CN102740003A - 可同时侦测红外线和可见光的光学感测装置 - Google Patents

可同时侦测红外线和可见光的光学感测装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种光学感测装置，包含：包含一影像传感器、一近距离侦测单元和一可见光侦测单元。影像传感器包含一第一像素和一第二像素，第一像素上覆盖着一第一光学涂层和一第二光学涂层。第一光学涂层用来阻挡波长在一第一预定范围之外的光线，而第二光学涂层用来阻挡波长在一第二预定范围之外的光线。近距离侦测单元可根据光线通过第一和第二光学涂层后在第一像素上造成的一第一暴光量以求得一红外线电子信号。可见光侦测单元可根据光线在第二像素上造成的一第二暴光量和第一暴光量的差值或比例以求得一可见光电子信号。

Description

可同时侦测红外线和可见光的光学感测装置
技术领域
本发明涉及一种光学感测装置，特别涉及一种可同时侦测红外线和可见光的光学感测装置。
背景技术
光线是一种辐射电磁波，其波长分布大致介于300nm(紫外线)到14,000nm(远红外线)之间。人眼能够感觉得到的范围一般称为可见光(visiblelight)或环境光(ambient light)，其波长范围约莫介于380nm到780nm之间。相较之下，红外线(infrared radiation，IR)是波长介于微波与可见光之间的电磁波，波长在780nm至1400nm之间，具有很强热效应和高穿透力，并容易于被物体吸收，在通讯、探测、医疗、军事等方面有广泛的用途。
光传感器是利用影像传感器来将光信号转换为电信号的传感器，其中影像传感器可感测的波长范围大约为400nm～1000nm。可见光传感器常被用来控管环境亮度。红外线传感器又称近距离传感器(proximity sensor)，常被应用在防盗监视系统上。
图1显示了现有技术可见光传感器量测到的透光频谱。曲线R、G、B分别代表红、绿、蓝三原色光线的穿透率和波长的关系。如前所述，人眼几乎无法感受到波长约莫大于780nm的非可见光，然而现有技术的可见光传感器在非可见光范围却会侦测到波峰，因此可能会造成误判。举例来说，当肉眼觉得周遭环境光线不足时，现有技术的可见光传感器可能会因为侦测到非可见光而误判光线充足。因此，在许多应用中会要求光学感测装置同时具备可见光传感器和近距离传感器的功能。
在美国专利公开号US 2006/0180886中揭露了一种可见光侦测器，在光敏组件上制作由银(Ag)和氮化硅(Si3N4)交替堆栈的多层滤光片结构。此现有技术应用Fabry-Perot干涉原理来决定滤光片结构中每一层厚度，进而让光敏组件的不同区域仅能侦测到特定波长范围的光线，同时达到隔绝红外线的功能。然而，此现有技术的制程太过复杂，容易使良率下降或增加成本。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种光学感测装置，以同时侦测红外线和可见光。
为解决上述技术问题，本发明提供一种光学感测装置，其包含一影像传感器和一处理单元。该影像传感器包含一第一像素和一第二像素，该第一像素上覆盖着一第一光学涂层，用来阻挡波长在一第一预定范围之外的光线；以及一第二光学涂层，用来阻挡波长在一第二预定范围之外的光线。该处理单元用来同时接收该第一像素和该第二像素所感测的像素资料，并根据所接收的像素数据产生一电子信号。
本发明另提供一种光学感测装置，其包含一影像传感器和一处理单元。一影像传感器包含一第一像素和一第二像素。该第一像素上覆盖着一第一光学涂层，用来阻挡波长在一第一预定范围之外的光线；以及一第二光学涂层，用来阻挡波长在一第二预定范围之外的光线。该第二像素上覆盖着一第三光学涂层，用来阻挡波长在一第三预定范围之外的光线。该处理单元用来同时接收该第一像素和该第二像素所感测的像素资料，并根据所接收的像素数据产生一电子信号。
附图说明
图1为现有技术可见光侦测单元量测到的透光频谱。
图2A～2C为本发明第一实施例中光学感测装置的示意图。
图3为本发明光学感测装置中红外线电子信号所对应的透光频谱。
图4为显示了本发明光学感测装置中可见光电子信号所对应的透光频谱。
图5A～5C为本发明第二实施例中光学感测装置的示意图。
图6为本发明光学感测装置中红色可见光电子信号所对应的透光频谱。
图7为本发明光学感测装置中绿色可见光电子信号所对应的透光频谱。
图8为本发明光学感测装置中蓝色可见光电子信号所对应的透光频谱。
其中，附图标记说明如下：
10                         影像传感器
SRIR                       近距离侦测单元
SRRGB                      可见光侦测单元
SRR                        红色可见光侦测单元
SRG                        绿色可见光侦测单元
SRB                        蓝色可见光侦测单元
CR                         红光光学涂层
CB                         蓝光光学涂层
CG                         绿光光学涂层
P1～P4                     像素
100A～100C、200A～200C     光学感测装置
具体实施方式
以下实施方式系本发明中较佳实施例，为便于说明，与本发明不直接相关的组件已省略，同时组件彼此间的尺寸以及相对位置关系亦仅为便于说明，而非用以限制本发明。
图2A～2C为本发明第一实施例中光学感测装置100A～100C的示意图。光学感测装置100A～100C各包含一影像传感器10、一近距离侦测单元SRIR，以及一可见光侦测单元SRRGB。影像传感器10包含两像素P1和P2，像素P1上覆盖着两种光学涂层，而像素P2上并未覆盖着任何光学涂层。影像传感器10的像素P1和P2可用来吸收光线，并产生相对应的电子信号。近距离侦测单元SRIR和可见光侦测单元SRRGB为信号处理器，可根据像素P1和P2传来的电子信号计算出可见光和红外线的强弱。
在本发明第一实施例的光学感测装置100A中，像素P1上覆盖着一红光光学涂层CR和一蓝光光学涂层CB，其中红光光学涂层CR仅让红色可见光通过(亦即能阻挡波长范围大约介于600～780nm之外的其它可见光)，而蓝光光学涂层CB仅让蓝色可见光通过(亦即能阻挡波长范围大约介于380～500nm之外的其它可见光)。能通过红光光学涂层CR的红色可见光会被蓝光光学涂层CB阻挡，而能通过蓝光光学涂层CB的蓝色可见光会被红光光学涂层CR阻挡，因此即使以不同顺序在像素P1上覆盖红光光学涂层CR和蓝光光学涂层CB，最终皆只有红外线才能抵达像素P1。第2A图所示仅为本发明的实施例，红光光学涂层CR和蓝光光学涂层CB的覆盖顺序并不限定本发明的范围。
在本发明第一实施例的光学感测装置100B中，像素P1上覆盖着一红光光学涂层CR和一绿光光学涂层CG，其中红光光学涂层CR仅让红色可见光通过(亦即能阻挡波长范围大约介于600～780nm之外的其它可见光)，而绿光光学涂层CB仅让绿色可见光通过(亦即能阻挡波长范围大约介于500～600nm之外的其它可见光)。能通过红光光学涂层CR的红色可见光会被绿光光学涂层CG，而能通过绿光光学涂层CG的绿色可见光会被红光光学涂层CR阻挡，因此即使以不同顺序在像素P1上覆盖红光光学涂层CR和绿光光学涂层CG，最终皆只有红外线才能抵达像素P1。第2B图所示仅为本发明的实施例，红光光学涂层CR和绿光光学涂层CG的覆盖顺序并不限定本发明的范围。
在本发明第一实施例的光学感测装置100C中，像素P1上覆盖着一绿光光学涂层CG和一蓝光光学涂层CB，其中绿光光学涂层CG仅让绿色可见光通过(亦即能阻挡波长范围大约介于500～600nm之外的其它可见光)，而蓝光光学涂层CB仅让蓝色可见光通过(亦即能阻挡波长范围大约介于380～500nm之外的其它可见光)。能通过绿光光学涂层CG的绿色可见光会被蓝光光学涂层CB阻挡，而能通过蓝光光学涂层CB的蓝色可见光会被绿光光学涂层CG阻挡，因此即使以不同顺序在像素P1上覆盖绿光光学涂层CG和蓝光光学涂层CB，最终皆只有红外线才能抵达像素P1。第2C图所示仅为本发明的实施例，绿光光学涂层CG和蓝光光学涂层CB的覆盖顺序并不限定本发明的范围。
如前所述，像素P1会吸收通过两种光学涂层的红外线，并根据暴光量大小产生一电子信号EX1。像素P2会吸收红外线和可见光，并根据暴光量大小产生一电子信号EX2。近距离侦测单元SRIR可根据电子信号EX1来得到一红外线电子信号SRIR，而可见光侦测单元SRRGB可根据电子信号EX1和EX2的差值或比例来得到相关于可见光的电子信号SRGB。电子信号EX1、EX2、SRIR和SRGB可为电压信号或电流信号。
图3显示了光学感测装置100A～100C中红外线电子信号SRIR所对应的透光频谱，第4图显示了光学感测装置100A～100C中可见光电子信号SRGB所对应的透光频谱。其中，纵轴代表光线穿透率(％)，而横轴代表波长(nm)。本发明的光学感测装置100A～100C可利用近距离侦测单元SRIR来计算出红外线的强弱，且利用可见光侦测单元SRRGB来计算出可见光的强弱。
图5A～5C为本发明第二实施例中光学感测装置200A～200C的示意图。光学感测装置200包含一影像传感器10、一近距离侦测单元SRIR、一红色可见光侦测单元SRR、一绿色可见光侦测单元SRG，以及一蓝色可见光侦测单元SRB。影像传感器10包含四像素P1～P4，像素P1上覆盖着两种光学涂层，而像素P2～P4上各覆盖着一种特定光学涂层。影像传感器10的像素P1～P4可用来吸收光线，并产生相对应的电子信号。近距离侦测单元SRIR、红色可见光侦测单元SRR、绿色可见光侦测单元SRG和蓝色可见光侦测单元SRB为信号处理器，可根据像素P1～P4传来的电子信号计算出各种可见光和红外线的强弱。
在本发明第二实施例的光学感测装置200A中，像素P1上覆盖着一红光光学涂层CR和一蓝光光学涂层CB；在本发明第二实施例的光学感测装置200B中，像素P1上覆盖着一红光光学涂层CR和一绿光光学涂层CG；在本发明第二实施例的光学感测装置200C中，像素P1上覆盖着一绿光光学涂层CG和一蓝光光学涂层CB。其中，红光光学涂层CR仅让红色可见光通过(亦即能阻挡波长范围大约介于600～780nm之外的其它可见光)，绿光光学涂层CB仅让绿色可见光通过(亦即能阻挡波长范围大约介于500～600nm之外的其它可见光)，而蓝光光学涂层CB仅让蓝色可见光通过(亦即能阻挡波长范围大约介于380～500nm之外的其它可见光)。如前所述，能通过某一特定光学涂层的特定可见光会被另一光学涂层阻挡，因此即使以不同顺序在像素P1上覆盖红光光学涂层CR、绿光光学涂层CB或蓝光光学涂层CB，最终皆只有红外线才能抵达像素P1。第6A～6C图所示仅为本发明的实施例，红光光学涂层CR、绿光光学涂层CB或蓝光光学涂层CB的覆盖顺序并不限定本发明的范围。
另一方面，在本发明第二实施例的光学感测装置200A～200C中，像素P2上覆盖着一红光光学涂层CR，像素P3上覆盖着一绿光光学涂层CG，而像素P4上覆盖着一蓝光光学涂层CB。其中，红光光学涂层CR仅让红色可见光通过(亦即能阻挡波长范围大约介于600～780nm之外的其它可见光)，绿光光学涂层CB仅让绿色可见光通过(亦即能阻挡波长范围大约介于500～600nm之外的其它可见光)，而蓝光光学涂层CB仅让蓝色可见光通过(亦即能阻挡波长范围大约介于380～500nm之外的其它可见光)。因此，只有红色可见光才能抵达像素P2，只有绿色可见光才能抵达像素P3，而只有蓝色可见光才能抵达像素P4。
如前所述，像素P1会吸收通过两种光学涂层的红外线，并根据暴光量大小产生一电子信号EX1，像素P2会吸收通过一种光学涂层的红外线和红色可见光，并根据暴光量大小产生一电子信号EX2，像素P3会吸收通过一种光学涂层的红外线和绿色可见光，并根据暴光量大小产生一电子信号EX3，而像素P4会吸收通过一种光学涂层的红外线和蓝色可见光，并根据暴光量大小产生一电子信号EX4。近距离侦测单元SRIR可根据电子信号EX1来得到一红外线电子信号SRIR，红色可见光侦测单元SRR可根据电子信号EX1和EX2的差值或比例来得到相关于红色可见光的电子信号SR，绿色可见光侦测单元SRG可根据电子信号EX1和EX3的差值或比例来得到相关于绿色可见光的电子信号SG，而蓝色可见光侦测单元SRB可根据电子信号EX1和EX4的差值或比例来得到相关于蓝色可见光的电子信号SB。电子信号EX1～EX4、SRIR、SR、SG和SB可为电压信号或电流信号。
图3同样显示了光学感测装置200A～200C中红外线电子信号SRIR所对应的透光频谱，图6显示了光学感测装置200A～200C中红色可见光的电子信号SR所对应的透光频谱，图7显示了光学感测装置200A～200C中绿色可见光的电子信号SG所对应的透光频谱，图8显示了光学感测装置200A～200C中蓝色可见光的电子信号SB所对应的透光频谱。其中，纵轴代表光线穿透率(％)，而横轴代表波长(nm)。本发明的光学感测装置200A～200C可利用近距离侦测单元SRIR来计算出红外线的强弱，且利用各色可见光侦测单元SRR、SRG、SRB来分别计算出各可见光的强弱。
综上所述，本发明提供一种制程单纯的光学感测装置，其利用不同光学涂层来同时提供近距离侦测单元和各色可见光侦测单元的功能。
以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (19)

1.一种光学感测装置，其特征在于，包含：
一影像传感器，包含：
一第一像素，其上覆盖着：
一第一光学涂层，用来阻挡波长在一第一预定范围之外的光线；以及
一第二光学涂层，用来阻挡波长在一第二预定范围之外的光线；以及
一第二像素；以及
一处理单元，用来同时接收该第一像素和该第二像素所感测的像素资料，并根据所接收的像素数据产生一电子信号。
2.如权利要求1所述的光学感测装置，其中该第一光学涂层系用来阻挡一红色可见光之外的其它可见光，而该第二光学涂层系用来阻挡一绿色可见光之外的其它可见光。
3.如权利要求1所述的光学感测装置，其中该第一光学涂层系用来阻挡一红色可见光之外的其它可见光，而该第二光学涂层系用来阻挡一蓝色可见光之外的其它可见光。
4.如权利要求1所述的光学感测装置，其中该第一光学涂层系用来阻挡一蓝色可见光之外的其它可见光，而该第二光学涂层系用来阻挡一绿色可见光之外的其它可见光。
5.如权利要求1所述的光学感测装置，其中该第一预定范围介于380～500nm之间，而该第二预定范围介于600～780nm之间。
6.如权利要求1所述的光学感测装置，其中该第一预定范围介于380～500nm之间，而该第二预定范围介于500～600nm之间。
7.如权利要求1所述的光学感测装置，其中该第一预定范围介于500～600nm之间，而该第二预定范围介于600～780nm之间。
8.如权利要求1所述的光学感测装置，其中该处理单元系为一近距离侦测单元，用来根据光线通过该第一和第二光学涂层后在该第一像素上造成的一第一暴光量以求得一红外线(infrared radiation，IR)电子信号。
9.如权利要求1所述的光学感测装置，其中该处理单元系为一可见光侦测单元，用来根据光线在该第二像素上所造成的一第二暴光量和该第一暴光量的差值或比例以求得一可见光电子信号。
10.一种光学感测装置，其特征在于，包含：
一影像传感器，其包含：
一第一像素，其上覆盖着：
一第一光学涂层，用来阻挡波长在一第一预定范围之外的光线；以及
一第二光学涂层，用来阻挡波长在一第二预定范围之外的光线；以及
一第二像素，其上覆盖着一第三光学涂层，用来阻挡波长在一第三预定范围之外的光线；以及
一处理单元，用来同时接收该第一像素和该第二像素所感测的像素资料，并根据所接收的像素数据产生一电子信号。
11.如权利要求10所述的光学感测装置，其中该影像传感器另包含：
一第三像素，其上覆盖着一第四光学涂层，用来阻挡波长在一第四预定范围之外的光线；以及
一第四像素，其上覆盖着一第五光学涂层，用来阻挡波长在一第五预定范围内的光线。
12.如权利要求11所述的光学感测装置，其中该第一光学涂层系用来阻挡一红色可见光之外的其它可见光，该第二光学涂层系用来阻挡一绿色可见光之外的其它可见光，该第三光学涂层系用来阻挡该红色可见光之外的其它可见光，该第四光学涂层系用来阻挡该绿色可见光之外的其它可见光，该第五光学涂层系用来阻挡一蓝色可见光之外的其它可见光。
13.如权利要求11所述的光学感测装置，其中该第一光学涂层系用来阻挡一红色可见光之外的其它可见光，该第二光学涂层系用来阻挡一蓝色可见光之外的其它可见光，该第三光学涂层系用来阻挡该红色可见光之外的其它可见光，该第四光学涂层系用来阻挡一绿色可见光之外的其它可见光，该第五光学涂层系用来阻挡该蓝色可见光之外的其它可见光。
14.如权利要求11所述的光学感测装置，其中该第一光学涂层系用来阻挡一蓝色可见光之外的其它可见光，该第二光学涂层系用来阻挡一绿色可见光之外的其它可见光，该第三光学涂层系用来阻挡一红色可见光之外的其它可见光，该第四光学涂层系用来阻挡该绿色可见光之外的其它可见光，该第五光学涂层系用来阻挡该蓝色可见光之外的其它可见光。
15.如权利要求11所述的光学感测装置，其中该第一预定范围介于380～500nm之间，该第二预定范围介于600～780nm之间，该第三预定范围介于380～500nm之间，该第四预定范围介于500～600nm之间，而该第五预定范围介于600～780nm之间。
16.如权利要求11所述的光学感测装置，其中该第一预定范围介于500～600nm之间，该第二预定范围介于600～780nm之间，该第三预定范围介于380～500nm之间，该第四预定范围介于500～600nm之间，而该第五预定范围介于600～780nm之间。
17.如权利要求11所述的光学感测装置，其中该第一预定范围介于380～500nm之间，该第二预定范围介于500～600nm之间，该第三预定范围介于380～500nm之间，该第四预定范围介于500～600nm之间，而该第五预定范围介于600～780nm之间。
18.如权利要求11所述的光学感测装置，其中该处理单元包含：
一第一可见光侦测单元，用来跟据光线通过该第三光学涂层后在该第二像素上造成的一第二暴光量和该第一暴光量的差值或比例以求得一第一可见光电子信号；
一第二可见光侦测单元，用来根据光线通过该第四光学涂层后在该第三像素上造成的一第三暴光量和该第一暴光量的差值或比例以求得一第二可见光电子信号；以及
一第三可见光侦测单元，用来根据光线通过该第五光学涂层后在该第四像素上造成的一第四暴光量和该第一暴光量的差值或比例以求得一第三可见光电子信号。
19.如权利要求10所述的光学感测装置，其中该处理单元包含：
一近距离侦测单元，用来根据光线通过该第一和第二光学涂层后在该第一像素上造成的一第一暴光量以求得一红外线电子信号。
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