TWI676124B - 光學感測模組 - Google Patents

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Yi-Yung Chen
吳高彬
Kao-Pin Wu
張鴻德
Tom Chang
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義明科技股份有限公司
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Abstract

本發明係一種光學感測模組，係包含有一光源及一光學感測積體電路裝置；其中該光源係用以發射一光信號，而該光學感測積體電路裝置則包含有一光學感測器及一光柵；其中該光學感測器係用以感測該光信號的反射光，且該光學感測器與該光源沿著第一方向排列，該光柵則形成於該第一光學感測器之上方，且包含有複數相互平行排列的導線，且該些導線係與該第一方向垂直。

Description

光學感測模組
本發明係關於一種光學感測模組，尤指一種具有光柵的光學感測模組。
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(開孔)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，本發明主要發明目的係提供一種具有光柵的光學感測模組，以克服既有光學感測器的缺陷。
欲達上述目的所使用的主要技術手段係令該光學感測模組包含有：一光源；以及一光學感測積體電路裝置，包括：一第一光學感測器，與該光源沿著第一方向排列；以及一光柵，形成於該第一光學感測器之上方，該光柵包含有複數相互平行排列的導線，且該些導線係與該第一方向垂直。
本發明藉由在第一光學感測器上方形成光柵，可以減少雜訊進入該第一光學感測器，提高該光學感測模組的信噪比。
10‧‧‧光學感測模組
11‧‧‧電路板
12‧‧‧殼體
121‧‧‧第一開口
122‧‧‧第二開孔
13‧‧‧隔牆
14‧‧‧玻璃
20‧‧‧光源
30‧‧‧光學感測積體電路裝置
31‧‧‧第一光學感測器
311‧‧‧透明介電層
32‧‧‧光柵
321‧‧‧導線
33‧‧‧第二光學感測器
35‧‧‧走線
40‧‧‧物件
圖1：本發明光學感測模組之一實施例的剖面剖面圖。
圖2：說明圖1中第一光學感測器與光源的相對位置。
圖3A：本發明光學感測模組之第一光學感測器的第一實施例的剖面示意圖。
圖3B：本發明光學感測模組之第一光學感測器的第一實施例的剖面示意圖。
圖3C：本發明光學感測模組之第一光學感測器的第一實施例的剖面示意圖。
圖4：光線進入玻璃材質的一入射角及折射率特性圖。
圖5：圖3A部分剖面放大圖。
圖2提供本發明光學感測模組10的示意圖，該光學感測模組10可以是一電子裝置(未繪示於圖1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10可包含(但不限於)一光源20及一光學感測積體電路裝置30。該光源20與該光學感測積體電路裝置30係設置在一電路板11上。光源20可以是一個紅外光發光二極體，用以發射紅外光。光學感測積體電路裝置30包括有一第一光學感測器31與一第二光學感測器33。在一實施例中，第一光學感測器31為近接感測器(Proximity Sensor,PS)，用以偵測物件的接近，第二光學感測器33為環境光感測器(Ambient Light Sensor,ALS)，用以偵測環境光，該近接感測器可以是(但不限於)一紅外光感測器。
圖2的示意圖說明第一光學感測器31與光源20的相對位置。第一光學感測器31與光源20係沿著第一方向X排列。光柵32係形成於第一光學感測器31之上方，且該光柵32包含有複數相互平行排列的導線321，該些導線321係與該第一方向X垂直。
圖3A到圖3C的示意圖，分別顯示上述光學感測積體電路裝置30的一實施例的局部剖面圖，該剖面圖係沿著圖2所示的X方向切開。複數導體層M1、M2與M3依序形成在該第一光學感測器31上方。在一實施例中，導體層M1、M2與M3的材料為金屬。第一光學感測器31與導體層之間M1具有一透明介電層311，能夠容許光線通過。由多條平行導線321所組成的光柵32可以是形成在導體層M1、M2與M3的其中之一，在製作一導體層的製程中，一併形成該光柵32的多條導線321。舉例來說，在圖3A的實施例中，是以導體層M1形成光柵32的多條導線321，在圖3B的實施例中，是以導體層M2形成光柵32的多條導線321，在圖3C的實施例中，是以導體層M3形成光柵32的多條導線321。導體層M1、M2與M3更用於形成走線35。走線35是用於傳遞電信號或第一光學感測器31的感測信號。在其他實施例中，第一光學感測器31的上方可能具有更多或更少的導體層，都仍然適用於本發明。
請配合參閱圖5提供的示意圖，光柵32的導線321的寬度w、高度h與間距d，決定了第一感測器31的視角FOV(Field OF View)，該視角FOV可以被理為解光線可以進入第一光學感測器31的入射角度範圍。視角FOV愈小，可以進入第一光學感測器31的光線愈少。因此，光柵32的導線321的寬度w、高度h與間距d，會是根據第一感光學感測器31的訊雜比要求來決定。在圖1的實施例中，該光學感測模組10進一步包含(但不限於)一殼體12及一隔牆13。該殼體12設置在該電路板11上，並蓋合該光源20及該光學感測積體電路裝置30。該殼體12形成有一第一開孔121對準下方的該光源20，以便讓光源20發射的光線通過。殼體12形成有一第二開口122對準下方的第一光學感測器31與第二光學感測器，以便讓光線進入第一光學感測器31與。隔牆13係位在該光源20及該光學感測積體電路裝置30之間，用以隔離該光源20及該光學感測積體電路裝置30。在圖1的實施例中，隔牆13係自該殼體12的內頂面向下延伸，並抵止在該電路板11上。
殼體12上的玻璃14是該電子裝置的一部份。該光源20向上發射的光信號LS的一部份穿過玻璃14，並被位在該電子裝置外的一物件40(例如手指)反射，產生一第一反射光RS1射向該第一光學感測器31。該光源20向上發射的光信號LS的另一部分在玻璃102經過多次的內反射，產生第二反射光RS2射向該第一光學感測器31，對該第一光學感測器31來說，第一反射光RS1是用來偵測物件40的接近，第二反射光RS2則為不想要一雜訊。
請配合參閱圖4所示，係為一光線進入該玻璃14後的一入射角及折射率特性圖，由圖中可知該第二反射光RS2中，S偏振光(S-polarization)Sp的比例會大於P偏振光(P-polarization)Pp，因此如果能減少第二反射光中的S偏振光進入第一光學感測器31，將有助於提升訊雜比。
在該第一光學感測器31的上方形成的光柵32，其作用相當於是一個偏光片(Polarizer)，可以反射該第二反射光RS2的S偏振光成分，使得該第二反射光RS2進入該第一光學感測器31的能量大幅降低，達到降雜訊的效果，提高該第一光學感測器31的信雜比。
另一方面，從圖5的視角FOV可以了解，光柵32限縮了可以進入第一光學感測器31的入射角範圍，由於第二反射光RS2(雜訊)射向第一光學感測器31的入射角較大，大部份的第二反射光RS2將不會進入第一光學感測器31，而第一反射光RS1射向第一光學感測器31的入射角非常小，因此第一反射光RS1可以通過光柵32被第一光學感測器31接收。換句話說，光柵32的物理結構能夠限縮第一光學感測器31的視角FOV，減少雜訊(第二反射光RS2)進入第一光學感測器31，因而可以提高訊雜比。再者，光柵32具有限縮第一光學感測器31的視角FOV的作用，因此可以取代既有技術使用開孔來限縮第一光學感測器31的視角。對於在殼體12形成第二開口122的精密度的要求就可降低，有利於整個光學感測模組10的小型化。
以上所述僅是本發明的實施例而已，並非對本發明做任何形式上的限制，在其他實施例中，省略第二光學感測器33亦是可能的。雖然本發明已以實施例揭露如上，然而並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明技術方案的範圍內，當可利用上述揭示的技術內容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬於本發明技術方案的範圍內。

Claims (9)

  1. 一種光學感測模組，包括：一光源；以及一光學感測積體電路裝置，包括：一第一光學感測器，該第一光學感測器與該光源沿著第一方向排列；以及一光柵，形成於該第一光學感測器之上方，該光柵包含有複數相互平行排列的導線，且該些導線係與該第一方向垂直，該光柵是用以減少進入該第一光學感測器的雜訊。
  2. 如請求項1所述之光學感測模組，其中：該光學感測積體電路裝置具有複數導體層在該第一光學感測器上方；以及該光柵位在該些導體層的其中一層。
  3. 如請求項1或2所述之光學感測模組，其中該第一光學感測器為一近接感測器，用於偵測一物體的接近。
  4. 如申請專利範圍第1或2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。
  5. 如申請專利範圍第1或2項所述之光學感測模組，其中該光學感測積體電路裝置進一步包含：一第二光學感測器，該第二光學感測器為一環境光感測器，用以感測環境光。
  6. 如申請專利範圍第1或2項所述之光學感測模組，其中該光源是紅外光發光二極體。
  7. 如申請專利範圍第1或2項所述之光學感測模組，進一步包括：一電路板，供該光源及該光學感測積體電路裝置設置於其上。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之光學感測模組，進一步包括：一殼體，係設置於該電路板上，以蓋合該光源及該光學感測積體電路裝置，其中該殼體包含有：一第一開孔，係對準下方的該光源；以及一第二開孔，係對準下方該光學感測積體電路裝置的該第一光學感測器。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之光學感測模組，該殼體進一步包含有一隔牆，該隔牆係位在該光源及該光學感測積體電路裝置之間。
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