TWI637502B - 光學感測裝置以及光學感測模組 - Google Patents

光學感測裝置以及光學感測模組 Download PDF

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Abstract

一種光學感測裝置。該光學感測裝置包含第一光學感測器以及濾光層。該第一光學感測器用以接收第一光信號。該濾光層覆蓋該第一光學感測器，用以濾除入射角不在一特定範圍內的該第一光信號。

Description

光學感測裝置以及光學感測模組
本發明係關於光學感測，尤指一種具有濾光層的光學感測裝置，及其相關的光學感測模組。
近接感測器(proximity sensor)與環境光感測器廣泛地應用在可攜式電子裝置，例如智慧型手機。一般來說，近接感測器設置在環境光感測器的附近。為了提昇近接感測器之信噪比(signal-to-noise ratio，SNR)，現有技術利用幾何結構來限縮近接感測器的視角。舉例來說，藉由縮小近接感測器上方進光的開口，減少雜訊進入近接感測器。然而，現有技術至少具有以下幾項缺點，其一是該幾何結構同時也會限縮到環境光感測器的視角，不利環境光感測器的運作，其二是當元件尺寸越來越小時，允許的公差範圍也會越來越小，導致所希望的幾何結構難以實現。
因此，需要一種創新的光學感測結構，以在不受幾何結構的限制下有效地提昇光學感測器之信噪比。
有鑑於此，本發明的目的之一在於提供一種利用濾光層來限制光學 感測器之視角的光學感測裝置，及其相關的光學感測模組，來解決上述問題。
依據本發明之一實施例，其揭示一種光學感測裝置。該光學感測裝置包含一第一光學感測器以及一濾光層。該第一光學感測器用以接收一第一光信號。該濾光層覆蓋該第一光學感測器，用以濾除入射角不在一特定範圍內的該第一光信號。
依據本發明之一實施例，其揭示一種光學感測模組。該光學感測模組包含一光源、一電路板以及一光學感測裝置。該光源設置於該電路板上，用以發射一第一光信號。該光學感測裝置設置於該電路板上，並包括一第一光學感測器以及一濾光層。該第一光學感測器用以感測被一待測物體反射的該第一光信號。該濾光層覆蓋該第一光學感測器，用以濾除入射角不在一特定範圍內的該第一光信號。
本發明所提供之光學感測裝置/模組利用濾光層(諸如光學鍍膜)的特性來調整/限縮光學感測器(諸如近接感測器/紅外光感測器)之視角，不僅可在在不受幾何結構的限制下有效地提昇感測器之信噪比，並可增加封裝時的公差範圍，提高良率。
200‧‧‧光學感測模組
102‧‧‧玻璃
104‧‧‧結構件
110‧‧‧光源
220‧‧‧光學感測裝置
222‧‧‧近接感測器
226‧‧‧環境光感測器
228‧‧‧濾光層
230‧‧‧電路板
OB‧‧‧物體
LS‧‧‧光信號
RS‧‧‧反射信號
NS‧‧‧雜訊
A1、A2‧‧‧開孔
BLK‧‧‧阻隔部
FV‧‧‧特定範圍
第1圖提供本發明光學感測模組之一實施例的示意圖。
第2圖與第3圖說明第1圖中的濾光層的光學特性。
第1圖提供本發明光學感測模組之一實施例。光學感測模組200可以是一電子裝置(未繪示於第1圖中)之一部分，其中該電子裝置可以是(但不限於)一可攜式電子裝置，諸如行動電話、平板電腦或筆記型電腦。
光學感測模組200可包含(但不限於)一結構件104、一光源110、一光學感測裝置220以及一電路板230，其中電路板230用以供安裝光源110與光學感測裝置220。結構件104包括一開孔A1與一開孔A2，以及一阻隔部BLK設置於光源110與光學感測裝置220之間。開孔A1是設置在光源110的上方，開孔A2則是設置在感測裝置220的上方。光源110用以發射一光信號LS(例如，紅外光信號)。光信號LS的一部份經物體OB反射產生反射信號RS，反射信號RS入射至光學感測裝置220之入射角係位於一特定範圍FV內。在實際的應用上，物體OB與一近接感測器222(或光源110)之間的距離，遠大於近接感測器222與光源110之間的距離，因此，可將反射信號RS與光信號LS視為彼此大致平行的光信號。
光學感測裝置220包含近接感測器222、一環境光感測器226及一濾光層228，其中近接感測器222與環境光感測器226可分別接收不同的光信號。濾光層228覆蓋近接感測器222，用以濾除入射角不在特定範圍FV內的雜訊NS。濾光層228的材料可以是例如二氧化矽(SiO2)、二氧化鈦(TiO2)或氧化鉭(Ta2O5)，並可由一鍍膜的方式覆蓋在近接感測器222之上。近接感測器222用於接收反射信號RS。光學感測裝置220藉由近接感測器222感測反射信號RS以產生一感測輸出，該感測輸出係用於判斷物體OB(待測物體)的距離/接近(proximity)。環境光感測器226則是可以用來偵測環境光，光學感測裝置220藉由環境光感測器226感測環境光以產生一感測輸出，該感測輸出係用於判斷環境光的強度。光學 感測裝置220可以是以一個半導體晶片的形式實現。關於光學感測裝置220、近接感測器222與環境光感測器226的組成及其運作為熟習本發明技術領域者所熟知，在此不再贅述。
玻璃102是該電子裝置的一部份，設置在光學感測模組200的上方，光源110所發射的光信號LS之一部分經玻璃102反射產生雜訊NS。雜訊NS射向近接感測器222的入射角不在特定範圍FV內，因此雜訊NS被濾光層228濾除，不會被近接感測器222接收。
由於雜訊NS被濾光層228濾除，因此可以提昇近接感測器222的信噪比(反射信號RS與雜訊NS的比值)，這表示光學感測裝置220對於近接感測具有較佳的感測品質。
濾光層228並未覆蓋環境光感測器226，也不會影響環境光感測器226接收環境光。因此環境光感測器226具有廣大的視角，有助於提昇光學感測裝置220對於環境光的感測品質。
濾光層228具有濾光的作用，特定波長的光信號的入射角在一特定範圍FV內才能通過濾光層228。第2圖與第3圖提供的示意圖說明濾光層228的光學特性，請連同第1圖一起參閱之。如圖所示，中心波長為550奈米的光信號在入射角0度時可以穿透濾光層228，中心波長為530奈米的光信號在入射角30度時可以穿透濾光層228。在第2圖中，每個入射角度可以通過濾光層228的波長範圍大約是20奈米，例如在入射角為0度時，濾光層228可以允許波長540~560nm的光信號通過，在入射角為30度時，濾光層228可以允許波長520~540nm的光信號通 過，在入射角為20度時(圖中未示出)，濾光層228可以允許波長530~550奈米的光信號通過。如果光源110提供的是波長為550奈米的光信號，則產生的反射光在入射角為0~20度的特定範圍內可以穿透濾光層228。換言之，於此實施例中，濾光層228對於波長為550奈米之該入射光的視角大約是+20~-20度的特定範圍FV，入射角不在此特定範圍FV內的反射光則會被濾光層228濾除。因此，濾光層228可以限縮其所覆蓋的近接感測器222的視角，以減少/避免從非待測物體反射的雜訊NS影響感測品質。
本發明利用濾光層228來改變/限縮近接感測器222之視角，提昇其信噪比，而無需改變幾何結構(例如縮小開孔A2)。如果需要較大的開孔A2，使環境光感測器226接收更多的環境光，近接感測器222之信噪比也不會受到影響。因此，光學感測模組200的設計都可以具有較大的彈性，並且可以同時滿足環境光感測器226與近接感測器222的視角需求。
雖然以上是以波長為550奈米之入射光來說明濾光層228的功能，然而本發明並不以此為限。在其他實施例中，光源110所發射之光信號LS的波長可因應實際需求來決定。舉例來說，光源110可由一紅外光發光二極體來實施，用以發射波長位於紅外光波段之中的光信號LS。搭配的近接感測器222可感測波長位於紅外光波段之中的反射信號RS。
在某些實施例中，光學感測裝置220與光源110之間可以無需設置阻隔部BLK，進而簡化設計及降低生產成本。於某些實施例中，光學感測模組200也可以無需設置整個結構件104。省略結構件104可以簡化設計及降低成本，滿足產品輕薄化以及低生產成本的需求，另一方面，環境光感測器226可接收充足 的環境光，提供良好的感測品質。
值得注意的是，濾光層228因應不同入射角度的光線而有不同穿透率的光學特性，原是現有光學技術領域中亟欲克服的問題。現有光學技術領域希望的濾光層是能夠接受各種角度的入射光通過。以單眼相機為例，鏡頭前會設置紅色濾光片(紅色濾光層)以允許各種方向的紅光入射，濾光層228顯然不能滿足此一需求。因此，長久以來，濾光層228在光學技術領域中是被視為有缺陷而捨棄不用。而本發明則是克服了這長久以來的技術偏見，巧妙地利用濾光層228的光學特性來解決現有近接感測器222信噪比不佳的問題，可以在不改變光學感測模組200的幾何結構的情形下限縮近接感測器222的視角。
由於本發明之光學感測模組200並不需要要求開孔A2的精準度，因此可以增加製造時允許的公差範圍，提高良率。再者，本發明可以提昇近接感測器的信噪比，且可滿足其他光學感測器的視角需求，因此，本發明所提供之光學感測裝置/模組實具有現有技術難以預期的突出功效。
在上述實施例中，僅係以近接感測器及環境光感測器為例作為說明，本發明亦適用於其他的光學感測器。因此本發明之光學感測裝置可以被理解為包含一第一光學感測器以及一濾光層。該第一光學感測器用以接收一第一光信號。該濾光層覆蓋該第一光學感測器，用以濾除入射角不在一特定範圍內的該第一光信號。該光學感測裝置更可包括一第二光學感測器，用以感測一第二光信號，其中該第二光信號與該第一光信號並不相同。在一實施例中，該第一光學感測器是一紅外光感測器。本發明之光學感測模組可以被理解為包含一電路板、一光源以及一光學感測裝置。該光源設置於該電路板上，用以發射一 第一光信號。該光學感測裝置設置於該電路板上，且該光學感測裝置包括一第一光學感測器以及一濾光層。該第一光學感測器用以感測被一待測物體反射的該第一光信號。該濾光層覆蓋該第一光學感測器，用以濾除入射角不在一特定範圍內的該第一光信號
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。

Claims (13)

  1. 一種光學感測裝置，包含： 一第一光學感測器，用以接收一第一光信號；以及 一濾光層，覆蓋該第一光學感測器，用以濾除入射角不在一特定範圍內的該第一光信號。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之光學感測裝置，其中該光學感測裝置藉由該第一光學感測器感測該第一光信號以產生一感測輸出，該感測輸出用於判斷一物體的接近（proximity）。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之光學感測裝置，其中該第一光學感測器是一紅外光感測器。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之光學感測裝置，另包含： 一第二光學感測器，用以感測一第二光信號，其中該第一光信號與該第二光信號並不相同。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之光學感測裝置，其中該光學感測裝置藉由該第二光學感測器感測該第二光信號以產生一感測輸出，該感測輸出用於判斷環境光的強度。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之光學感測裝置，其中該濾光層的材料包含二氧化矽、二氧化鈦或氧化鉭之至少其一。
  7. 一種光學感測模組，包含： 一電路板； 一光源，設置於該電路板上，用以發射一第一光信號；以及 一光學感測裝置，設置於該電路板上，該光學感測裝置包括： 一第一光學感測器，用以感測被一待測物體反射的該第一光信號；以及 一濾光層，覆蓋該第一光學感測器，用以濾除入射角不在一特定範圍內的該第一光信號。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之光學感測模組，其中該光學感測裝置藉由該第一光學感測器感測該第一光信號以產生一感測輸出，該感測輸出用於判斷該待測物體的接近。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之光學感測模組，其中該第一光學感測器是一紅外光感測器。
  10. 如申請專利範圍第7項所述之光學感測模組，其中該光學感測裝置另包含： 一第二光學感測器，用以感測一第二光信號，其中該第一光信號與該第二光信號並不相同。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之光學感測模組，其中該光學感測裝置藉由該第二光學感測器感測該第二光信號以產生一感測輸出，該感測輸出用於判斷環境光的強度。
  12. 如申請專利範圍第7項所述之光學感測模組，其中該光源是紅外光發光二極體。
  13. 如申請專利範圍第7項所述之光學感測模組，其中該濾光層的材料包含二氧化矽、二氧化鈦或氧化鉭之至少其一。
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