電路，以及用于從第二像素讀取信號的、與第一讀出電路不同的第二讀出電路。優選地，第一像素和/或第二像素設置有濾波器，這些濾波器透射基本上未衰減的第一波長的輻射并且阻止第二波長的輻射。在這兩種像素都設置有濾波器的情況中，針對第一像素設置的濾波器透射基本上未衰減的第一波長的輻射并且阻止第二波長的輻射，而針對第二像素設置的濾波器阻止第一波長的輻射并且透射基本上未衰減的第二波長的輻射。本公開的第二方面提供了組合的鄰近和環境光傳感器，其包括一個或者多個第一像素和一個或者多個第二像素；設置在第一和第二像素之上并且具有第一視場的第一光學元件；以及設置在一個或者多個第二像素之上并且具有第二視場的第二光學元件，第二光學元件定位在第一光學元件與一個或者多個第二像素之間，其中第一視場基本上比第二視場窄，并且基本上位于第二視場內。在一個實施例中，本公開的第二方面的組合的鄰近和環境光傳感器還包括輻射源。該輻射源可以設置在第一傳感器封裝隔間中，并且第一像素和第二像素設置在與第一傳感器封裝隔間光學上隔離的第二傳感器封裝隔間中。本公開的第三方面提供了一種移動通信設備，其包括根據本公開的第一方面的輻射傳感器或者根據本公開的第二方面的組合的鄰近和環境光傳感器。

現在將參照附圖僅通過實例的方式對本實用新型的實施例進行描述，在附圖中圖I是包括組合的鄰近和環境光傳感器和顯示器的移動通信設備的示意圖；圖2示出了在單個芯片上形成的組合的鄰近和環境光傳感器；圖3是圖2的傳感器封裝的檢測器隔間的示意性側視圖；圖4示出了可以設置在環境光感測像素之上的兩個示例性可見光帶通光學濾波器的頻譜響應；圖5示出了可以設置在鄰近感測像素之上的示例性IR-帶通濾波器的頻譜響應；圖6是形成在像素的感測表面上的顯微透鏡的示意性剖視圖；圖7至圖10圖示了多個顯微透鏡的制造工藝；圖11示出了本公開的一個備選實施例，其包括多個環境光感測像素，其中每個環境光感測像素被具有不同視場的顯微透鏡覆蓋；圖12是圖示了相移提取方法的波示意圖；圖13圖示了基于SPAD的鄰近傳感器的可能的實現方式；以及圖14是基于SPAD的鄰近傳感器的框圖。
具體實施方式
簡介由于對移動通信設備的外殼內的空間的不斷增長的競爭，期望的是將環境光傳感器和鄰近傳感器的功能組合在單個圖像傳感器芯片上。然而，這些功能具有相互矛盾的需求。例如，如以下說明的，環境光傳感器要求寬的視場，而鄰近傳感器要求窄的視場。由于這些競爭需求，環境光傳感器和鄰近傳感器典型地形成在具有單獨的傳感器窗口的單獨芯片上，這些芯片具有大的組合占用面積。因此，存在如下需要，即解決這些競爭的需求，從而使得環境光感測功能和鄰近感測功能可以組合在單個芯片上。圖I示出了包括顯示器2、控制器4以及組合的鄰近和環境光傳感器10的移動通信設備1，該移動通信設備諸如移動電話、移動智能電話或者PDA。如以下描述的那樣，傳感器10的鄰近感測功能和環境光感測功能組合在單個圖像傳感器芯片上，并且共享在移動通信設備I的外殼中的單個傳感器窗口 11。應當理解，組合的環境光和鄰近傳感器10的占用面積基本上小于典型的單個環境光傳感器和鄰近傳感器的組合的占用面積。組合的鄰近和環境光傳感器圖2是組合的鄰近和環境光傳感器10的透視圖，該傳感器包括安裝在共同的封裝基座14上的輻射源12和輻射檢測器13，該共同的封裝基座14對于由輻射源12發射的輻射不透明。輻射源12可以例如(但是并非排它地)是在紅外光譜區域(例如，在850nm)發射的經調制的發光二極管(LED)或者半導體激光二極管。在以下描述中，將假定源28是具有在850nm左右的發射光譜的LED。源12和檢測器13設置在單獨的傳感器封裝隔間15、16中，每個隔間包括從基座14豎直向上延伸的四個壁。源12和檢測器13由隔間15、16的相對的壁而彼此光學隔離，其中相對的壁對由源12發射的輻射不透明。定制的半球形準直透鏡17設置在源12之上，而包括半球形主收集透鏡19的、基本上透明的(即，對由源12發射的輻射透明)覆蓋玻璃18設置在檢測器13之上。圖3是容納檢測器13的傳感器封裝隔間16的示意圖。檢測器13包括形成在襯底23之上的像素陣列22。定位在陣列22中的所有像素之上的主透鏡19具有用于將入射光匯聚到像素陣列22之上的的、露出的半球狀(凸)面。像素陣列22的像素具有面向主透鏡19的下側的光敏感(感測)表面29。像素陣列22優選地包括相鄰的單光子雪崩檢測器(SPAD)的陣列。SPAD是基于超過其擊穿區域而偏置的P-η結器件。高的反向偏置電壓生成足夠量級的電場，從而使得引入到該器件的耗盡層中的單個電荷載流子可以引起經由碰撞離子化的自給雪崩。主動或者被動地淬滅雪崩，以允許該器件“復位”以便檢測進一步的光子。可以借助于擊中高電場 區域的單個入射光子而光電地生成初始電荷載流子。該特征導致了名稱“單光子雪崩二極管”。該單光子檢測操作模式通常稱作“蓋革(Geiger)模式”。備選地，像素陣列22可以備選地包括任何其他合適的輻射傳感器，諸如配置在光傳導模式中的娃光電二極管。像素陣列22包括至少一個環境光感測像素30，以及至少一個鄰近感測像素32，這兩者像素兩者都設置在共同的芯片襯底23上，但是具有單獨的信號讀出電路。像素30、32可以彼此相鄰。本發明人已經發現，可以采用在陣列內的環境光感測像素30和鄰近感測像素32的幾乎任何布置來實現可靠的環境光和鄰近感測。這是由于陣列22與由透鏡19匯聚在陣列上的輻射斑相比較小。然而，至少一個環境光感測像素30優選地定位在陣列的中心，或者該陣列的中心附近(即，基本上與主透鏡的主光軸對準)，以保持環境光感測像素的視場的部分對著主透鏡中心。具有在可見光電磁頻譜中的通帶的光學帶通濾波器可以設置在環境光感測像素30之上。在圖4中示出了兩個示例性濾波器的頻譜響應。在一個實施例中，濾波器可以包括與人眼的適光(photopic)響應相匹配的通帶33(即，通帶33包括在513nm至608nm之間的波長區域)。備選地，濾波器可以是包括透射具有在綠色可見光附近的波長的輻射的通帶34的綠光帶通濾波器。在圖4中示出的綠光帶通濾波器響應是不太優選的，這是由于其也透射具有在SOOnm之上的波長的紅外輻射。該濾波器可以包括有機光阻劑材料中攜帶的顏料，并且可以通過光刻沉積并且圖形化在像素30上。可以在鄰近檢測像素32之上設置具有通帶的窄帶濾波器，該通帶(至少其一部分)與輻射源12的輸出頻譜相匹配。在圖5中示出了示例性濾波器的頻譜響應。在該情況中，該濾波器具有以850nm左右為中心的鐘形通帶，該通帶與輻射源12的通帶相匹配，并且阻止所有其他波長的輻射。優選地，該濾波器具有全寬半峰線寬度(full-width-half-maximum line-width),該線寬度小于福射源的發射頻譜的線寬度,從而最小化由鄰近檢測像素32檢測的帶內環境輻射的量。如上所述，該濾波器可以包括有機光阻劑材料中攜帶的顏料，并且可以通過光刻沉積并且圖形化在像素30上。[0055]輔透鏡36定位在環境光感測像素30之上，輔透鏡定位在主透鏡19與環境光感測像素30之間。主透鏡19與輔透鏡36之間的最短距離d(見圖3)優選地基本上等于主透鏡19的焦距fprimary。這將在下文說明。在圖2的實施例中，輔透鏡可以是包括露出的半球形(凸)面的顯微透鏡。本領域技術人員將理解，多個環境光感測像素30和鄰近感測像素32可以設置在像素陣列22中，每個環境光感測像素設置有輔透鏡36 (并且每個鄰近感測像素32并未設置有這樣的輔透鏡36)。顯微透鏡 如圖6所示的顯微透鏡36是形成在環境光感測像素30的感測表面29上并且與其緊密接觸的三維(基本上透明的)結構，該顯微透鏡36用于將入射輻射37聚集朝向像素的所述感測表面29 (基本上定位在像素的中心處)。顯微透鏡具有的特征尺度(直徑)比主透鏡19的尺寸小一個或者多個(多達例如6個或者7個)量級。此外，如以下所說明的那樣，顯微透鏡在形成像素陣列本身的一個制造步驟中形成，并且因此被認為是像素陣列的“一部分”。它們是像素陣列的設計特征，該設計特征用于最大化像素在陣列中的填充因子。圖6也示出了在相鄰像素30的感測表面29之間延伸的像素電路39。顯微透鏡可以分布在陣列22中的多個像素之上(每個像素上一個顯微透鏡)，以形成多個環境光感測像素30(參見以下描述的附圖11)。例如但是非排它地，可以將環境光感測像素30的4x4陣列形成為像素陣列22的一部分。備選地，顯微透鏡可以設置在單個像素30之上。顯微透鏡通過將光阻劑材料沉積在像素的感測表面上形成。這在圖7中示出，圖7中示出了光阻劑沉積在每個像素的感測表面上的4x4像素陣列。已經使用光刻(與像素結構對準)對光阻劑進行圖形化，并且對其進行刻蝕以形成在圖7中示出的結構。形成了光阻劑的列部分39的網格(每個像素一個網格)，每個網格具有寬度W1，并且隔開距離SI。圖8示出了經過在圖7中圖示的線A-A’的橫截面。每個列部分39具有高度Hl。顯微透鏡典型地與傳感器的間距相匹配，即傳感器像素距離等于S1+W1。在一個實施例中，這可以為4μηι-10μηι。然后通過加熱使光阻劑發生形變直至其在稱為回流工藝的過程中熔化為止。這通過在相對低的溫度(例如，200°C)—低于硅的典型制造溫度(硅在該溫度下制成像素22)，從而使得硅未被破壞。當顯微透鏡材料熔化時，表面張力促使其形成半球。圖9和圖10圖示了在通過加熱工藝使顯微透鏡發生形變之后的顯微透鏡。在加熱工藝之后，列部分39具有寬度W2，并且隔開距離S2。圖10示出了沿B-B’的橫截面。每個列部分39在加熱之后具有高度H2。在該工藝期間，顯微透鏡之間的體積和距離保持不變。然而，形狀和高度確實改變，其中W2 > Wl并且S2 < SI。Hl決定H2，從其導出了顯微透鏡的匯聚特性和曲率。顯微透鏡之間的初始間隔SI是關鍵的。為了構建有效的顯微透鏡，如果SI太大，則這將減低顯微透鏡的光收集效率。然而，如果Si太小，則兩個相鄰的顯微透鏡將接觸，并且表面張力將阻止顯微透鏡正確地形成。術語“相鄰”在該上下文中用來意味著兩個顯微透鏡對應于在傳感器的陣列上的相鄰像素。在實踐中，如果兩個顯微透鏡是最接近的相鄰者，并且存在它們在熱作用下形變時融合的風險，則它們可以被視為是“相鄰”的。Si理想地盡可能小。然而，對于顯微透鏡的形成而言，實用的值為I μ rn-2 μ m。顯微透鏡優選地形成在可見光帶通濾波器(在提供了可見光帶通濾波器的情形下)的頂部，但是備選地可以形成在濾波器和像素30的感測表面之間。將理解，輔透鏡36不需要為顯 微透鏡，并且可以備選地采用任何其他適當的輔透鏡36。鄰近檢測像素32典型地不由輔透鏡覆蓋。視場鄰近檢測像素32 (沒有輔透鏡)的視場基本上由主透鏡19的特性決定，而環境光感測像素30的視場基本上由輔透鏡36的特性決定。更具體而言，主透鏡19為鄰近感測像素32提供由像素32的敏感區域朝向主透鏡19的中心的立體角決定的窄的視場。注意到，在提供了多個鄰近感測像素的情況下，傳感器的鄰近感測功能的視場作為一個整體也受鄰近感測像素32的數目和它們的間隔所影響。輔透鏡為環境光感測像素30提供了比鄰近感測像素寬的視場。這是由于環境光感測像素30距輔透鏡比鄰近感測像素32距主透鏡19近。更具體而言，輔透鏡36 (并且因此環境光感測像素30)的視錐半角Θ ALS(以及焦距fse_dmy)由顯微透鏡36的厚度以及環境光感測像素30的直徑決定。 ^secondary ^oxide/^oxideΘ ALS = tarT1 (ddetector/2fsecondary)其中fsecondary是輔透鏡36的焦距；Zraide是顯微透鏡的厚度；noxide是顯微透鏡的折射率；Θ ALS是環境光感測像素視錐的半角；以及ddetector是環境光感測像素檢測器的直徑。圖3圖示了主透鏡19 (以及因此的鄰近感測像素32)的較窄視場(或者視錐)40，以及輔透鏡36 (以及因此的環境光感測像素30)的較寬視場41。圖3中還示出了主透鏡19的視場40基本上位于輔透鏡36的視場41內。雙透鏡設計因此為環境光感測像素30提供了用于環境光感測的寬的視場，并且為鄰近檢測像素32提供了用于鄰近檢測的窄的視場。以下將詳細討論對此的原因。為了完整起見，注意到覆蓋玻璃18基本上不影響環境光感測像素30或者鄰近檢測像素32的視場。在圖11中圖示了用于實現針對環境光感測的寬的視場的備選方法，其中提供了多個環境光感測像素30 (在該情況中為陣列)。包括多個顯微透鏡43的光學元件42設置在環境光感測像素30之上，從而使得相應的顯微透鏡43定位在相應的像素30之上。每個顯微透鏡相對于其相應的像素30偏移不同的預定距離(即，每個相應的透鏡狀元件的主光軸相對于每個相應的環境光感測像素30的主光軸偏移)，以便為每個像素提供不同的視場。光學元件42還包括設置在相鄰顯微透鏡之間(并且在相鄰像素之間)的金屬分區44，以防止顯微透鏡43上的入射輻射被錯誤地引導到相鄰的像素30上。雖然圖11的顯微透鏡/像素組合的每個可以(但是不是必須具有)具有比圖3的顯微透鏡/像素組合窄的視場，但是相應的視場交疊以形成對可靠的環境光感測來說足夠寬的組合的視場。注意到，在該情況中，主透鏡19的視場基本上比像素30的組合的視場窄，并且基本上位于該組合的視場內。將理解，在鄰近感測像素32和環境光感測像素30被設 置為同一像素陣列的部分的情況下，光學元件42可以包括沒有顯微透鏡的空隙，而在該空隙中定位了鄰近檢測像素32。 在以下描述中，將假定采用圖3的實施例。然而，將理解，下文描述的原理也同樣可以適用于圖11的實施例。環境光感測回過來參考圖I，顯示器2的感知亮度可以被極端(非常暗或者非常亮)的環境光水平所影響。傳感器10的環境光感測功能為控制器4提供了環境光水平的指示，從而允許控制器4響應于環境光水平而修改顯示器2的亮度。環境光感測像素30要求寬的視場，這是由于必須在可以影響顯示器2的平坦表面的照明半球的至少顯著部分的范圍內檢測環境光水平。然而，已經發現，環境光感測像素30不必要具有跨顯示器2的表面的整個半球形(180° )視錐的視場。相反，環境光感測像素30可以具有與最有可能使顯示器的感知亮度變暗的角度范圍一致的視錐。典型地，在25°與45°之間的半角θ μ可以是足夠的。這意味著環境光感測像素30需要8 μ m直徑的檢測器，并且顯微透鏡36應當在鄰近感測像素32的敏感區域之上2. 7 μ m至5. 8 μ m之間。顯微透鏡和中間層的較薄的總厚度將導致較大的視錐。可以通過讀取(并且處理)由環境光感測像素30在其暴露給環境輻射時生成的電信號來簡單地執行環境光感測。再次參照圖3，輔透鏡36(以及因此的環境光感測像素30)的視場41包括三個區域外環X、與主透鏡19的視場相對應的中心區域40以及在外環X與中心區域40之間的內環W。入射到外環X內的環境光感測像素30上的光基本上不受主透鏡19的存在的影響。因此，入射到外環內的光直接入射在輔透鏡41上，而不受主透鏡19的影響。相反地，主透鏡19的存在基本上阻止入射到中心區域40和內環w內的光直接入射在輔透鏡36上。因此，典型地將存在對以下的關注，即主透鏡19的存在將顯著地使由環境光感測像素30檢測到的環境光水平失真。然而，本發明人已經意識到，環境光感測像素30對主透鏡19的出射光瞳進行成像。本發明人還意識到，通過相對于像素陣列22布置主透鏡19，使得主透鏡19與環境光感測像素30之間的最短距離基本上等于主透鏡19的焦距
，從而由在中心區域40內的環境光感測像素30成像的場景的有效出射率類似于(乃至等于)在外環X內未受主透鏡19影響的有效出射率。即，入射到傳感器I上的中心區域內的光將被環境光感測像素30視為就像基本上省略了主透鏡19 一樣。由于定位在環境光感測像素30之上的濾波器僅透射可見光，所以由環境光感測像素30生成的電信號僅與環境輻射的可見光內容成比例(所有其他環境輻射被濾波器所阻擋)。這是有益的，因為僅環境輻射的可見光內容(而例如不是紅外環境輻射)影響顯示器的感知亮度。因此，向控制器4提供了精確的反饋數據，以控制顯示器的亮度。如果環境光水平下降到某一閾值以下，則控制器4可以減小顯示器2的亮度。類似地，如果環境光水平增加超過不同的閾值，則控制器4可以增加顯示器2的亮度。注意到，由于主透鏡19的存在，窄的內環w對環境光感測像素30來說不“可見”。這可以通過將閾值的值改變到控制器4降低(和/或增加)顯示器2的亮度之下(和/或之上)來進行補償。然而，已經發現，在許多情況中這是不必要的。優選地，輻射源12在執行環境光感測時停用。這可以通過控制器4來完成。鄰近感測傳感器10也可以用來檢測物體到移動通信設備I的鄰近。這通過以下完成啟用 輻射源12以發射輻射；在傳感器10的鄰近檢測像素32處檢測由物體反射的輻射的一部分；以及用控制器4處理所反射的輻射以計算物體到移動通信設備I的鄰近。該計算例如可以基于直接的飛行時間測量(direct time of flight measurement)。然而,可以使用任何適當的備選方法，諸如相移提取方法(參見下文)。如果發現物理足夠靠近移動通信設備，則假定用戶正在進行呼叫，并且控制器4可以完全關閉顯示器2和/或停用該設備的一個或者多個用戶控制，以防止用戶無意地指示設備I執行任務。鄰近檢測像素32要求窄的視場，以最小化其捕獲的帶內環境輻射(即，在設置于鄰近檢測像素之上的窄帶濾波器內的輻射)。由于從輻射源發射(并且從檢測到其鄰近的物體反射回來)的輻射在要求的鄰近感測距離(典型地為O. Olm至O. 5m左右)范圍內被典型地引導到該窄的視場內，所以可以檢測到所反射的輻射的足夠數量，以克服(最小化的)帶內環境輻射水平，而不需要持續長時間來達到環境輻射水平的平均值。這允許使輻射源12的功耗最小化。作為使鄰近傳感器基于直接的飛行時間測量的備選，可以使用相移提取方法。該方案對于在鄰近檢測應用中的SPAD是有利的，并且很好地適于實現所概括的距離方程(參見下文)的系統。這典型地對背景環境條件來說也是穩健性的，并且可以適于允許變化的調制波形狀(即，正弦或者方波)。重要的是理解距離方程推導，這是由于其指示了 SPAD到相位提取緊鄰檢測的可用的簡易性。如下地根據光速和飛行時間(TOF)來確定距離s = ct其中s是距尚，c是光速,并且t是時間。對于鄰近感測系統而言，由于存在發送路徑和接收路徑的事實，所以距離加倍。這樣，在測距系統中測量的距離s由以下給出s = l/2ct由于光子TOF導致的時間偏移分量( = 依賴于(與從輻射源12發射的輻射相比)波形的調制頻率和相移量級。t =返回波形的偏移百分比XtMdpeH()d并且如果
tmod—period l/fmod， 則
φ It =—----
2π f φ~7 2;τ·/單位為弧度。然后，通過將以上方程代入起始方程，則“距離方程”表達如下[0107]
權利要求1.一種輻射傳感器，其特征在于包括 一個或者多個第一像素和一個或者多個第二像素； 設置在所述第一像素和所述第二像素之上并且具有第一視場的第一光學元件；以及 設置在所述一個或者多個第二像素之上并且具有第二視場的第二光學元件，所述第二光學元件定位在所述第一光學元件和所述一個或者多個第二像素之間，其中所述第一視場基本上比所述第二視場窄，并且基本上位于所述第二視場內。
2.根據權利要求I所述的輻射傳感器，其特征在于，所述第一光學元件定位在所述第二光學兀件的所述視場內。
3.根據權利要求I或者2所述的輻射傳感器，其特征在于，所述第一像素和所述第二像素形成在共同的襯底上。
4.根據權利要求I或者2所述的輻射傳感器，其特征在于，所述第一像素和所述第二像素是同一像素陣列的部分。
5.根據權利要求I或者2所述的輻射傳感器，其特征在于，所述一個或者多個第一像素與一個或者多個第二像素鄰近。
6.根據權利要求I或者2求所述的輻射傳感器，其特征在于，所述第一和/或所述第二光學元件包括透鏡、多個透鏡或者折射性光學元件。
7.根據權利要求I或者2所述的輻射傳感器，其特征在于，所述第一光學元件與所述第二光學元件之間的最短距離基本上等于所述第一光學元件的焦距。
8.根據權利要求I或者2所述的輻射傳感器，其特征在于，所述第二光學元件與所述一個或者多個第二像素中的一個像素之間的最短距離小于所述第一光學元件與所述第二像素之間的最短距離。
9.根據權利要求I或者2所述的輻射傳感器，其特征在于，所述一個或者多個第二像素包括感測表面，并且所述第二光學元件形成在所述一個或者多個第二像素的所述感測表面上。
10.根據權利要求I或者2所述的輻射傳感器，其特征在于，進一步包括在所述第二光學元件與一個或者多個第二像素之間的輻射吸收濾波器。
11.根據權利要求I或者2所述的輻射傳感器，其特征在于，所述第二光學元件包括回流的光阻劑。
12.根據權利要求I或者2所述的輻射傳感器，其特征在于，所述第二光學元件具有露出的凸面。
13.根據權利要求I或者2所述的輻射傳感器，其特征在于，所述第二視場具有基本上在25°至45°之間的半角。
14.根據權利要求I或者2所述的輻射傳感器，其特征在于，所述第二光學元件包括顯微透鏡。
15.根據權利要求I或者2所述的輻射傳感器，其特征在于，包括多個第一像素。
16.根據權利要求I所述的輻射傳感器，其特征在于，包括多個第二像素。
17.根據權利要求16所述的輻射傳感器，其特征在于，所述第二光學元件包括多個透鏡狀兀件。
18.根據權利要求17所述的輻射傳感器，其特征在于，每個透鏡狀元件設置在相應的第二像素之上。
19.根據權利要求18所述的輻射傳感器，其特征在于，每個相應透鏡狀元件的主光軸相對于每個相應的第二像素的主光軸偏移。
20.根據權利要求17-19中任一項所述的輻射傳感器，其特征在于，所述透鏡狀元件是顯微透鏡。
21.根據權利要求17-19中任一項所述的輻射傳感器，其特征在于，第一透鏡狀元件的視場與第二透鏡狀元件的視場交疊。
22.根據權利要求I或者2所述的輻射傳感器，其特征在于，所述第一光學元件具有露出的凸面。
23.根據權利要求I或者2所述的輻射傳感器，其特征在于，所述第一光學元件安裝在所述第一像素和所述第二像素之上。
24.根據權利要求I或者2所述的輻射傳感器，其特征在于，所述第一像素和所述第二像素是單光子雪崩檢測器。
25.—種組合的鄰近和環境光傳感器,其特征在于,包括 一個或者多個第一像素和一個或者多個第二像素； 設置在所述第一像素和所述第二像素之上并且具有第一視場的第一光學元件；以及 設置在所述一個或者多個第二像素之上并且具有第二視場的第二光學元件，所述第二光學元件定位在所述第一光學元件和所述一個或者多個第二像素之間，其中所述第一視場基本上比所述第二視場窄，并且基本上位于所述第二視場內。
26.根據權利要求25所述的組合的鄰近和環境光傳感器，其特征在于，進一步包括輻射源。
27.根據權利要求26所述的組合的鄰近和環境光傳感器，其特征在于，所述輻射源設置在第一傳感器封裝隔間中，并且所述第一像素和第二像素設置在與所述第一傳感器封裝隔間光學上隔離的第二傳感器封裝隔間中。
28.—種移動通信設備，其特征在于，包括根據權利要求1-24中任一項所述的輻射傳感器或者根據權利要求25-27中任一項所述的組合的鄰近和環境光傳感器。
專利摘要本申請提供了一種輻射傳感器，其包括一個或者多個第一像素和一個或者多個第二像素。第一光學元件設置在第一像素和第二像素之上，并且具有第一視場。第二光學元件設置在一個或者多個第二像素之上，并且具有第二視場。第二光學元件定位在第一光學元件與一個或者多個第二像素之間，其中第一視場基本上比第二視場窄，并且基本上位于第二視場內。
文檔編號G01J1/02GK202793585SQ201120465879
公開日2013年3月13日 申請日期2011年11月10日 優先權日2010年11月30日
發明者E·芬德萊 申請人:意法半導體(R&D)有限公司