光学模块的制作方法

本发明涉及一种光学模块，尤其是无透镜光学模块。

背景技术：

1、移动通信装置，例如智能手机、平板电脑、笔记本电脑和其他便携式计算装置，可包括记录三维图像、感知运动和/或手势的技术。数字记录方法使用各种类型的微型光学模块，这些模块与相机相互作用，以记录三维区域中的动态事件。这些光学模块能够是各种形式并且提供不同类型的功能。

2、为了创建一种能够显示信息并同时允许与信息交互的装置，需要将显示器与相机集成。双向显示器是已知的，其能够捕获和显示图像。一些已知的双向显示器使用lcd显示器，其在形成显示图像的传统作用和充当光学掩模之间交替。其他双向显示器使用集成在显示器的子像素上的小孔径。

技术实现思路

1、双向显示器的设计面临许多困难。

2、如果不使用光学器件，相机将无法正常工作(入射光线的强度及其方向，因为需要角度敏感像素)。此外，如果将透镜阵列等光学器件放置在显示器的顶部，则视图将会失真。如果折射光学器件被放置在显示器下方并位于显示器与图像传感器之间，则装置的厚度会增加(因为透镜)，并且该解决方案将焦点限制在固定距离。如果在表面放置掩模(如编码的掩模)，则显示屏可能会被部分遮挡。

3、使用在掩模与显示之间交替的lcd显示器的已知技术需要复杂的处理来控制显示模式与成像模式之间的切换。在显示器的子像素上集成小孔径的已知技术在生产和像素组装方面成本高昂，特别是当需要更复杂的掩模图案(例如ura掩模)时。经典透镜方法显然会扭曲显示的信息。实施宽带编码或衍射掩模的其他解决方案也会影响可见波长，模糊和扭曲视觉信息或对角度敏感，例如特定的薄层成分。多个交替折射率滤光片可能较厚，导致光学模块尺寸不理想

4、本公开解决了获取图像且同时不遮挡用户与所显示信息之间的视线的需求。

5、根据本公开的一个方面，提供了一种光学模块，其包括：显示器，包括发射可见光的发光元件；图像传感器层，包括红外光敏感元件；以及掩模层，被配置用于阻挡波长在红外光谱的一个或多个部分中的红外光并且通过可见光。

6、以这种方式，与使用多层基于折射率的反射镜的已知技术相比，不存在优先的入射角。即，掩模层在红外光谱中提供窄的且特定的阻挡特性并且对角度不敏感。掩模层能够阻挡与传感器层附近的光发射器发射的红外光的波长相对应的阻挡波长带中的红外光的波长。也就是说，掩模层防止图像传感器的红外光敏感元件被光发射器发射的杂散光致盲。

7、来自物体反射的光信号由掩模层进行预处理，然后由图像传感器层的红外光敏感元件捕获，从而使显示的图像不受干扰。也就是说，显示功能不会受到光学畸变的损害。

8、在一些实现方式中，光学模块是无透镜的(即，光学模块中不存在透镜)，使得光学模块能够有利地被制造得比使用多层滤光器(～10μm)的已知光学模块更薄(1～2μm)，从而它适合结合到诸如智能手机、平板电脑、笔记本电脑和其他便携式计算装置等通信装置中。

9、在一些实现方式中，光学模块还包括对可见光和在红外光谱的一个或多个另外部分中的红外光透明的基板，该基板支撑掩模层。基板能够由玻璃制成。

10、在其他实现方式中，显示器由图像传感器层的上表面支撑，并且掩模层由显示器的上表面支撑。在其他实现方式中，掩模层由图像传感器层的上表面支撑，并且显示器由掩模层的上表面支撑。没有了基板有利地减小了光学模块的厚度。此外，掩模层到图像传感器的短距离扩大了与降低像素/角度分辨率的图像传感器相关联的视场。

11、在光学模块还包括对可见光透明的基板的实现方式中，显示器能够由图像传感器层的上表面支撑，并且基板由显示器的上表面支撑。为了减小光学模块的厚度，在光学模块还包括对可见光透明的基板的实现方式中，图像传感器层能够与显示器集成以形成集成光学层，并且基板由该集成光学层的上表面支撑。

12、在一些实现方式中，图像传感器层与显示器集成以形成集成光学层，并且掩模层由集成光学层的上表面支撑。这些实现方式由于没有基板以及图像传感器层和显示器的集成而减小了光学模块的厚度。

13、掩模层能够包括以预定图案沉积的基于染料的聚合物。在这些实施例中，能够使用标准光刻技术来图案化掩模层。

14、基于染料的聚合物能够被沉积为一组针孔、限定编码孔径的空间滤光器、莫尔条纹或衍射图案。

15、替代地，掩模层可包括电子可控制的多个部件，该多个部件用于阻挡具有波长在红外光谱的一个或多个部分中的光并且通过波长在红外光谱的剩余部分中的光。这些多个部件可能是氧化钒晶体管。

16、红外光敏感元件能够被配置用于捕捉布置在显示器前面的场景的图像，并且光学模块还包括处理器，该处理器被配置用于至少部分地基于所捕获图像和掩模层的构造的知识，确定与场景的一个或多个区域中的每一个区域相关的深度信息。取决于所应用的掩模，所获取图像可被用于测距、3d重建和/或手势识别。

17、显示器能够包括发光二极管(led)显示器，例如有机发光二极管(oled)显示器或microled显示器。

18、优选地，光学模块是无透镜的。

19、红外光敏感元件可被涂覆有通过红外光并吸收可见光的涂层。

20、根据本公开的另一方面，提供了一种装置，包括：光发射器，被配置用于发射波长在红外光谱的一个或多个部分中的光；以及光学模块，包括：显示器，包括发射可见光的发光元件；图像传感器层，包括红外光敏感元件；以及掩模层，被配置用于阻挡波长在红外光谱的一个或多个部分中的红外光并且通过可见光。

21、光发射器和红外光敏感元件中的至少一者可被涂覆有通过红外光并吸收可见光的涂层。

22、这些和其他方面将从下面描述的实施例中变得显而易见。本公开的范围并非意在受此概述的限制，也并非意在受必须解决任何或所有所指出的缺点的实现方式的限制。

技术特征：

1.一种光学模块(100，200，300，400，500)，包括：

2.根据权利要求1所述的光学模块(100，400)，还包括对可见光和在所述红外光谱的一个或多个另外部分中的红外光透明的基板，所述基板支撑所述掩模层。

3.根据权利要求1所述的光学模块(200)，其中，所述显示器由所述图像传感器层的上表面支撑，并且所述掩模层由所述显示器的上表面支撑。

4.根据权利要求1所述的光学模块(300)，其中，所述掩模层由所述图像传感器层的上表面支撑，并且所述显示器由所述掩模层的上表面支撑。

5.根据权利要求2所述的光学模块(100)，其中，所述显示器由所述图像传感器层的上表面支撑，并且所述基板由所述显示器的上表面支撑。

6.根据权利要求2所述的光学模块(400)，其中，所述图像传感器层与所述显示器集成以形成集成光学层，并且所述基板由所述集成光学层的上表面支撑。

7.根据权利要求1所述的光学模块(500)，其中，所述图像传感器层与所述显示器集成以形成集成光学层，并且所述掩模层由所述集成光学层的上表面支撑。

8.根据权利要求1所述的光学模块，其中，所述掩模层包括以预定图案沉积的基于染料的聚合物。

9.根据权利要求8所述的光学模块，其中，所述基于染料的聚合物被沉积为一组针孔。

10.根据权利要求8所述的光学模块，其中，所述基于染料的聚合物被沉积为限定编码孔径的空间滤光器。

11.根据权利要求8所述的光学模块，其中，所述基于染料的聚合物以莫尔条纹沉积。

12.根据权利要求8所述的光学模块，其中，所述基于染料的聚合物以衍射图案沉积。

13.根据权利要求1所述的光学模块，其中，所述掩模层包括电子可控制的多个部件，所述多个部件用于阻挡波长在所述红外光谱的一个或多个部分中的光并且通过波长在所述红外光谱的其余部分的光。

14.根据权利要求13所述的光学模块，其中，所述多个部件是氧化钒晶体管。

15.根据权利要求1所述的光学模块，其中，所述红外光敏感元件被配置用于捕获位于所述显示器前面的场景的图像，并且所述光学模块还包括处理器，所述处理器被配置用于至少部分地基于所捕获图像和所述掩模层的构造的知识来确定与所述场景的一个或多个区域中的每个区域相关的深度信息。

16.根据权利要求1所述的光学模块，其中，所述显示器包括发光二极管led显示器。

17.根据权利要求16所述的光学模块，其中，所述led显示器为有机发光二极管显示器或microled显示器。

18.根据权利要求1所述的光学模块，其中，所述红外光敏感元件被涂覆有通过红外光并吸收可见光的涂层。

19.一种装置(700)，包括：

20.根据权利要求19所述的装置，其中，所述光发射器和所述红外光敏感元件中的至少一者被涂覆有通过红外光并吸收可见光的涂层。

21.根据权利要求19所述的装置，其中，所述装置是移动计算装置。

22.根据权利要求21所述的装置，其中，所述装置是智能手机或可穿戴装置。

技术总结
一种光学模块(100，200，300，400，500)，包括：显示器(104)，包括发射可见光的发光元件；图像传感器层(102)，包括红外光敏感元件；以及掩模层(108)，被配置用于阻挡波长在红外光谱的一个或多个部分中的红外光并通过可见光；其中该光学模块是无透镜的。

技术研发人员：弗朗切斯科·保罗·达莱奥,延斯·盖格尔
受保护的技术使用者：艾迈斯-欧司朗亚太私人有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15