TW201547276A - 光感測裝置及安排感光元件的方法 - Google Patents

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Abstract

一種光感測裝置，包含有一基板；複數個感光元件，設置於該基板上，用來感測一光線；以及一蓋板，用來遮蔽該複數個感光元件，該蓋板上包含有一開孔，用來通過該光線；其中，該複數個感光元件之一集合係根據該開孔相對於該複數個感光元件的位置而被選擇開啟。

Description

光感測裝置及安排感光元件的方法
本發明係指一種光感測裝置及安排感光元件的方法，尤指一種光感測裝置及在光感測裝置上安排複數個感光元件以進行光感測的方法。
隨著科技的進步，智慧型手機(Smart Phone)、平板電腦(Tablet)等行動裝置已成為人們生活中不可或缺的部分，不同於傳統的手機僅具有通話功能，現今的行動裝置將通訊、連網、拍照、遊戲、資料處理等功能整合在一起，多功能的設計使得行動裝置更受到消費者的喜愛。
由於行動裝置配備有多元化的功能，因此，必須使用各種感測裝置來進行周邊環境的偵測，以進行相對應的應用。常見的感測裝置包含有環境光感測器(ambient light sensor)、鄰近感測器(proximity sensor)等。其中，環境光感測器可利用感光元件偵測環境光，偵測到的光線強度並轉換為相對應的訊號，再進行後續訊號處理。鄰近感測器則是藉由發送一特定波長的光訊號(如紅外光)，再由特定感光元件偵測此光訊號，並根據偵測到光訊號的強度或時間來判斷前方物體的距離或移動。
然而，光感測器或鄰近感測器可能因為製程公差或組裝公差而無法達到良好的感測效果。舉例來說，鄰近感測器需針對特定光訊號進行感測，此特定光訊號是由某發送裝置所發射出並經由外界物體反射回來，若感測元 件的位置出現偏移，可能無法正確地藉由反射光線判斷出外界物體的位置。此外，光感測器的設計對於環境光強度的靈敏度極高，其主要目的是用來偵測細微的光線變化，若製程公差或組裝公差造成感光元件與接收光線的開孔之間產生偏移時，所偵測到的光線強度會減弱。現有的解決方式是在光訊號轉換為電路訊號之後，透過後端電路來放大電路訊號以補償光訊號減弱的部分，並經由測試來調整放大的幅度。然而，此方式同時伴隨著非理想特性的放大，例如，雜訊(noise)或光耦合(crosstalk)等訊號也隨之而放大。此外，上述方式無法處理感光角(view angle)變小所造成的影響。有鑑於此，習知技術實有改進之必要。
因此，本發明之主要目的即在於提供一種光感測裝置及安排感光元件的方法，其可在光感測裝置中安排複數個感光元件，並針對製程公差或組裝公差的狀況或者針對不同需求來選擇開啟該複數個感光元件中特定的感光元件，以達成感光度及感光角(view angle)的一致性。
本發明揭露一種光感測裝置，包含有一基板；複數個感光元件，設置於該基板上，用來感測一光線；以及一蓋板，用來遮蔽該複數個感光元件，該蓋板上包含有一開孔，用來通過該光線；其中，該複數個感光元件之一集合係根據該開孔相對於該複數個感光元件的位置而被選擇開啟。
本發明另揭露一種安排感光元件的方法，用於一光感測裝置，該方法包含有設置複數個感光元件於一基板上，用來感測一光線；設置一蓋板，以遮蔽該複數個感光元件，其中該蓋板上包含有一開孔，用來通過該光線；以及根據該開孔相對於該複數個感光元件的位置，選擇開啟該複數個感光元件之一集合。
10、20、40、50‧‧‧光感測裝置
100、200、400、500‧‧‧基板
102、202‧‧‧蓋板
104、204、404、504‧‧‧開孔
PD、PD_1~PD_9、PD_11~PD_77‧‧‧感光元件
R1‧‧‧第一封閉區間
R2‧‧‧第二封閉區間
第1A圖、第1B圖、第1C圖、第1D圖及第1E圖為一常見光感測裝置之側視圖。
第2圖為本發明實施例一光感測裝置之側視圖。
第3A圖、第3B圖、第3C圖及第3D圖為本發明實施例開孔相對於感光元件的位置出現偏移之示意圖。
第4圖為本發明實施例一光感測裝置之上視圖。
第5圖為本發明實施例一光感測裝置之上視圖。
第6圖為選擇開啟光感測裝置中的感光元件之一實施方式之示意圖。
第7圖為選擇開啟光感測裝置中的感光元件之另一實施方式之示意圖。
請參考第1A圖、第1B圖、第1C圖、第1D圖及第1E圖，第1A圖、第1B圖、第1C圖、第1D圖及第1E圖為一常見光感測裝置10之側視圖。光感測裝置10包含有一基板100、一感光元件PD及一蓋板102，蓋板102上具有一開孔104，用來通過光線。此外，第1E圖除了包含有基板100之外，另包含一基板100’。其中，第1A圖繪示感測裝置10具有良好的製程及組裝使得開孔104可完全對準感光元件PD；第1B圖、第1C圖、第1D圖及第1E圖則繪示製程公差或組裝公差造成感光元件PD與開孔104之間產生偏移的情況。在第1A圖及第1B圖中，一光源LS1位於感光元件PD的正上方；在第1C圖中，一光源LS2位於感光元件PD的右上方；第1D圖及第1E圖之感光元件PD則用來接收光感測裝置10本身的光源LS3所發送的光線，如鄰近感測器(proximity sensor)的情況。在第1A圖中，由於開孔104完全對準感光元件PD，光源LS1向下直射的光線可完全通過開孔104而被感光元件PD接收。在第1B圖中，由於感光元件PD與開孔104之間具有偏移，使 得光源LS1向下直射的光線僅有部分通過開孔104而被感光元件PD接收，因此接收到的光線強度會減弱。在第1C圖中，由於開孔104偏向感光元件PD的左側，使得由右側的光源LS2入射的光線無法被感光元件PD接收，造成感光元件PD右側的感光角(view angle)縮小。因此，當光感測裝置轉向時，開孔104的偏移將造成感光元件PD接收到的光強度不一致，特別是在光源位於開孔104偏移的反方向時。在第1D圖及第1E圖中，由於開孔104偏向感光元件PD的左側，同樣造成位於右側的光源LS3發送之光線無法透過反射被感光元件PD接收。第1D圖及第1E圖之主要差異在於，第1D圖中感光元件PD及光源LS3係設置於同一塊基板100上，而第1E圖中感光元件PD及光源LS3分別設置於基板100及基板100’上。然而，不論感光元件PD及光源LS3位於相同或不同基板上，當感光元件PD與開孔104之間產生偏移時，都可能發生感光角縮小造成感光元件PD無法接收到光源LS3發送之光線的問題。
不同於習知技術是透過後端電路訊號的放大來處理上述問題，本 發明可在一光感測裝置上安排複數個感光元件，並根據開孔相對於該複數個感光元件的位置，選擇性開啟該複數個感光元件中部分感光元件，以達成感光度及感光角的一致性。詳細來說，請參考第2圖，第2圖為本發明實施例一光感測裝置20之側視圖。如第2圖所示，光感測裝置20包含有一基板200、複數個感光元件PD_1~PD_9及一蓋板202，蓋板202上具有一開孔204，用來通過光線。光感測裝置20可為一光感測積體電路(Integrated Circuit，IC)，或任何可執行光感測功能的裝置。感光元件PD_1~PD_9可設置於基板200上，用來感測光線。每一感光元件PD_1~PD_9可為一感光二極體(Photo Diode，PD)或任何可用來感測光線的元件，而不限於此，且感光元件PD_1~PD_9所感測的光線可能是可見光、紅外光、紫外光或具有任何波長的光線。根據不同需求或不同應用，光感測裝置20上可配置任何類型的感光元件 PD_1~PD_9，其用來感測不同波長的光線。此外，蓋板202可用來遮蔽感光元件PD_1~PD_9，光線則通過蓋板202上的開孔204由感光元件PD_1~PD_9接收，以進行光感測。蓋板202可為光感測積體電路的封裝體、電子裝置的機殼或任何可用來遮蔽感光元件PD_1~PD_9的裝置。在電子產品製作過程中，製程公差可能造成感光元件PD_1~PD_9在封裝體內部的位置產生偏移，或封裝體上的開孔位置出現偏移；而組裝公差可能造成感光元件PD_1~PD_9在電子裝置機殼內部的位置產生偏移，或機殼上的開孔位置出現偏移。
當上述偏移的情況發生時，開孔204相對於感光元件PD_1~PD_9 的位置會出現變化。電子產品製造者即可根據開孔204相對於感光元件PD_1~PD_9的位置，選擇開啟感光元件PD_1~PD_9之一集合，並關閉該集合以外的感光元件。舉例來說，在第2圖中，根據開孔204的位置，光源LS1向下直射的光線可照射到感光元件PD_3~PD_7，因此可選擇開啟感光元件PD_3~PD_7，並關閉感光元件PD_1、PD_2、PD_8及PD_9。當發生偏移時，可能出現如第3A圖所示的情況，開孔204偏向感光元件PD_1~PD_9的左側。在此情況下，光源LS1向下直射的光線可照射到感光元件PD_2~PD_6，因此可選擇開啟感光元件PD_2~PD_6，並關閉感光元件PD_1及PD_7~PD_9。更明確來說，電子產品製造者可藉由一特定光源，依序對每一感光元件PD_1~PD_9進行測試，以決定是否開啟感光元件PD_1~PD_9。舉例來說，可將一光源設置於基板200的正上方，當該光源的光線可通過開孔204直射到一第一感光元件時，可選擇開啟該第一感光元件；當該光源的光線通過開孔204無法直射到一第二感光元件時，可選擇關閉該第二感光元件。另一方面，若欲針對感光角的一致性進行測試，亦可將該光源設置於基板200的斜上方，只要該光源的光線之入射角位於一第三感光元件之感光角內時，可選擇開啟該第三感光元件。舉例來說，若欲開啟感光角45度可照射到的範 圍內的感光元件，可將一光源設置於開孔204斜上方45度角的位置，並選擇開啟該光源可照射到的感光元件，使光線的入射角可位於被開啟的感光元件的集合之45度感光角內。在其它實施例中，亦可透過其它方式來進行感光元件開啟的選擇，而不限於此。
同樣地，本發明亦可解決上述第1C圖、第1D圖及第1E圖中， 斜向入射的光線無法被感光元件PD接收的問題。請參考第3B圖、第3C圖及第3D圖，第3B圖、第3C圖及第3D圖分別為本發明實施例開孔204相對於感光元件PD_1~PD_9的位置出現偏移之示意圖。在第3B圖中，開孔204偏向感光元件PD_1~PD_9的左側，因此由右側之光源LS2入射的光線可照射到感光元件PD_1~PD_4，只要選擇開啟感光元件PD_1~PD_4，即可接收光源LS2所入射的光線。在第3C圖及第3D圖中，開孔204亦偏向感光元件PD_1~PD_9的左側，若欲接收光源LS3發送並經由外界物體反射的光線時，亦可選擇開啟偏左側的感光元件(如感光元件PD2、PD3及PD4)。第3C圖及第3D圖之主要差異在於，第3C圖中感光元件PD_1~PD_9及光源LS3係設置於同一塊基板200上，而第3D圖中感光元件PD_1~PD_9及光源LS3分別設置於基板200及基板200’上。然而，不論感光元件PD_1~PD_9及光源LS3位於相同或不同基板上，當感光元件PD_1~PD_9與開孔204之間產生偏移時，都可選擇開啟部分感光元件來接收光源LS3發送並經由外界物體反射的光線。如此一來，藉由選擇開啟不同的感光元件，本發明可解決習知技術中開孔偏移造成感光角縮小使得感光元件無法接收斜向入射光線的問題。
值得注意的是，光感測裝置20與光感測裝置10的不同之處在於， 光感測裝置10僅包含單一感光元件PD，而光感測裝置20包含有複數個體積較小的感光元件PD_1~PD_9。在此情況下，電子產品製造者可根據開孔204 相對於感光元件PD_1~PD_9的位置，選擇開啟部分感光元件，使得每一光感測裝置之感光效果可達到一致性。在一實施例中，電子產品製造者可在每一光感測裝置組裝完成之後，藉由特定光源逐一測試，以取得每一光感測裝置的開孔相對於感光元件的位置，進而判斷欲開啟的感光元件的數量及位置。在另一實施例中，為節省測試時間，電子產品製造者可在一批相同類型的光感測裝置中選擇部分光感測裝置來進行測試，以取得這些光感測裝置的開孔相對於感光元件的位置的平均值，並根據所取得的平均值來決定開啟相同類型的光感測裝置內部感光元件的方式。
除此之外，第2圖所繪示之光感測裝置20為側視圖，其所包含的 感光元件PD_1~PD_9僅為光感測裝置20中一列感光元件，實際上，光感測裝置20可能包含多個以陣列方式排列的感光元件。以下實施例將透過上視圖來說明感光元件之不同選擇方式。
請參考第4圖，第4圖為本發明實施例一光感測裝置40之上視 圖。如第4圖所示，光感測裝置40包含有一基板400、感光元件PD_11~PD_77及一開孔404。感光元件PD_11~PD_77設置於基板400上，並排列為一7×7陣列，且每一感光元件PD_11~PD_77的形狀、面積及長度皆相同。根據開孔404的位置，電子產品製造者可選擇開啟位於開孔404正下方的感光元件PD_33、PD_34、PD_35、PD_43、PD_44、PD_45、PD_53、PD_54及PD_55。 在其它實施例中，若開孔404的位置出現偏移時，製造者亦可據以調整欲開啟的感光元件的數目及位置。例如當開孔404相對於感光元件PD_11~PD_77的位置偏向左方時，製造者可選擇開啟包含有感光元件PD_32、PD_33、PD_34、PD_42、PD_43、PD_44、PD_52、PD_53及PD_54的集合。此外，基板400上可鋪設任意數目的感光元件，並可根據需求以任何方式排列。舉例來說，在一實施例中，可使用體積較小的感光元件，並在基板上增加感光 元件的數目，使得製造者可透過更細部的選擇來提高感光度及感光角的一致性。
值得注意的是，本發明提供了一種可在光感測裝置內設置複數個 感光元件，並針對製程公差或組裝公差的狀況或者針對不同需求來選擇開啟該複數個感光元件中特定感光元件的方法，以達成感光度及感光角的一致性。本領域具通常知識者當可據以進行修飾或變化，而不限於此。舉例來說，電子產品製造者可根據系統需求，在蓋板上的開孔設置透鏡，透鏡可聚集接收到的光線，以提高感光元件的感光效果。在其它實施例中，亦可在開孔的位置點上透光膠，同樣能達到聚光效果。此外，在上述實施例中，基板上所有感光元件的體積及形狀皆相同，但在其它實施例中，亦可根據系統需求，在基板上設置不同大小、不同長度或不同形狀的感光元件，而不限於此。
舉例來說，請參考第5圖，第5圖為本發明實施例一光感測裝置 50之上視圖。如第5圖所示，光感測裝置50包含有一基板500、複數個感光元件及一開孔504。一般來說，開孔504的正中央正對於配置有感光元件的基板500的正中央，因此，只要開孔504未出現過度偏移，靠近基板500中央的感光元件往往會被選擇開啟。在此情況下，可在基板500正中央設置一體積較大的感光元件，而在基板500四周設置複數個體積較小的感光元件，使該體積較大的感光元件被其它體積較小的感光元件包圍。當開孔504未出現過度偏移時，該體積較大的感光元件可固定開啟，後續的處理只需要針對開孔504的偏移方向，對四周體積較小的感光元件進行選擇即可。如此一來，可在不影響感光度及感光角之一致性的情況下，降低所使用的感光元件數目，進而降低成本。
在上述實施例中，選擇開啟感光元件之集合的方式皆是根據開孔 的位置，選擇開孔位置下方一封閉區間內的感光元件作為一集合，並開啟屬於此集合之感光元件。在其它實施例中，亦可根據不同應用，以更彈性的方式選擇開啟感光元件。舉例來說，電子產品製造者可根據開孔相對於感光元件的位置，定義一第一封閉區間內的感光元件，接著，在第一封閉區間內的感光元件中，製造者可再選擇定義一第二封閉區間。因此，第二封閉區間包含於第一封閉區間內部。在此情況下，製造者可選擇位於第一封閉區間與第二封閉區間之間的感光元件作為一集合，並開啟屬於此集合之感光元件。同時，選擇關閉位於第一封閉區間外部以及第二封閉區間內部的感光元件。
以第4圖之光感測裝置40舉例說明如下。請參考第6圖，第6 圖為選擇開啟光感測裝置40中的感光元件之一實施方式之示意圖。如第6圖所示，根據開孔的位置，第一封閉區間R1可包含感光元件PD_33、PD_34、PD_35、PD_43、PD_44、PD_45、PD_53、PD_54及PD_55所形成之一集合，第二封閉區間R2則位於第一封閉區間R1內，其可包含位於基板400正中央的感光元件PD44。電子產品製造者可選擇開啟包含於第一封閉區間R1但未包含於第二封閉區間R2的感光元件，即感光元件PD_33、PD_34、PD_35、PD_43、PD_45、PD_53、PD_54及PD_55，同時關閉感光元件PD44及其它位於第一封閉區間R1之外的感光元件。在此情況下，第一封閉區間R1及第二封閉區間R2皆為圓形或橢圓形。除此之外，請參考第7圖，第7圖為選擇開啟光感測裝置40中的感光元件之另一實施方式之示意圖。如第7圖所示，第一封閉區間R1可為一「十」字形區域，其包含有感光元件PD_24、PD_34、PD_42、PD_43、PD_44、PD_45、PD_46、PD_54及PD_64所形成之一集合；第二封閉區間R2則為「十」字型區域中「十」字的交叉點，其包含有感光元件PD_44。電子產品製造者可選擇開啟位於第一封閉區間R1之內且位於第二封閉區間R2之外的感光元件，如PD_24、PD_34、PD_42、PD_43、PD_45、PD_46、PD_54及PD_64，以進行物體在水平及垂直方向移動的偵測，例如 判斷電子產品使用者進行水平翻頁或垂直捲頁的手勢。在其它實施例中，亦可針對其它需求(如遊戲)，選擇開啟斜向的感光元件。值得注意的是，製造者可透過任何方式定義第一封閉區間R1及第二封閉區間R2的範圍，而不限於此。此外，亦可針對不同的應用，定義更多數目的封閉區間，以選擇適合的感光元件進行感光，並關閉其它不需要或多餘的感光元件。
本發明之實施例可透過各種方式進行光感測裝置的應用，只需在 光感測裝置上配置複數個感光元件，這些感光元件可固定開啟或選擇性地被開啟。舉例來說，在進行環境光感測時，電子產品製造者可在每一光感測裝置中選擇固定開啟的感光元件及固定關閉的感光元件，以達到感光度及感光角的一致性。在其它實施例中，一光感測裝置可整合多種不同的應用，在此情況下，每一感光元件並非固定開啟或固定關閉，而是可根據電子產品製造者的設定，或由電子產品使用者針對不同應用，選擇開啟或關閉，使用上的彈性可因此而提升。
在習知技術中，若製程公差或組裝公差造成感光元件與接收光線 的開孔之間產生偏移時，所偵測到的光線強度會減弱。習知的解決方式是在光訊號轉換為電路訊號之後，透過後端電路來放大電路訊號以補償光訊號減弱的部分，並經由測試來調整放大的幅度。然而，此方式同時伴隨著非理想特性的放大，例如，雜訊(noise)或光耦合(crosstalk)等訊號也隨之而放大，且上述方式無法處理感光角變小所造成的影響。相較之下，本發明提供一種可在光感測裝置內設置複數個感光元件，並針對製程公差或組裝公差的狀況選擇開啟該複數個感光元件中特定感光元件的方法，以達成感光度及感光角的一致性，此外，電子產品製造者及使用者亦可針對不同應用，選擇開啟該複數個感光元件中不同的感光元件，以提升光感測裝置使用上的彈性。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所 做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
20‧‧‧光感測裝置
200‧‧‧基板
202‧‧‧蓋板
204‧‧‧開孔
PD_1~PD_9‧‧‧感光元件

Claims (14)

  1. 一種光感測裝置，包含有：一基板；複數個感光元件，設置於該基板上，用來感測一光線；以及一蓋板，用來遮蔽該複數個感光元件，該蓋板上包含有一開孔，用來通過該光線；其中，該複數個感光元件之一集合係根據該開孔相對於該複數個感光元件的位置而被選擇開啟。
  2. 如請求項1所述之光感測裝置，其中該複數個感光元件中該集合以外的感光元件被關閉。
  3. 如請求項1所述之光感測裝置，另包含有一透鏡或一透光膠，設置於該開孔上，用來進行聚光。
  4. 如請求項1所述之光感測裝置，其中該複數個感光元件係排列為一陣列。
  5. 如請求項1所述之光感測裝置，其中該複數個感光元件之形狀、面積及長度係相同或不同。
  6. 如請求項1所述之光感測裝置，其中該複數個感光元件中至少一感光元件被體積小於該至少一感光元件的感光元件包圍。
  7. 如請求項1所述之光感測裝置，其中該光線之一入射角位於該複數個感光元件之該集合之一感光角(view angle)內。
  8. 如請求項1所述之光感測裝置，其中該複數個感光元件之該集合包含有位於根據該開孔的位置所形成之一第一封閉區間內的感光元件。
  9. 如請求項8所述之光感測裝置，其中該第一封閉區間內另包含有一第二封閉區間，該複數個感光元件之該集合包含有位於該第一封閉區間內的感光元件，且未包含位於該第二封閉區間內的感光元件。
  10. 如請求項9所述之光感測裝置，其中該第一封閉區間及該第二封閉區間為圓形或橢圓形。
  11. 如請求項9所述之光感測裝置，其中該第一封閉區間為一「十」字型區域，且該第二封閉區間為該「十」字型區域中「十」字的交叉點。
  12. 一種安排感光元件的方法，用於一光感測裝置，該方法包含有：設置複數個感光元件於一基板上，用來感測一光線；設置一蓋板，以遮蔽該複數個感光元件，其中該蓋板上包含有一開孔，用來通過該光線；以及根據該開孔相對於該複數個感光元件的位置，選擇開啟該複數個感光元件之一集合。
  13. 如請求項12所述之方法，另包含有：選擇關閉該複數個感光元件中該集合以外的感光元件。
  14. 如請求項12所述之方法，其中根據該開孔相對於該複數個感光元件的位置，選擇開啟該複數個感光元件之該集合之步驟包含有：當通過該開孔之該光線直射到該複數個感光元件中一第一感光元件時，選擇開啟該第一感光元件；以及當通過該開孔之該光線未直射到該複數個感光元件中一第二感光元件時，選擇關閉該第二感光元件。
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