CN109870701B - 光学感测装置以及光学感测模块 - Google Patents

光学感测装置以及光学感测模块 Download PDF

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Abstract

一种光学感测装置以及光学感测模块。该光学感测装置包含第一光学感测器以及滤光层。该第一光学感测器用以接收第一光信号。该滤光层覆盖该第一光学感测器，用以滤除入射角不在一特定范围内的该第一光信号。

Description

光学感测装置以及光学感测模块
技术领域
本发明涉及一种光学感测，尤其涉及一种具有滤光层的光学感测装置，及其相关的光学感测模块。
背景技术
近接感测器(proximity sensor)与环境光感测器广泛地应用在可携式电子装置，例如智能型手机。一般来说，近接感测器设置在环境光感测器的附近。为了提升近接感测器的信噪比(signal-to-noise ratio，SNR)，现有技术利用几何结构来限缩近接感测器的视角。举例来说，藉由缩小近接感测器上方进光的开口，减少噪声进入近接感测器。然而，现有技术至少具有以下几项缺点，其一是该几何结构同时也会限缩到环境光感测器的视角，不利环境光感测器的运作，其二是当元件尺寸越来越小时，允许的公差范围也会越来越小，导致所希望的几何结构难以实现。
因此，需要一种创新的光学感测结构，以在不受几何结构的限制下有效地提升光学感测器的信噪比。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种利用滤光层来限制光学感测器的视角的光学感测装置，及其相关的光学感测模块，来解决上述问题。
依据本发明的一实施例，其揭示一种光学感测装置。该光学感测装置包含一第一光学感测器以及一滤光层。该第一光学感测器用以接收一第一光信号。该滤光层覆盖该第一光学感测器，用以滤除入射角不在一特定范围内的该第一光信号。
依据本发明的一实施例，其揭示一种光学感测模块。该光学感测模块包含一光源、一电路板以及一光学感测装置。该光源设置于该电路板上，用以发射一第一光信号。该光学感测装置设置于该电路板上，并包括一第一光学感测器以及一滤光层。该第一光学感测器用以感测被一待测物体反射的该第一光信号。该滤光层覆盖该第一光学感测器，用以滤除入射角不在一特定范围内的该第一光信号。
本发明所提供的光学感测装置/模块利用滤光层(诸如光学镀膜)的特性来调整/限缩光学感测器(诸如近接感测器/红外光感测器)的视角，不仅可在在不受几何结构的限制下有效地提升感测器的信噪比，并可增加封装时的公差范围，提高良率。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1提供本发明光学感测模块的一实施例的示意图；
图2与图3说明图1中的滤光层的光学特性。
其中，附图标记
200 光学感测模块
102 玻璃
104 结构件
110 光源
220 光学感测装置
222 近接感测器
226 环境光感测器
228 滤光层
230 电路板
OB 物体
LS 光信号
RS 反射信号
NS 噪声
A1、A2 开孔
BLK 阻隔部
FV 特定范围
具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：
图1提供本发明光学感测模块的一实施例。光学感测模块200可以是一电子装置(未绘示于图1中)的一部分，其中该电子装置可以是(但不限于)一可携式电子装置，诸如移动电话、平板电脑或笔记型电脑。
光学感测模块200可包含(但不限于)一结构件104、一光源110、一光学感测装置220以及一电路板230，其中电路板230用以供安装光源100与光学感测装置220。结构件104包括一开孔A1与一开孔A2，以及一阻隔部BLK设置于光源110与光学感测装置220之间。开孔A1是设置在光源110的上方，开孔A2则是设置在感测装置220的上方。光源110用以发射一光信号LS(例如，红外光信号)。光信号LS的一部份经物体OB反射产生反射信号RS，反射信号RS入射至光学感测装置220的入射角系位于一特定范围FV内。在实际的应用上，物体OB与一近接感测器222(或光源110)之间的距离，远大于近接感测器222与光源110之间的距离，因此，可将反射信号RS与光信号LS视为彼此大致平行的光信号。
光学感测装置220包含近接感测器222、一环境光感测器226及一滤光层228，其中近接感测器222与环境光感测器226可分别接收不同的光信号。滤光层228形成在近接感测器222的上表面以覆盖近接感测器222，用以滤除入射角不在特定范围FV内的噪声NS。滤光层228的材料可以是例如二氧化硅(SiO2)、二氧化钛(TiO2)或氧化钽(Ta2O5)，并可由一镀膜的方式覆盖在近接感测器222之上。近接感测器222用于接收反射信号RS。光学感测装置220藉由近接感测器222感测反射信号RS以产生一感测输出，该感测输出是用于判断物体OB(待测物体)的距离/接近(proximity)。环境光感测器226则是可以用来侦测环境光，光学感测装置220藉由环境光感测器226感测环境光以产生一感测输出，该感测输出是用于判断环境光的强度。光学感测装置220可以是以一个半导体芯片的形式实现。关于光学感测装置220、近接感测器222与环境光感测器226的组成及其运作为熟习本发明技术领域者所熟知，在此不再赘述。
玻璃102是该电子装置的一部份，设置在光学感测模块200的上方，光源110所发射的光信号LS的一部分经玻璃102反射产生噪声NS。噪声NS射向近接感测器222的入射角不在特定范围FV内，因此噪声NS被滤光层228滤除，不会被近接感测器222接收。
由于噪声NS被滤光层228滤除，因此可以提升近接感测器222的信噪比(反射信号RS与噪声NS的比值)，这表示光学感测装置220对于近接感测具有较佳的感测品质。
滤光层228并未覆盖环境光感测器226，也不会影响环境光感测器226接收环境光。因此环境光感测器226具有广大的视角，有助于提升光学感测装置220对于环境光的感测品质。
滤光层228具有滤光的作用，特定波长的光信号的入射角在一特定范围FV内才能通过滤光层228。图2与图3提供的示意图说明滤光层228的光学特性，请连同图1一起参阅之。如图所示，中心波长为550纳米(nm)的光信号在入射角0度时可以穿透滤光层228，中心波长为530纳米的光信号在入射角30度时可以穿透滤光层228。在图2中，每个入射角度可以通过滤光层228的波长范围大约是20纳米，例如在入射角为0度时，滤光层228可以允许波长540～560nm的光信号通过，在入射角为30度时，滤光层228可以允许波长520～540nm的光信号通过，在入射角为20度时(图中未示出)，滤光层228可以允许波长530～550纳米的光信号通过。如果光源110提供的是波长为550纳米的光信号，则产生的反射光在入射角为0～20度的特定范围内可以穿透滤光层228。换言之，于此实施例中，滤光层228对于波长为550纳米的该入射光的视角大约是+20～-20度的特定范围FV，入射角不在此特定范围FV内的反射光则会被滤光层228滤除。因此，滤光层228可以限缩其所覆盖的近接感测器222的视角，以减少/避免从非待测物体反射的噪声NS影响感测品质。
本发明利用滤光层228来改变/限缩近接感测器222的视角，提升其信噪比，而无需改变几何结构(例如缩小开孔A2)。如果需要较大的开孔A2，使环境光感测器226接收更多的环境光，近接感测器222的信噪比也不会受到影响。因此，光学感测模块200的设计都可以具有较大的弹性，并且可以同时满足环境光感测器226与近接感测器222的视角需求。
虽然以上是以波长为550纳米的入射光来说明滤光层228的功能，然而本发明并不以此为限。在其他实施例中，光源110所发射的光信号LS的波长可因应实际需求来决定。举例来说，光源110可由一红外光发光二极管来实施，用以发射波长位于红外光波段的中的光信号LS。搭配的近接感测器222可感测波长位于红外光波段的中的反射信号RS。
在某些实施例中，光学感测装置220与光源110之间可以无需设置阻隔部BLK，进而简化设计及降低生产成本。于某些实施例中，光学感测模块200也可以无需设置整个结构件104。省略结构件104可以简化设计及降低成本，满足产品轻薄化以及低生产成本的需求，另一方面，环境光感测器226可接收充足的环境光，提供良好的感测品质。
值得注意的是，滤光层228因应不同入射角度的光线而有不同穿透率的光学特性，原是现有光学技术领域中亟欲克服的问题。现有光学技术领域希望的滤光层是能够接受各种角度的入射光通过。以单眼相机为例，镜头前会设置红色滤光片(红色滤光层)以允许各种方向的红光入射，滤光层228显然不能满足此一需求。因此，长久以来，滤光层228在光学技术领域中是被视为有缺陷而舍弃不用。而本发明则是克服了这长久以来的技术偏见，巧妙地利用滤光层228的光学特性来解决现有近接感测器222信噪比不佳的问题，可以在不改变光学感测模块200的几何结构的情形下限缩近接感测器222的视角。
由于本发明的光学感测模块200并不需要要求开孔A2的精准度，因此可以增加制造时允许的公差范围，提高良率。再者，本发明可以提升近接感测器的信噪比，且可满足其他光学感测器的视角需求，因此，本发明所提供的光学感测装置/模块实具有现有技术难以预期的突出功效。
在上述实施例中，仅是以近接感测器及环境光感测器为例作为说明，本发明亦适用于其他的光学感测器。因此本发明的光学感测装置可以被理解为包含一第一光学感测器以及一滤光层。该第一光学感测器用以接收一第一光信号。该滤光层覆盖该第一光学感测器，用以滤除入射角不在一特定范围内的该第一光信号。该光学感测装置更可包括一第二光学感测器，用以感测一第二光信号，其中该第二光信号与该第一光信号并不相同。在一实施例中，该第一光学感测器是一红外光感测器。本发明的光学感测模块可以被理解为包含一电路板、一光源以及一光学感测装置。该光源设置于该电路板上，用以发射一第一光信号。该光学感测装置设置于该电路板上，且该光学感测装置包括一第一光学感测器以及一滤光层。该第一光学感测器用以感测被一待测物体反射的该第一光信号。该滤光层覆盖该第一光学感测器，用以滤除入射角不在一特定范围内的该第一光信号
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种光学感测装置，其特征在于，该光学感测装置以一个半导体芯片的形式实现，该光学感测装置包含：
一第一光学感测器，用以接收一第一光信号；以及
一滤光层，形成在该第一光学感测器的上表面，用以滤除入射角不在一特定范围内的该第一光信号；
一第二光学感测器，用以感测一第二光信号，其中该第一光信号与该第二光信号并不相同；
其中，该光学感测装置藉由该第二光学感测器感测该第二光信号以产生一感测输出，该感测输出用于判断环境光的强度；
其中，该滤光层并未覆盖该第二光学感测器，不影响该第二光学感测器接收该环境光。
2.根据权利要求1所述的光学感测装置，其特征在于，该光学感测装置藉由该第一光学感测器感测该第一光信号以产生一感测输出，该感测输出用于判断一物体的接近。
3.根据权利要求1所述的光学感测装置，其特征在于，该第一光学感测器是一红外光感测器。
4.根据权利要求1所述的光学感测装置，其特征在于，该滤光层的材料包含二氧化硅、二氧化钛或氧化钽的至少其一。
5.一种光学感测模块，其特征在于，包含：
一电路板；
一光源，设置于该电路板上，用以发射一第一光信号；以及
一光学感测装置，设置于该电路板上，其中该光学感测装置以一个半导体芯片的形式实现，该光学感测装置包括：
一第一光学感测器，用以感测被一待测物体反射的该第一光信号；以及
一滤光层，形成在该第一光学感测器的上表面，用以滤除入射角不在一特定范围内的该第一光信号；
一第二光学感测器，用以感测一第二光信号，其中该第一光信号与该第二光信号并不相同；
其中，该光学感测装置藉由该第二光学感测器感测该第二光信号以产生一感测输出，该感测输出用于判断环境光的强度；
其中，该滤光层并未覆盖该第二光学感测器，不影响该第二光学感测器接收该环境光。
6.根据权利要求5所述的光学感测模块，其特征在于，该光学感测装置藉由该第一光学感测器感测该第一光信号以产生一感测输出，该感测输出用于判断该待测物体的接近。
7.根据权利要求5所述的光学感测模块，其特征在于，该第一光学感测器是一红外光感测器。
8.根据权利要求5所述的光学感测模块，其特征在于，该光源是红外光发光二极管。
9.根据权利要求5所述的光学感测模块，其特征在于，该滤光层的材料包含二氧化硅、二氧化钛或氧化钽的至少其一。
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