具体实施方式

一般来说，本公开中描述的光电模块具有光传感器，并且还可以包括照明源，每个照明源可以例如在相应的晶粒(例如，集成电路半导体芯片)中实现。在一些情况下，由照明源产生的光从模块向物体发射，该物体将一部分光反射回模块，在该模块处光可以在光接收器处被检测到。在一些情况下(例如，对于手势识别)，期望能够检测在模块中检测到的光是从哪个方向被接收的。

图1示出了传感器模块10的示例，传感器模块10包括能够操作来产生光的照明源12和能够操作来感测由照明源12产生的波长(例如，红外(IR)、近红外、可见光或紫外(UV))的光的光传感器14。照明源可以包括一个或多个发光器，发光器的例子包括发光二极管、红外发光二极管、有机发光二极管、红外激光二极管、垂直腔表面发射激光器(verticalcavity surface emitting laser，VCSEL)和这些器件的阵列。在一些情况下，模块包括通过折射和/或衍射和/或反射来重定向光的无源光学部件(例如，透镜、棱镜、镜子)。照明源12和光传感器14的晶粒可以安装并电耦合到主机设备(例如，诸如智能电话、平板电脑、可穿戴设备、个人数字助理(PDA)或个人计算机的便携式计算设备)的印刷电路板(printedcircuit board，PCB)18。根据实施方式，电连接可以包括晶粒焊盘、表面安装连接、线接合或焊球中的一个或多个。

在图示的例子中，照明源12和光传感器14被间隔物或外壳壁20横向包围，在一些情况下，间隔物或外壳壁20对于由照明源12产生并由光传感器14感测的波长是不透明的。内壁22可以将照明源12和光传感器14彼此分开，这有助于减少内部光学串扰。在一些实施方式中，内壁22可以不存在。模块10可以布置在例如主机设备的盖玻璃24的背面25的后面。

为了提供方向灵敏度，光传感器14包括布置在相同孔径下方的多个光敏元件(即，两个或更多个)，使得每个光敏元件具有不同于其他光敏元件的视场(field of view，FOV)的视场。图2和3示出了一个例子，下面将更详细地讨论。

如图2和3所示，光传感器14包括布置在相同孔径32下方的多个光敏元件30(即，两个或更多个)。光敏元件30可以实现为例如钉扎二极管、光电二极管、单光子雪崩二极管(single-photon avalanche diodes，SPAD)或其他光检测设备。在某些情况下，钉扎二极管由于其小的体积是特别有利的。例如，对于一些移动相机传感器，像素尺寸可以是大约1.1μm×1.1μm。不同的尺寸，包括更小的钉扎二极管(例如，0.2μ×0.2μm)，可以在其他实施方式中使用。光敏元件30可以被排列为例如MxN阵列(其中M和N中的每一个都大于1)或线性阵列。例如，图3示出了光敏元件30的3×4阵列，尽管也可以使用尺寸阵列。在其他情况下，光敏元件30可以以一些其他配置来进行排列。

总的来说，光敏元件30应该布置在比孔径32的横截面积大的区域(即，布置在平行于基板18的平面的平面中)(例如，参见图3)。这样，每个光敏元件30具有不同于其他光敏元件的视场的视场。图2示出了一个光敏元件30的FOV 34。尽管光敏元件30的各个视场彼此不同，但是它们可以部分地重叠。

如图4所示，孔径32可以通过直接在其中形成光敏元件的半导体(例如硅)基板上沉积一个或多个金属层36来限定。图4示出了三个光敏元件30A、30B、30C各自的视场34A、34B、34C。在图示的例子中，顶部金属层36A具有限定孔径32尺寸的开口。在一些情况下，光敏硅表面和顶部金属层36A之间的距离约为1μm。不同的值可能适用于其他实施方式。通过一个或多个金属层的堆叠形成孔径的一个优点是，它允许使用标准的CMOS工艺形成孔径。然而，在一些实施方式中，孔径可以以其他方式形成。例如，孔径32可以由黑色掩模过滤器中的小开口限定(例如，如果到光敏元件的距离相对较大，例如在5-10μm的范围内)。在其他实施方式中，可以使用能够阻挡入射光的一些其他层(例如，白色或反射过滤器)来限定孔径32。

由光传感器14感测到的信号可以由电子控制单元(ECU)28(见图1)读出和处理，该电子控制单元28或者在传感器模块10本身中，或者在模块所布置的主机设备中。电子控制单元28可以被实现为例如集成电路芯片或其他处理器，并且可以包括存储在存储器中的软件。电子控制单元28可以包括适当的逻辑和/或其他硬件组件(例如，读出寄存器；放大器；模数转换器；时钟驱动器；时序逻辑；信号处理电路；和/或微处理器)。在一些情况下，电子控制单元28(或其一部分)可以集成到与光传感器22相同的IC芯片中。

除了别的以外，电子控制单元28能够操作来确定，在模块10中，检测到的光是从哪个方向接收的。例如，这可以通过识别哪个光敏元件30生成最大的输出信号(例如，在考虑噪声或光学串扰之后)并使用该信息以及存储的关于特定光敏元件30的FOV的信息来识别入射光的方向来实现。在一些情况下，不止一个光敏元件30可以在同一时期检测信号。然后，电子控制单元28可以基于例如信号的相对幅度来分析光敏元件30输出的信号，并使用该信息以及光敏元件的视场的存储的知识来估计检测到的光是从哪个方向接收的。在一些情况下，电子控制单元28能够操作来处理来自光敏元件30的信号，以确定光是漫射的还是来自一个或多个光源(例如聚光灯)。

光是从哪个方向接收的知识可以增加电子控制单元28可获得的关于检测到的光的信息。这种知识可以用于一系列不同的应用，包括例如手势识别、接近感测、环境光感测、颜色感测和飞行时间(TOF)以及距离感测。

例如，手势识别在游戏、医疗保健、自动化、汽车和消费电子领域的便携式和可穿戴设备中变得突出。在手势识别的情况下，电子控制单元28可以提供感知计算用户界面，该界面允许设备以非接触方式捕捉人类手势并将其解释为命令。例如，电子控制单元28可以使用从光敏元件输出信号获得的方向信息以及其他信息来确定用户手指或手的物理运动。在一些情况下，上述用于光传感器14的技术可以促进不需要光学透镜或特殊封装的超低成本解决方案。例如，小尺寸可以特别适合耳塞，其中手势传感器可以用于控制声音(例如，响度、静音或关闭)，而不需要用户触摸设备。

在接近传感器的情况下，在某些情况下，知道检测到的光来自哪个方向可以帮助区分接收到的光的哪些部分来自串扰、来自主机设备的盖玻璃或盖玻璃上的污点的反射、或者来自主机设备前面的目标。

在环境光传感器的情况下，在某些情况下，知道检测到的光来自哪个方向可以有助于确定反射有多强以及环境光可能在多大程度上使主机设备的用户失明。电子控制单元28可以配置有智能算法，以基于环境光条件调节例如主机设备显示屏的亮度。

在颜色传感器(例如，红色、绿色、蓝色和透明)的情况下，在某些情况下，知道检测到的光来自哪个方向可以帮助电子控制单元28估计来自不同方向的光的色温。对于接近完美的白平衡，对光线条件的详细了解可以提供显著的优势。例如，这种知识可能表明一侧有漫射光或强光。

在TOF传感器的情况下，在某些情况下，知道检测到的光来自哪个方向可以允许传感器识别不同方向的目标，这可以促进超低成本的多区域传感器，其中不需要透镜。

上述类型的传感器可以集成到例如智能手机或其他便携式主机计算设备(例如，平板电脑、可穿戴设备、个人数字助理(personal digital assistant，PDA)或个人计算机)中。参考的这种设备的设计可以包括一个或多个处理器、一个或多个存储器(例如，随机存取存储器RAM)、存储装置(例如，磁盘或闪存)、用户接口(其可以包括例如键盘、薄膜晶体管液晶显示器TFT LCD或OLED显示屏、触摸或其他手势传感器、照相机或其他光传感器、罗盘传感器、3D磁力计、三轴加速度计、三轴陀螺仪、一个或多个麦克风等。连同用于提供图形用户界面的软件指令)、这些元件(例如，总线)之间的互连以及用于与其他设备(可以是无线的，例如GSM、3G、4G、CDMA、WiFi、WiMax、Zigbee或蓝牙，和/或有线的，例如通过以太网局域网、T-1互联网连接等)通信的接口。

本说明书中描述的主题和功能操作的各个方面(例如，与电路28相关的方面)可以在数字电子电路中实现，或者在计算机软件、固件或硬件中实现，包括本说明书中公开的结构及其结构等同物，或者在它们中的一个或多个的组合中实现。因此，本说明书中描述的主题的各方面可以实现为一个或多个计算机程序产品，即编码在计算机可读介质上的计算机程序指令的一个或多个模块，用于由数据处理设备执行或控制数据处理设备的操作。计算机可读介质可以是机器可读存储设备、机器可读存储基底、存储设备、实现机器可读传播信号的物质组合，或者它们中的一个或多个的组合。除了硬件之外，该装置可以包括为所讨论的计算机程序创建执行环境的代码，例如构成处理器固件的代码。

计算机程序(也称为程序、软件、软件应用程序、脚本或代码)可以用任何形式的编程语言编写，包括编译或解释语言，并且它可以以任何形式部署，包括作为独立程序或作为模块、组件、子例程或适合在计算环境中使用的其他单元。计算机程序不一定对应于文件系统中的文件。程序可以存储在保存其他程序或数据的文件的一部分中(例如，存储在标记语言文档中的一个或多个脚本)，存储在专用于所讨论的程序的单个文件中，或者存储在多个协同文件中(例如，存储一个或多个模块、子程序或部分代码的文件)。计算机程序可以被部署为在一台计算机上执行或在位于一个站点或分布在多个站点并通过通信网络互连的多台计算机上执行。

本说明书中描述的过程和逻辑流程可以由一个或多个可编程处理器执行，该处理器执行一个或多个计算机程序，以通过对输入数据进行操作并生成输出来执行功能。这些过程和逻辑流程也可以由专用逻辑电路来执行，并且设备也可以被实现为专用逻辑电路，例如，现场可编程门阵列FPGA(field programmable gate array)或专用集成电路ASIC(application specific integrated circuit)。

适于执行计算机程序的处理器包括，例如，通用和专用微处理器，以及任何类型的数字计算机的任何一个或多个处理器。通常，处理器将从只读存储器或随机存取存储器或两者接收指令和数据。计算机的基本元件是用于执行指令的处理器和一个或多个用于存储指令和数据的存储设备。适于存储计算机程序指令和数据的计算机可读介质包括所有形式的非易失性存储器、介质和存储设备，包括例如半导体存储设备，例如EPROM、EEPROM和闪存设备；磁盘，例如内部硬盘或可移动磁盘；磁光盘；CD ROM和DVD-ROM盘。处理器和存储器可以由专用逻辑电路来补充或结合在其中。

虽然本说明书包含许多细节，但是这些细节不应该被解释为对本发明的范围或可能要求保护的内容的限制，而是对本发明特定实施例的特征的描述。本说明书中在单独实施例的上下文中描述的某些特征也可以在单个实施例中组合实现。相反，在单个实施例的上下文中描述的各种特征也可以在多个实施例中单独实现或者以任何合适的子组合实现。此外，尽管特征可以在上文中被描述为在某些组合中起作用，并且甚至最初被要求保护，但是在一些情况下，要求保护的组合中的一个或多个特征可以从该组合中删除，并且要求保护的组合可以指向子组合或子组合的变体。

已经描述了许多实现。然而，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种修改。因此，其他实施方式也在权利要求的范围内。