CN111008547A - 光学图像感测装置 - Google Patents

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CN111008547A CN201811508700.6A CN201811508700A CN111008547A CN 111008547 A CN111008547 A CN 111008547A CN 201811508700 A CN201811508700 A CN 201811508700A CN 111008547 A CN111008547 A CN 111008547A
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light beam
light
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sensing device
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王佳祥
印秉宏
李俊佑
傅旭文
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Guangzhou Tyrafos Semiconductor Technologies Co Ltd
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Guangzhou Tyrafos Semiconductor Technologies Co Ltd
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Abstract

本发明提供一种光学图像感测装置，包括光源、第一偏振片、感测元件、光学结构层以及导光模块。第一偏振片与光学结构层位于感测元件上。第一偏振片适于使具有第一偏振方向的光通过。光学结构层具有多个斜向通孔，且各斜向通孔与感测元件之间具有第一夹角。导光模块具有第一表面，其中光源提供的第一光束被第一表面反射后传递至第一偏振片。以第一夹角入射第一表面的第一光束被调变为具有第二偏振方向，且第二偏振方向与第一偏振方向正交。

Description

光学图像感测装置
技术领域
本发明涉及一种图像感测装置，尤其涉及一种光学图像感测装置。
背景技术
传统成像式光学指纹传感器是利用光源、棱镜片、感测元件组成的指纹采集设备。其原理是将光源所提供的光束传递至按压棱镜片的手指后，再通过指纹的波峰与波谷对于光束所造成的干涉与破坏，而得到相关的指纹图像信息，并再经由感测元件将图像获取与输出。由于此种光学式的采集方式并未接触芯片本身，即指纹按压处是由压克力或是玻璃等光学元件所构成，因此光学式指纹传感器具有价格低廉且耐用的优势，而能广泛被应用于各式设备中。
现有的另一种传统光学式指纹传感器是在感测元件上配置垂直直通孔来接收指纹图像信息，但如此一来，此种光学式指纹传感器的感测元件在收到指纹图像信息的同时，也会接收到不想要的背景噪声，而导致指纹图像信息的信噪比(Signal to Noise Ratio,SNR)不佳。
发明内容
本发明提供一种光学图像感测装置，能产生具有良好品质的图像。
本发明的光学图像感测装置包括光源、第一偏振片、感测元件、光学结构层以及导光模块。光源适于提供多个光束，且这些光束包括第一光束。第一偏振片适于使具有第一偏振方向的光通过。感测元件具有感测表面，其中第一偏振片位于感测元件上。光学结构层位于感测元件与第一偏振片之间，其中光学结构层具有多个斜向通孔，且各斜向通孔与感测表面的法向量之间具有第一夹角。导光模块位于第一光束的传递路径上，其中导光模块具有第一表面，第一光束被第一表面反射后传递至第一偏振片，且以第一夹角入射第一表面的第一光束被调变为具有第二偏振方向，第二偏振方向与第一偏振方向正交。
在本发明的一实施例中，上述的导光模块包括第二偏振片、盖体以及导光层。第二偏振片位于第一光束的传递路径上，其中第二偏振片面向第一偏振片的表面为第一表面。盖体位于第二偏振片上。导光层位于盖体与第二偏振片之间。
在本发明的一实施例中，上述的这些光束还包括第二光束，第二光束被传递至接触盖体的物件后被反射，且感测元件对被物件反射的第二光束进行识别。
在本发明的一实施例中，上述的第二偏振片为圆偏振片。
在本发明的一实施例中，上述的第二光束经由第二偏振片调变后，被传递至第一偏振片的部分第二光束具有第一偏振方向，且被传递至第一偏振片的另一部分第二光束具有第二偏振方向。
在本发明的一实施例中，上述的第二偏振片为线偏振片。
在本发明的一实施例中，上述的第二光束经由第二偏振片调变后，被传递至第一偏振片的第二光束具有第一偏振方向。
在本发明的一实施例中，上述的第一夹角等于第一光束入射第一表面的布鲁斯特角。
基于上述，本发明的实施例的光学图像感测装置通过斜向通孔以及导光模块的配置来使得带有噪声的光线只有在具特定入射角时才能倾斜地入射至感测元件的上方，且具有此特定入射角的光为具有特定偏振方向的线性偏振光。如此，光学图像感测装置再通过第一偏振片的配置，则能过滤此部分带有噪声的光线，进而提升图像信息的信噪比，而能产生具有良好品质的图像。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
图1是依照本发明的一实施例的一种光学图像感测装置的示意图；
图2是依照本发明的一实施例的另一种光学图像感测装置的示意图。
附图标记说明
100、200：光学图像感测装置
110：光源
111：基板
112：发光元件
113：保护层
114：封装框胶
120：导光模块
121、221：第二偏振片
121a：线性偏振片
121b：四分之一波片
122：盖体
130：第一偏振片
140：光学结构层
141：斜向通孔
150：感测元件
L：光束
L1：第一光束
L2：第二光束
N：法向量
O：物件
SS：感测表面
S1：第一表面
VD：空隙
θ1：第一夹角
θb：布鲁斯特角
具体实施方式
图1是依照本发明的一实施例的一种光学图像感测装置的示意图。请参照图1，本实施例的光学图像感测装置100包括光源110、导光模块120、第一偏振片130、光学结构层140、以及感测元件150。举例而言，在本实施例中，光源110可包括基板111、多个发光元件112以及保护层113，其中发光元件112位于基板111上，且位于基板111与保护层113之间。举例而言，在本实施例中，基板111的材质可为玻璃或聚酰亚胺薄膜(Polyimide Film)，而发光元件112可为有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode,OLED)，但本发明皆不以此为限。另一方面，如图1所示，在本实施例中，保护层113位于发光元件112与导光模块120之间，以阻隔外界的水气与氧气渗透。举例而言，在本实施例中，保护层113可为玻璃、封装胶材或其他适于利用薄膜封装制程的封装薄膜，本发明皆不以此为限。此外，如图1所示，在本实施例中，光源110可选择性地包括封装框胶114，位于光源的边缘区域，并环绕多个发光元件112，以阻隔外界的水气与氧气渗透。
举例而言，在本实施例中，光源110适于提供多个光束L。具体而言，如图1所示，在本实施例中，光源110提供的光束L可包括第一光束L1与第二光束L2。此外，如图1所示，在本实施例中，相邻的发光元件112之间具有空隙VD，而适于让被光学图像感测装置100中内部的光学构件所反射的第一光束L1与第二光束L2。更具体而言，如图1所示，在本实施例中，导光模块120位于第一光束L1的传递路径上。导光模块120具有第一表面S1，第一表面S1面向第一偏振片130。举例而言，在本实施例中，导光模块120包括第二偏振片121、盖体122，其中第二偏振片121面向第一偏振片130的表面即为第一表面S1。并且，如图1所示，在本实施例中，盖体122位于第二偏振片121上。举例而言，在本实施例中，盖体122的材质可为玻璃，但本发明皆不以此为限。
进一步而言，如图1所示，在本实施例中，第二偏振片121位于第一光束L1的传递路径上，而第一光束L1被第一表面S1反射后会被传递至第一偏振片130。并且，由于光在非金属介质发生反射时，其反射光会具有偏极化的特性，即当光的入射角等于其界面的布鲁斯特角θb时，反射光会是100％的线性偏振光，因此，在本实施例中，以第一表面S1的布鲁斯特角θb入射第一表面S1的第一光束L1将能被调变为具有特定偏振方向的线性偏振光后，再被传递至第一偏振片130。
另一方面，如图1所示，在本实施例中，第一偏振片130位于感测元件150上，而光学结构层140位于感测元件150与第一偏振片130之间。更具体而言，如图1所示，在本实施例中，感测元件150具有感测表面SS，光学结构层140具有多个斜向通孔141，且各斜向通孔141与感测表面SS的法向量N之间具有第一夹角θ1。举例来说，在本实施例中，第一夹角θ1的大小约介于第一光束L1入射第一表面S1的布鲁斯特角θb±10度的范围内。更佳的是，在本实施例中，第一夹角θ1等于第一光束L1入射第一表面S1的布鲁斯特角θb。应注意的是，此处的数值范围皆仅是作为例示说明之用，其并非用以限定本发明。
如此，斜向通孔141以及第一偏振片130即能对入射的第一光束L1进行过滤。举例而言，如图1所示，在本实施例中，斜向通孔141的配置将能使得只有具特定入射角(即第一夹角θ1)的第一光束L1才能倾斜地入射至感测元件150。并且，由于此特定入射角也被设置为光源110所发出的光被上方其他构件界面(即第一表面S1)所反射的第一光束L1的布鲁斯特角θb。如此，以第一夹角θ1入射第一表面S1而传递至斜向通孔141以及第一偏振片130处的第一光束L1能被调变为具有第二偏振方向。并且，在本实施例中，第一偏振片130能设置为适于使具有第一偏振方向的光通过，其中第一偏振方向与第二偏振方向正交，而能对上述的第一光束L1进行过滤。
也就是说，如图1所示，在本实施例中，在上述配置下，斜向通孔141将能滤除以第一夹角θ1之外的角度所入射的第一光束L1，而第一偏振片130则会对以第一夹角θ1所入射的第一光束L1进行过滤。如此，这些被上方其他构件界面(即第一表面S1)所反射的第一光束L1即可得到滤除。
与此同时，如图1所示，在本实施例中，光源110所提供的第二光束L2则会穿透导光模块120的第二偏振片121的第一表面S1，并被传递至接触盖体122的物件O后被反射。举例而言，在本实施例中，接触盖体122的物件O例如为手指，被物件O反射的第二光束L2会带有相关的指纹图像信息。
举例而言，在本实施例中，第二偏振片121为圆偏振片。如图1所示，在本实施例中，第二偏振片121可包括线性偏振片121a与四分之一波片121b。换言之，在本实施例中，被物件O反射的第二光束L2，在穿透过第二偏振片121后，将会经由第二偏振片121而被调变为圆偏振光。也就是说，被传递至第一偏振片130的部分第二光束L2具有第一偏振方向，而另一部分第二光束L2会具有第二偏振方向，其中具有第一偏振方向的部分第二光束L2约占全部的50％，而可通过第一偏振片130。如此，感测元件150则对被物件O反射的第二光束L2进行识别，并进行图像的获取与输出。并且，由于被上方其他构件界面(即第一表面S1)所反射的噪声光线(即第一光束L1)已被滤除，因此感测元件150所得到的图像信息的信噪比将能被有效提升，而能产生具有良好品质的图像。举例说明，设传统方式所得的信号为100，噪声也为100，则图像信息的信噪比(SNR)会等于100/100＝1。相对于此，本发明所得的信号虽为100*50％＝50，但在偏振片的滤光效果为98％的情况下，所得的噪声值可降为100*2％＝2。因此，可得图像信息的信噪比为50/2＝25，为传统方式的25倍。
图2是依照本发明的一实施例的另一种光学图像感测装置的示意图。图2的光学图像感测装置200与图1的光学图像感测装置100类似，差异如下所述。如图2所示，在本实施例中，第二偏振片221为线偏振片。如此，在本实施例中，穿透过第二偏振片221的第二光束L2会经由第二偏振片221调变为线偏振光。并且，在本实施例中，第二光束L2的偏振方向可被设置为在经由第二偏振片221调变后，具有第一偏振方向。如此，被传递至第一偏振片130的第二光束L2由于具有第一偏振方向，因此皆可通过第一偏振片130。如此，可在噪声光线(即第一光束L1)被消除的同时，使带有相关指纹图像信息的第二光束L2也可100％穿透，进而更有效地提高图像信息的信噪比，而能产生具有良好品质的图像。举例说明，设传统方式所得的信号为100，噪声也为100，则图像信息的信噪比(SNR)会等于100/100＝1。相对于此，本发明所得的信号为100*100％＝100，但在偏振片的滤光效果为98％的情况下，所得的噪声值可降为100*2％＝2。因此，可得图像信息的信噪比为100/2＝50，为传统方式的50倍。
综上所述，本发明的实施例的光学图像感测装置通过斜向通孔以及导光模块的配置来使得带有噪声的光线只有在具特定入射角时才能倾斜地入射至感测元件的上方，且具有此特定入射角的光为具有特定偏振方向的线性偏振光。如此，光学图像感测装置再通过第一偏振片的配置，则能过滤此部分带有噪声的光线，进而提升图像信息的信噪比，而能产生具有良好品质的图像。
虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更改与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求所界定的为准。

Claims (8)

1.一种光学图像感测装置，包括：
光源，适于提供多个光束，且所述多个光束包括第一光束；
第一偏振片，适于使具有第一偏振方向的光通过；
感测元件，具有感测表面，其中所述第一偏振片位于所述感测元件上；
光学结构层，位于所述感测元件与所述第一偏振片之间，其中所述光学结构层具有多个斜向通孔，且各所述斜向通孔与所述感测表面的法向量之间具有第一夹角；以及
导光模块，位于所述第一光束的传递路径上，其中所述导光模块具有第一表面，所述第一光束被所述第一表面反射后传递至所述第一偏振片，且以所述第一夹角入射所述第一表面的所述第一光束被调变为具有第二偏振方向，所述第二偏振方向与所述第一偏振方向正交。
2.根据权利要求1所述的光学图像感测装置，其中所述导光模块包括：
第二偏振片，位于所述第一光束的传递路径上，其中所述第二偏振片面向所述第一偏振片的表面为所述第一表面；
盖体，位于所述第二偏振片上。
3.根据权利要求2所述的光学图像感测装置，其中所述多个光束还包括第二光束，所述第二光束被传递至接触所述盖体的物件后被反射，且所述感测元件对被所述物件反射的所述第二光束进行识别。
4.根据权利要求3所述的光学图像感测装置，其中所述第二偏振片为圆偏振片。
5.根据权利要求4所述的光学图像感测装置，其中所述第二光束经由所述第二偏振片调变后，被传递至所述第一偏振片的部分所述第二光束具有所述第一偏振方向，且被传递至所述第一偏振片的另一部分所述第二光束具有所述第二偏振方向。
6.根据权利要求3所述的光学图像感测装置，其中所述第二偏振片为线偏振片。
7.根据权利要求6所述的光学图像感测装置，所述第二光束经由所述第二偏振片调变后，被传递至所述第一偏振片的所述第二光束具有所述第一偏振方向。
8.根据权利要求1所述的光学图像感测装置，其中所述第一夹角等于所述第一光束入射所述第一表面的布鲁斯特角。
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