TWI803863B - 光學成像裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明的一面向是提供一種光學成像裝置，其包括一第一偵測單元。上述第一偵測單元包括複數個第一畫素、一第一不透明層與至少一個第一微透鏡。上述複數個第一畫素具有複數個第一光電元件。上述第一不透明層具有至少一個開口，且設置在上述複數個第一光電元件的上方。上述至少一個第一微透鏡設置在該第一不透明層的上方。上述至少一個第一微透鏡重疊於上述複數個第一畫素中的至少一個。

Description

光學成像裝置
本發明實施例是關於一種光學成像裝置，特別是關於提供較小的晶片尺寸及用於光學指紋感測器的光學成像裝置。
生物辨識技術在這幾年相當熱門。有一種生物辨識系統是指紋辨識系統。指紋辨識系統具有光學指紋感測器來拍攝使用者的指紋來認證使用者的身份並且決定是否讓使用者存取內建該指紋辨識系統的裝置。指紋辨識系統也可以用來以具有可靠性且非侵入性的方式，做例如行動電話、可穿戴式電子裝置（如智慧手錶）、平板電腦等的各個行動裝置的存取控制。
現有的光學指紋感測器具有光源來照射手指碰觸的感測區域，並且利用影像感測器陣列來接收來自感測區域的反射光。從手指的脊線反射的光與從手指的谷線反射的光具有不同的強度。因此，影像感測器陣列能夠獲取手指的脊線、谷線與其他特徵的精確的影像。
傳統的光學指紋感測器提供具有大量的光學元件的系統，上述光學元件例如為分束器、準直器、聚焦鏡和線性感測器。雖然傳統的光學指紋感測器對於其設計目的來說是足夠的，但在各方面並不完全令人滿意。
例如，在一習用的光學指紋感測器中的每個影像偵測器經由對應的準直器接收從其正上方的感測區反射的光線。其結果，在習用的光學指紋感測器中的晶片提供的感測器作動區域的面積是與所檢測的指紋的面積相同。感測器的製造成本主要由晶片面積所決定。因此，對於具有光學指紋感測器的晶片提供改善方案是值得被探討的。
本發明的一實施例是提供一種光學成像裝置，其包括一基底、一不透明層堆疊物與複數個偵測單元。上述不透明層堆疊物包括一第一不透明層與一第二不透明層，上述第一不透明層在上述基底的上方，上述第二不透明層在上述第一不透明層的上方。在上述基底與上述不透明層堆疊物的一堆疊物的俯視圖中，顯示上述複數個偵測單元是排列成一陣列。上述複數個偵測單元各包括：一第一光電元件、一第二光電元件、一第三光電元件與一第四光電元件，各設置於上述基底並相互隔開；四個第一開口，在上述第一透明層，分別暴露上述第一至第四光電元件；以及一個第二開口，在上述第二不透明層，配置上述第二開口以形成連接至上述第一光電元件的一第一光通道、連接至上述第二光電元件的一第二光通道、連接至上述第三光電元件的一第三光通道以及連接至上述第四光電元件的一第四光通道。
本發明的一實施例是提供一種光學成像裝置，其包括一第一偵測單元。上述第一偵測單元包括複數個第一畫素、一第一不透明層與至少一個第一微透鏡。上述複數個第一畫素具有複數個第一光電元件。上述第一不透明層具有至少一個開口，且設置在上述複數個第一光電元件的上方。上述至少一個第一微透鏡設置在該第一不透明層的上方。上述至少一個第一微透鏡重疊於上述複數個第一畫素中的至少一個。
本發明的一實施例是提供一種光學成像裝置，其包括一基底、具有複數個第一開口的一不透明層與一微透鏡層。上述基底包括複數個光電元件，上述複數個光電元件設置在上述基底中並相互隔開。上述第一不透明層設置在上述基底的上方。上述複數個第一開口相互隔開。上述微透鏡層包括複數個微透鏡並在上述第一不透明層的上方。在上述基底、上述第一不透明層與上述微透鏡層的一堆疊物的俯視圖中，顯示上述複數個光電元件之一、上述複數個第一開口之一與上述複數個微透鏡之一排列成一實質上的直線。
本發明的一實施例是提供一種光學成像裝置，其包括一基底、一不透明層堆疊物、複數個內偵測單元以及複數個周邊偵測單元。上述不透明層堆疊物包括一第一不透明層、一第二不透明層與一第三不透明層，上述第一不透明層在上述基底的上方，上述第二不透明層在上述第一不透明層的上方，上述第三不透明層在上述第二不透明層的上方。在上述基底與上述不透明層堆疊物的一堆疊物的俯視圖中，顯示上述複數個內偵測單元是排列成一陣列。在上述俯視圖中，顯示上述複數個周邊偵測單元是圍繞上述陣列。上述複數個內偵測單元及上述複數個周邊偵測單元各包括：一第一光電元件、一第二光電元件、一第三光電元件與一第四光電元件，設置於上述基底並相互隔開，且在上述俯視圖顯示上述第四光電元件距離上述陣列的中心比上述第一光電元件距離上述陣列的中心還遠；至少一個第一開口，在上述第一透明層，暴露至少上述第一光電元件；至少一個第二開口，在上述第二不透明層；以及一個第三開口，在上述第三不透明層，一個微透鏡嵌於上述第三開口。上述複數個內偵測單元在上述第一不透明層各包括四個上述第一開口而分別曝露上述第一至第四光電元件。上述複數個內偵測單元在上述第二不透明層各包括四個彼此隔開的上述第二開口。配置每個上述複數個周邊偵測單元而形成經由上述第二開口而連接上述微透鏡至上述第一光電元件的一第一光通道。配置每個上述複數個內偵測單元而形成從上述透鏡經由上述第二開口的第一個而延伸至上述第一光電元件的一第一光通道、從上述透鏡經由上述第二開口的第二個而延伸至上述第二光電元件的一第二光通道、從上述透鏡經由上述第二開口的第三個而延伸至上述第三光電元件的一第三光通道以及從上述透鏡經由上述第二開口的第四個而延伸至上述第四光電元件的一第四光通道。
還有，本發明的一實施例是提供一種光學成像裝置，其包括一基底、一不透明層堆疊物、複數個內偵測單元以及複數個周邊偵測單元。上述不透明層堆疊物包括一第一不透明層、一第二不透明層與一第三不透明層，上述第一不透明層在上述基底的上方，上述第二不透明層在上述第一不透明層的上方，上述第三不透明層在上述第二不透明層的上方。在上述基底與上述不透明層堆疊物的一堆疊物的俯視圖中，顯示上述複數個內偵測單元是排列成一陣列。在上述俯視圖中，顯示上述複數個周邊偵測單元是圍繞上述陣列。上述複數個內偵測單元及上述複數個周邊偵測單元各包括：一第一光電元件、一第二光電元件、一第三光電元件與一第四光電元件，設置於上述基底並相互隔開，且在上述俯視圖顯示上述第四光電元件距離上述陣列的中心比上述第一光電元件距離上述陣列的中心還遠、上述第三光電元件距離上述陣列的中心比上述第二光電元件距離上述陣列的中心還遠；至少一個第一開口，在上述第一透明層，暴露至少上述第一光電元件；至少一個第二開口，在上述第二不透明層；以及一個第三開口，在上述第三不透明層，一個微透鏡嵌於上述第三開口。上述複數個內偵測單元在上述第一不透明層各包括四個上述第一開口而分別曝露上述第一至第四光電元件。上述複數個內偵測單元在上述第二不透明層各包括四個彼此隔開的上述第二開口。配置每個上述複數個內偵測單元而形成從上述透鏡經由上述第二開口的第一個而延伸至上述第一光電元件的一第一光通道、從上述透鏡經由上述第二開口的第二個而延伸至上述第二光電元件的一第二光通道、從上述透鏡經由上述第二開口的第三個而延伸至上述第三光電元件的一第三光通道以及從上述透鏡經由上述第二開口的第四個而延伸至上述第四光電元件的一第四光通道。
以下所述發明詳細說明是為了描述本發明的整體內容而非本發明之限定。本發明的申請專利範圍應由後文所列「發明申請專利範圍」所載各請求項來決定。
此外，在不同實施例中的圖式可能使用類似及/或相關的標號或標示(元件符號)，以清楚地敘述本發明實施例，不代表所討論之不同實施例及/或結構之間具有任何關連性。再者，當本文述及例如「一第一材料層位於一第二材料層上或的上方」時，包括第一材料層與第二材料層直接接觸之情形；或者，亦可能在第一材料層與第二材料層之間間隔有一或更多中間材料層之情形，在此情形中，第一材料層與第二材料層之間可能不直接接觸。
能理解的是，雖然在此可使用用語「第一」、「第二」、「第三」等來敘述各種元件、組成成分、區域、層、及/或部分，這些元件、組成成分、區域、層、及/或部分不應被這些用語限定，且這些用語僅是用來區別不同的元件、組成成分、區域、層、及/或部分。因此，以下討論的一第一元件、組成成分、區域、層、及/或部分可在不偏離本發明一些實施例之教示的情況下被稱為一第二元件、組成成分、區域、層、及/或部分。
在以下的發明說明所述例如「實質上的幾何中心」、「實質上相反方向」、「實質上平坦」、「實質上相同」等，係指在設計上期望實際為幾何中心、相反方向、平坦、相同等，但在實際上因為實際製程上的限制等因素，而結果未達成數學上或理論上的「幾何中心」、「相反方向」、「平坦」、「相同」等，而當差異的範圍落於對應的標準或規格所訂定的特定範圍內，就視為「幾何中心」、「相反方向」、「平坦」、「相同」等。本發明所屬技術領域中具有通常知識者應當瞭解依據不同的性質、條件、需求等等，上述對應的標準或規格會有所不同，故下文中並未列出特定的標準或規格。
第1圖顯示一側視圖，其示意性地繪示根據本發明的揭露而將一光學成像裝置100的實施例應用於一光學指紋感測器。
上述光學指紋感測器包括一光學成像裝置100以及在光學成像裝置100的上方的一蓋板300。在一些實施例中，蓋板300包括例如有機發光二極體(organic light-emitting diodes；OLEDs)、鈣鈦礦量子點(perovskite quantum dots)或類似裝置等的主動發光裝置。手指350之具有指紋的表面受到來自上述主動發光裝置的光線的照射，將光線反射至光學成像裝置100。光學指紋感測器接收並偵測由手指350的脊線與谷線反射的光線，然後將光訊號轉成電性訊號，隨後形成手指350的指紋的影像。光學成像裝置100的實施例可提供擴大的視野(field of view；FOV)，因此所具有的感測器作動區域的面積小於所檢測的手指350的指紋的面積。在一些實施例中，將包括光學成像裝置100與蓋板300的上述光學指紋感測器用於一有機發光二極體顯示系統1000中。
第2A圖顯示一俯視圖，其示意性地繪示根據本發明的揭露之光學成像裝置100的實施例。光學成像裝置100包括複數個偵測單元50。在一些實施例中，複數個偵測單元50如第2A圖所示，排列成一陣列。在第2A圖中，代表性地顯示在上述陣列的中心C附近且圍繞中心C的偵測單元50。在一些實施例中，偵測單元50的陣列如第2A圖所示為矩形，而偵測單元50可以為矩形。在一些其他實施例中，偵測單元50的陣列為多邊形，而偵測單元50可以為多邊形。在一些實施例中，中心C是偵測單元50的陣列的幾何中心或實質上的幾何中心。在其他實施例中，中心C是用於偵測單元50的陣列的一既定的參考點，但在本說明書中仍稱其為「中心」。第2B圖顯示沿著第2A圖的B-B線之光學成像裝置100的剖面圖。第2C圖顯示沿著第2A圖的C-C線之光學成像裝置100的剖面圖。
請參考第2A、2B與2C圖，光學成像裝置100包括複數個偵測單元50，複數個偵測單元50包括一基底10與在基底10的上方的一不透明層堆疊物。上述不透明層堆疊物包括一不透明層20與一不透明層40，不透明層20在基底10的上方，不透明層40在不透明層20的上方。
基底10可包括但不限於一半導體基板，例如矽基板。此外，基底10可包括：元素半導體，包括鍺(germanium)；化合物半導體，包括碳化矽(silicon carbide)、砷化鎵(gallium arsenide)、磷化鎵(gallium phosphide)、磷化銦(indium phosphide)、砷化銦(indium arsenide)及/或銻化銦(indium antimonide)；合金半導體，包括矽鍺合金(SiGe)、磷砷鎵合金(GaAsP)、砷鋁銦合金(AlInAs)、砷鋁鎵合金(AlGaAs)、砷銦鎵合金(GaInAs)、磷銦鎵合金(GaInP)及/或磷砷銦鎵合金(GaInAsP)或上述材料之組合。此外，基底10可包括絕緣層上覆半導體(semiconductor on insulator，SOI)。
如第2A、2B與2C圖所示，在一些實施例中，偵測單元50的至少一個包括複數個畫素501、502、503與504、一不透明層30及一微透鏡40A。複數個畫素501、502、503與504是各自形成於基底10中。複數個畫素501、502、503與504分別具有複數個例如第一至第四光電元件1、2、3與4。不透明層30具有開口31、32、33與34，且設置在複數個光電元件1、2、3與4的上方。微透鏡40A重疊於複數個畫素501、502、503與504的至少一個。在所繪示的實施例中，微透鏡40A重疊於複數個畫素501、502、503與504。在一些實施例中，將複數個光電元件1、2、3與4、開口31、32、33與34以及微透鏡40A配置為將光線從微透鏡40A傳播至複數個光電元件1、2、3與4。
如第2A、2B與2C圖所示，在一些實施例中，偵測單元50各包括光電元件1、2、3與4，各設置於基底10並相互隔開。偵測單元50還各包括在透明層20的四個開口22、在不透明層40的一個開口41。在每個偵測單元50，四個開口22分別暴露光電元件1、2、3與4。開口41形成於上述不透明層40，並配置開口41以形成連接至光電元件1的一第一光通道61、連接至光電元件2的一第二光通道62、連接至光電元件3的一第三光通道63以及連接至光電元件4的一第四光通道64。
具體而言，如第2B與2C圖所示，第一光通道61將光線80從開口41導引至由第一個開口22所曝露的光電元件1，而使通過第一光通道61的光線80被光電元件1所接收及偵測。類似地，第二光通道62將光線80從開口41導引至由第二個開口22所曝露的光電元件2，而使通過第二光通道62的光線80被光電元件2所接收及偵測。類似地，第三光通道63將光線80從開口41導引至由第三個開口22所曝露的光電元件3，而使通過第三光通道63的光線80被光電元件3所接收及偵測。類似地，第四光通道64將光線80從開口41導引至由第四個開口22所曝露的光電元件4，而使通過第四光通道64的光線80被光電元件4所接收及偵測。光線80是由如第1圖所示的手指350的脊線與谷線所反射。當具有足夠的能量入射的光線80撞擊光電元件1、2、3與4，其產生電子―電洞對而生成光電流來作為手指350的指紋的影像的電性訊號。在每個偵測單元50，共用開口41來將光線80導引至光電元件1、2、3與4，而使光電元件1、2、3與4接收傾斜入射的光線。其結果，光學成像裝置100可具有擴大的視野，而可以縮小設置有光學成像裝置100的晶片的尺寸。當如第1圖所示而將包括光學成像裝置100的光學指紋感測器用於有機發光二極體顯示系統1000中，接收傾斜入射的光線的光學成像裝置100有助於收集廣角的指紋影像。關於光學成像裝置100的擴大視野的細節將會在後文說明。
在一些實施例中，不透明層20是一金屬層，將其圖形化而在其中形成上述四個開口22。在其他實施例中，不透明層20是由一或多種金屬以外的不透明材料所形成的單層或多層結構。在一些實施例中，不透明層40是由一或多種聚合物不透明材料所形成的單層或多層結構，將其圖形化而在其中形成開口41。在本實施例中，在基底10的上方形成作為不透明層20的一金屬層，接著對上述金屬層進行一圖形化的製程以在不透明層20形成上述四個開口22，然後在圖形化的不透明層20的上方形成例如一層光阻等的一光敏層，接著使其曝光於一光源而形成具有開口41的圖形化的不透明層40。上述光阻是負型光阻或正型光阻。關於負型光阻，上述負型光阻的區域在受到一光源的照射之後成為不可溶的性質，而在一後續的顯影階段的過程中，以一溶劑作用於上述負型光阻而將其未照光的區域移除。因此，形成於上述負型光阻的圖形是在上述光源與上述負型光阻之間的一模板的不透明區域所定義的圖形的反向圖形。在一正型光阻，上述正型光阻的被照光的區域變為可溶性，而在顯影的過程中經由一溶劑的作用而移除。因此，形成於上述正型光阻的圖形是在上述光源與上述正型光阻之間的一模板的不透明區域所定義的圖形的正向圖形。
在一些實施例中，在不透明層20與不透明層40之間形成一或多層透明材料(舉例而言：對可見光透明)，例如如第2B與2C圖所示的一透明層71與一透明層72，以調整入射至光電元件1、2、3與4的光線的入射角。還有，亦可藉由改變如俯視圖第2A圖所示之從光電元件1、2、3與4至開口41的各自的距離，來調整入射至光電元件1、2、3與4的光線的入射角。在一些實施例中，入射至光電元件1、2、3與4的光線的入射角分別為從大於零度至30度的範圍。在一些實施例中，入射至光電元件1、2、3與4的光線的入射角分別為從大於零度至40度的範圍。
如第2B與2C圖所示，在一些實施例中，上述不透明堆疊物更包括在不透明層20與不透明層40之間的一不透明層30，且每個偵測單元50在不透明層30各自更包括四個相互隔開的開口31、32、33與34。在這樣的實施例中，較佳為每個偵測單元50各自更包括嵌於開口41的一個微透鏡40A。微透鏡40A具有實質上平坦的底表面及彎曲的頂表面，上述頂表面上凸以將被手指350(示於第1圖)的指紋的脊線與谷線所反射的光線80聚焦，而將被聚焦的光線分別經由開口31、32、33與34而導引至光電元件1、2、3與4，藉此增加光學成像裝置100的收光效率。在這樣的實施例中，第一光通道61從微透鏡40A延伸並將光線80經由開口31導引至光電元件1，第二光通道62從微透鏡40A延伸並將光線80經由開口32導引至光電元件2，第三光通道63從微透鏡40A延伸並將光線80經由開口33導引至光電元件3，而第四光通道64從微透鏡40A延伸並將光線80經由開口34導引至光電元件4。
在一些實施例中，不透明層30是由一或多種聚合物不透明材料所形成的單層或多層結構，將其圖形化而在其中形成開口31、32、33與34。在一些實施例中，不透明層30的一或多種聚合物不透明材料是與不透明層40的一或多種聚合物不透明材料實質上相同。在其他實施例中，不透明層30的一或多種聚合物不透明材料是與不透明層40的一或多種聚合物不透明材料不同。在一些實施例中，在形成不透明層20並加以圖形化而在其中形成四個開口22之後，在圖形化的不透明層20的上方形成例如一層光阻等的一光敏層，接著使其曝光於一光源而形成具有開口31、32、33與34的圖形化的不透明層30，然後如前文所述在不透明層30的上方形成不透明層40並加以圖形化。如前文所述的用於形成不透明層40的上述光阻層，用於形成不透明層30的上述光阻層亦是負型光阻或正型光阻。
在視需求而形成如第2B與2C圖所示的透明層71與透明層72的至少一個的實施例中，可以視需求在不透明層20與不透明層30之間形成透明層71及/或視需求在不透明層30與不透明層40之間形成透明層72。
在一些實施例中，在每個偵測單元50，可藉由在開口41沉積對可見光透明的一透鏡材料來形成微透鏡40A(舉例而言：藉由一旋轉塗佈法或一沉積製程)。在上述透鏡材料的上方，將具有一彎曲的上表面的一微透鏡模板圖形化。在一些實施例中，上述微透鏡模板可包括一光阻材料，將上述光阻材料曝光於一特定分佈的曝光劑量(舉例而言：對於一負型光阻，以較多的光量對曲面的底部曝光，以較少的光量對曲面的頂部曝光)，並予以顯影及烘烤而形成圓化的形狀。然後，根據上述微透鏡模板而選擇性地蝕刻上述微透鏡材料，藉此形成微透鏡40A。
在一些實施例中，在每個偵測單元50的光電元件1、2、3與4為CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor；互補式金屬―氧化物―半導體)影像感測器，其包括電性連接於電晶體的光學二極體，而上述電晶體又電性連接於一互連結構12。在一些實施例中，上述光學二極體為有機光學二極體。
光學成像裝置100可以是前照式(front-side illuminated；FSI)或背照式(backside illuminated；BSI)。當光學成像裝置100為前照式，會在不透明層20的上方設置一互連結構，入射至光電元件1、2、3與4的光線會有一部分被上述互連結構阻擋並會因為上述互連結構而受到較多的破壞性干涉。在示於第2B與2C圖的實施例中，光學成像裝置100為背照式，而具有設置在基底10下方的互連結構12，因此光線80直接照射每個偵測單元50中的光電元件1、2、3與4。其結果，光學成像裝置100較佳為背照式以減少破壞性干涉並提供較佳的量子效率(quantum efficiency)。還有，如前文所述，光學成像裝置100的每個偵測單元50中的光電元件1、2、3與4接收傾斜入射的光線。當光學成像裝置100為背向式，相較於一前照式的裝置，光學成像裝置100可以對傾斜入射的光線80具有較佳的敏感度。
在一些實施例中，互連結構12包括複數個金屬互連層，上述金屬互連層形成在一介電結構中，上述介電結構則形成在基底10的下方。在一些實施例中，上述複數個金屬互連層的形成，可以藉由：在基底10的下方形成一層間介電(inter-layer dielectric；ILD)層；接著蝕刻上述層間介電層而形成複數個導孔及/或溝槽；然後以一導體材料填充上述導孔及/或溝槽以形成一或多個金屬互連層。在一些實施例中，可藉由物理氣相沉積或化學氣相沉積的技術來形成上述層間介電層。可藉由使用一沉積製程及/或鍍製製程(舉例而言：電鍍、無電鍍等)來形成上述複數個金屬互連層。在各種實施例中，上述複數個金屬互連層可包括例如鎢、銅或一鋁―銅合金。
在一些實施例中，光學成像裝置100更包括一多層濾光器11，多層濾光器11是設置在不透明層20與不透明層40之間。在形成有不透明層30的實施例中，多層濾光器11是置於不透明層20與不透明層30之間。在形成有透明層71的實施例中，多層濾光器11是置於不透明層20與透明層71之間。在一些實施例中，多層濾光器11是一干涉式的濾光器，並可包括介電材料或無機材料。上述材料可包括TiO2 、HfO2 、NbTiO5 、SiO2 、其他適當的材料或上述之組合。可藉由一沉積製程、一蝕刻製程、一微影製程、其他適當的製程或上述之組合來形成多層濾光器11。提供多層濾光器11，以阻擋具有特定波長的光。在本實施例中，提供多層濾光器11以阻擋紅外線而避免其進入光電元件1、2、3與4，以增加對所欲偵測的指紋的敏感度。上述紅外線可能來自陽光、來自手指350(示於第1圖)的熱輻射等等。
第2A圖顯示一俯視圖，其示意性地繪示根據本發明的揭露之光學成像裝置100的實施例，在此圖式引進直角坐標系，以輔助光學成像裝置100的顯示及光學成像裝置100的一些元件的定義。具體而言，第2A圖顯示一堆疊物的俯視圖，此堆疊物包括基底10(示於第2B與2C圖)以及不透明層20(示於第2B與2C圖)、不透明層40(示於第2B與2C圖)與不透明層30(示於第2B與2C圖，若是形成)的上述不透明層堆疊物。上述複數個偵測單元50排列於一陣列，此陣列如第2A圖所示為矩形。直角坐標系提供X軸與Y軸，二者在偵測單元50的陣列的中心C相交，而如第2A圖所示，將偵測單元50的排列分成象限I、象限II、象限III與象限IV的區域。
請參考第2A圖，如前文所述，在每個偵測單元50，光電元件1、2、3與4各設置在基底10中並彼此隔開，而四個開口22設置在不透明層20中而分別暴露光電元件1、2、3與4。在本實施例例示在每個偵測單元50具有四個光電元件以及相同或對應數量的其他元件，此僅僅是為了說明上的需要，而無作為限制的意圖。可以在每個偵測單元50根據需求設置任何適當數量的光電元件。在一些實施例中，將每個偵測單元50分成複數個畫素，在每個偵測單元50的畫素的數量大於或等於光電元件的數量，而上述光電元件分別置於不同的畫素中。
在第2A圖，在每個偵測單元50的四個光電元件中，將距離上述陣列的中心C最近及最遠者分別定義為光電元件1與4。在每個偵測單元50的其他二個光電元件中，將距離X軸較近者(及/或距離Y軸較遠者)及距離Y軸較近者(及/或距離X軸較遠者)分別定義為光電元件2與3。在一些實施例中，在象限I、象限II、象限III與象限IV的區域的光電元件1、2、3與4的分佈為相對於X軸、Y軸或中心C而彼此對稱。在繪示於第2A圖的實施例中，每個偵測單元50分為排列在一2×2陣列的四個畫素，而光電元件1、2、3與4是分別置於此四個畫素中。在每個偵測單元50，光電元件1所在畫素為畫素501，光電元件2所在畫素為畫素502，光電元件3所在畫素為畫素503，而光電元件4所在畫素為畫素504。
在第2A圖的一個代表性的偵測單元50中，第一光通道61、第二光通道62、第三光通道63及第四光通道64之示於基底10與上述不透明層堆疊物的堆疊物的俯視圖中的延伸方向，是由箭號來代表。具體而言，在第2A圖，第一光通道61與第四光通道64是在實質上相反的方向延伸，而第二光通道62與第三光通道63是在實質上相反的方向延伸。要注意的是，上述箭號僅用於顯示延伸方向，而不是用來代表光通道的實際上的輪廓。在其他實施例中，第一光通道61、第二光通道62、第三光通道63與第四光通道64的各自的延伸方向61A、62A、63A與64A可根據需求而作適當分佈。在一些實施例中，在第一光通道61的延伸方向61A與X軸的平行方向之間的角度可以在0度與小於80度之間的範圍，在示於第2A圖的實施例為約45度。在一些實施例中，在第二光通道62的延伸方向62A與X軸的平行方向之間的角度可以在0度與小於80度之間的範圍，在示於第2A圖的實施例為約45度。在一些實施例中，在第三光通道63的延伸方向63A與X軸的平行方向之間的角度可以在0度與小於80度之間的範圍，在示於第2A圖的實施例為約45度。在一些實施例中，在第四光通道64的延伸方向64A與X軸的平行方向之間的角度可以在0度與小於80度之間的範圍，在示於第2A圖的實施例為約45度。
第3A圖是一側視圖，示意性地繪示根據本發明揭露的光學成像裝置的實施例提供的擴大視野。數值「310」代表本發明揭露的光學成像裝置的感測器作動區域。例如感測器作動區域310可以是一晶片中的如第2A、5A、6A、7、8、9A與10A圖的任一圖所示的偵測單元的陣列或其衍生變化的佔用區域(footprint)。關於具有與感測器作動區域310相同的感測器作動區域的一習用的指紋感測器，其提供的視野通常為視野320，視野320與上述習用的指紋感測器的感測器作動區域具有實質上相同的面積。與其相比，由本發明揭露的光學成像裝置提供的視野為視野330，其顯然大於視野320。
第3B圖是一俯視圖，顯示如何將視野擴大為視野330。第4A圖示意性地顯示如第1圖所示將手指350放在蓋板上時，由本發明揭露的光學成像裝置形成的指紋影像。將使用在第2A至2C圖所示的光學成像裝置100作為例子來解釋擴大視野及形成指紋影像的機制。本發明揭露的光學成像裝置的其他實施例，例如示於第5A、6A、7、8、9A與10A圖的光學成像裝置或其衍生變化，亦可提供相同或類似的效能。
在第3B圖並參考第2A圖，子視野311是象限I中的光電元件1(畫素501)、象限II中的光電元件2(畫素502)、象限III中的光電元件4(畫素504)、象限IV中的光電元件3(畫素503)的視野的組合。子視野311與感測器作動區域310具有實質上相同的面積。子視野311移至如第3B圖所示的感測器作動區域310的右上側，並在感測器作動區域310之上。在第3B圖並參考第2A圖，類似地，子視野312是象限I中的光電元件2(畫素502)、象限II中的光電元件1(畫素501)、象限III中的光電元件3(畫素503)、象限IV中的光電元件4(畫素504)的視野的組合。子視野312與感測器作動區域310具有實質上相同的面積。子視野312移至如第3B圖所示的感測器作動區域310的左上側，並在感測器作動區域310之上。在第3B圖並參考第2A圖，類似地，子視野313是象限I中的光電元件4(畫素504)、象限II中的光電元件3(畫素503)、象限III中的光電元件1(畫素501)、象限IV中的光電元件2(畫素502)的視野的組合。子視野313與感測器作動區域310具有實質上相同的面積。子視野313移至如第3B圖所示的感測器作動區域310的左下側，並在感測器作動區域310之上。在第3B圖並參考第2A圖，類似地，子視野314是象限I中的光電元件3(畫素503)、象限II中的光電元件4(畫素504)、象限III中的光電元件2(畫素502)、象限IV中的光電元件1(畫素501)的視野的組合。子視野314與感測器作動區域310具有實質上相同的面積。子視野312移至如第3B圖所示的感測器作動區域310的右下側，並在感測器作動區域310之上。本發明揭露的光學成像裝置的整個視野330是將子視野311、312、313與314組合而成的結果。
在第4A圖並參考第3B圖，具有光學成像裝置100的一電子裝置(舉例而言：示於第1圖的有機發光二極體顯示系統1000)可以存取不同的指紋影像。具體而言，上述電子裝置對用於子視野311的上述畫素進行處理而產生一指紋影像401，對用於子視野312的上述畫素進行處理而產生一指紋影像402，對用於子視野313的上述畫素進行處理而產生一指紋影像403，對用於子視野314的上述畫素進行處理而產生一指紋影像404。上述電子裝置可進一步從指紋影像401、402、403與404找到共通特徵並加以融合而整合為如第4B圖所示的一完整指紋影像400。在一些實施例中，上述電子裝置會個別使用指紋影像401、402、403與404。在一些實施例中，上述電子裝置是使用完整指紋影像400。
第5A圖顯示一俯視圖，其示意性地繪示根據本發明的揭露之一些其他實施例的光學成像裝置500。如第5A圖所示，光學成像裝置500包括複數個偵測單元50，其排列成一陣列。在第5A圖中，代表性地顯示在上述陣列的中心C附近且圍繞中心C的偵測單元50。第5B圖顯示沿著第5A圖的B-B線之光學成像裝置500的剖面圖。第5C圖顯示沿著第5A圖的C-C線之光學成像裝置500的剖面圖。
示於第5A至5C圖的光學成像裝置500與示於第2A至2C圖的光學成像裝置100的不同之處在於微透鏡的架構以及以在不透明層75的上方的不透明層95的架構來取代光學成像裝置100的不透明層30在不透明層20與不透明層40之間的架構。在本實施例中，不透明層20與不透明層75的材料與製程的組合，包括形成相關的開口的製程，是類似於光學成像裝置100的不透明層20與不透明層40的材料與製程的組合。對於光學成像裝置500的部分元件或特徵，其類似於示於第2A至2C圖的光學成像裝置100的元件或特徵且實質上未受到前述與光學成像裝置100的不同之處的影響，其詳細說明將在後文省略。
請參考第5A、5B與5C圖，在一些實施例中，光學成像裝置500包括複數個偵測單元50，複數個偵測單元50包括一基底10與在基底10的上方的一不透明層堆疊物。上述不透明層堆疊物包括一不透明層20與一不透明層75，不透明層20在基底10的上方，不透明層75在不透明層20的上方。光學成像裝置500的基底10與不透明層20及形成在基底10與不透明層20的特徵部件類似於光學成像裝置100的基底10與不透明層20及形成在基底10與不透明層20的特徵部件。偵測單元50還各包括在透明層20的四個開口22、在不透明層75的一個開口76，其配置以形成將共用的開口76連接至光電元件1的一第一光通道61、將共用的開口76連接至光電元件2的一第二光通道62、將共用的開口76連接至光電元件3的一第三光通道63以及將共用的開口76連接至光電元件4的一第四光通道64。
如第5A、5B與5C圖所示，在一些實施例中，偵測單元50的至少一個包括複數個畫素501、502、503與504、一不透明層75及複數個例如第一至第四微透鏡95A、95B、95C與95D。複數個畫素501、502、503與504是各自形成於基底10中。複數個畫素501、502、503與504分別具有複數個例如第一至第四光電元件1、2、3與4。不透明層75具有一開口76，且設置在複數個光電元件1、2、3與4的上方。在所繪示的實施例中，開口76重疊於複數個畫素501、502、503與504。複數個微透鏡95A、95B、95C與95D置於不透明層75的上方。複數個微透鏡95A、95B、95C與95D分別重疊於複數個畫素501、502、503與504的至少一個。在所繪示的實施例中，微透鏡95A重疊於畫素504，微透鏡95B重疊於畫素503，微透鏡95C重疊於畫素502，微透鏡95D重疊於畫素501。在一些實施例中，將複數個光電元件1、2、3與4、開口76以及複數個微透鏡95A、95B、95C與95D配置為將光線經由開口76傳播至複數個光電元件1、2、3與4。
如第5B與5C圖所示，在一些實施例中，上述不透明堆疊物更包括在不透明層75的上方的一不透明層95，且每個偵測單元50更包括嵌於不透明層95的微透鏡95A、95B、95C與95D。微透鏡95A、95B、95C與95D各自具有實質上平坦的底表面及彎曲的頂表面，上述頂表面上凸以將被手指350(示於第1圖，其中以光學成像裝置500取代光學成像裝置100)的指紋的脊線與谷線所反射的光線80聚焦，而將被聚焦的光線經由每個偵測單元50中的共用的開口76而導引至光電元件1、2、3與4，藉此增加光學成像裝置500的收光效率。在這樣的實施例中，第一光通道61從微透鏡95A延伸並將光線80經由共用的開口76導引至光電元件1，第二光通道62從微透鏡95B延伸並將光線80經由共用的開口76導引至光電元件2，第三光通道63從微透鏡95C延伸並將光線80經由共用的開口76導引至光電元件3，而第四光通道64從微透鏡95D延伸並將光線80經由共用的開口76導引至光電元件4。
在一些實施例中，不透明層95是由一或多種聚合物不透明材料所形成的單層或多層結構，將其圖形化而在其中形成開口並將微透鏡嵌於不透明層95。在一實施例中，不透明層95的一或多種聚合物不透明材料是與不透明層75的一或多種聚合物不透明材料實質上相同。在其他實施例中，不透明層95的一或多種聚合物不透明材料是與不透明層75的一或多種聚合物不透明材料不同。在一些實施例中，在形成不透明層75並加以圖形化而在其中形成共用的開口76之後，在圖形化的不透明層75的上方形成例如一層光阻等的一光敏層，接著使其曝光於一光源而形成具有用於鑲嵌微透鏡的開口之不透明層95。如前文所述的示於第2B與2C圖之用於形成不透明層40的上述光阻層，用於形成不透明層95的上述光阻層亦是負型光阻或正型光阻。
在視需求而形成如第5B與5C圖所示的透明層71與透明層72的至少一個的實施例中，類似於示於第5B與5B圖之視需求形成的透明層71與透明層72的至少一個，可以視需求在不透明層20與不透明層75之間形成透明層71及/或視需求在不透明層95與不透明層75之間形成透明層72。
在一些實施例中，在每個偵測單元50，可藉由在不透明層95中的上述開口沉積對可見光透明的一透鏡材料(舉例而言：藉由一旋轉塗佈法或一沉積製程)，以在不透明層95形成微透鏡95A、95B、95C與95D。在上述透鏡材料的上方，將具有一彎曲的上表面的一微透鏡模板圖形化。在一些實施例中，上述微透鏡模板可包括一光阻材料，將上述光阻材料曝光於一特定分佈的曝光劑量(舉例而言：對於一負型光阻，以較多的光量對曲面的底部曝光，以較少的光量對曲面的頂部曝光)，並予以顯影及烘烤而形成圓化的形狀。然後，根據上述微透鏡模板而選擇性地蝕刻上述微透鏡材料，藉此形成微透鏡95A、95B、95C與95D。
光學成像裝置500可以是前照式或背照式。在示於第5B與5C圖的實施例中，光學成像裝置500為背照式，而具有與示於第2B與2C圖的光學成像裝置100類似之設置在基底10下方的互連結構12，且所繪示的光學成像裝置500較佳為背照式以減少破壞性干涉並提供較佳的量子效率。還有，如前文所述，光學成像裝置500的每個偵測單元50中的光電元件1、2、3與4接收傾斜入射的光線。當光學成像裝置500為背向式，相較於一前照式的裝置，光學成像裝置500可以對傾斜入射的光線80具有較佳的敏感度。
在一些實施例中，光學成像裝置500更包括一多層濾光器11，多層濾光器11是設置在不透明層20與不透明層75之間，如同前文敘述的示於第2B與2C圖的光學成像裝置100。
第5A圖顯示一俯視圖，其示意性地繪示根據本發明的揭露之光學成像裝置500的實施例，在此圖式如同第2A圖引進直角坐標系。類似於前文對第2A圖所作說明，在示於第5A圖的實施例例示在每個偵測單元50具有四個光電元件以及相同或對應數量的其他元件，此僅僅是為了說明上的需要，而無作為限制的意圖。可以在每個偵測單元50根據需求設置任何適當數量的光電元件。在一些實施例中，將每個偵測單元50分成複數個畫素，在每個偵測單元50的畫素的數量大於或等於光電元件的數量，而上述光電元件分別置於不同的畫素中。
在示於第5A圖的實施例中，根據與前文對第2A圖所作敘述的相同方式來定義每個偵測單元50中的四個光電元件，每個偵測單元50分為排列在一2×2陣列的四個畫素。在每個偵測單元50，光電元件1所在畫素為畫素501，光電元件2所在畫素為畫素502，光電元件3所在畫素為畫素503，而光電元件4所在畫素為畫素504。
在第5A圖的二個相鄰的代表性的偵測單元50中，第一光通道61、第二光通道62、第三光通道63及第四光通道64之示於基底10與上述不透明層堆疊物的堆疊物的俯視圖中的延伸方向，是由箭號來代表。具體而言，在第5A圖，第一光通道61與第四光通道64是在實質上相反的方向延伸，而第二光通道62與第三光通道63是在實質上相反的方向延伸。要注意的是，上述箭號僅用於顯示延伸方向，而不是用來代表光通道的實際上的輪廓。在其他實施例中，第一光通道61、第二光通道62、第三光通道63與第四光通道64的各自的延伸方向61A、62A、63A與64A可根據需求而作適當分佈。在一些實施例中，在第一光通道61的延伸方向61A與X軸的平行方向之間的角度可以在0度與小於80度之間的範圍，在示於第5A圖的實施例為約45度。在一些實施例中，在第二光通道62的延伸方向62A與X軸的平行方向之間的角度可以在0度與小於80度之間的範圍，在示於第5A圖的實施例為約45度。在一些實施例中，在第三光通道63的延伸方向63A與X軸的平行方向之間的角度可以在0度與小於80度之間的範圍，在示於第5A圖的實施例為約45度。在一些實施例中，在第四光通道64的延伸方向64A與X軸的平行方向之間的角度可以在0度與小於80度之間的範圍，在示於第5A圖的實施例為約45度。
在第2A圖的光學成像裝置100的一些實施例中，在每個偵測單元50視需求設置一個透鏡，將光線導引至四個光電元件時共用此透鏡。在第5A圖的光學成像裝置500的一些實施例中，在每個偵測單元50視需求設置四個透鏡，將光線導引至四個光電元件時分別使用這四個透鏡。在第2A圖所示情況，由於僅在每個偵測單元50提供一個微透鏡40A，微透鏡40A的直徑可以儘可能地加大，以不超出其所在的偵測單元50為前提。當第2A與5A圖中的偵測單元50具有相同尺寸，則微透鏡40A的直徑可大於微透鏡95A、95B、95C與95D的任一個的直徑。示於第2A圖的光學成像裝置100具有較大直徑的微透鏡40A，相較於示於第5A圖的光學成像裝置500而具有較大的光學敏感性。
第6A圖顯示一俯視圖，其示意性地繪示根據本發明的揭露之一些其他實施例的光學成像裝置600。如第6A圖所示，光學成像裝置600包括複數個內偵測單元51與複數個周邊偵測單元55，內偵測單元51排列成一陣列，而周邊偵測單元55圍繞內偵測單元51的陣列。在一些實施例中，複數個周邊偵測單元55是設置於光學成像裝置600的邊緣部分。在第6A圖中，代表性地顯示在上述陣列的角落附近的內偵測單元51與周邊偵測單元55。第6B圖顯示沿著第6A圖的B2-B2線與B3-B3線之光學成像裝置600的剖面圖。第6C圖顯示沿著第6A圖的C-C線之光學成像裝置600的剖面圖。同樣地，直角坐標系提供X軸與Y軸，二者在內偵測單元51的陣列的中心C相交，而如第6A圖所示，可以將內偵測單元51與周邊偵測單元55的排列分成象限I、象限II、象限III與象限IV的區域。在一些實施例中，中心C是內偵測單元51的陣列的幾何中心或實質上的幾何中心。在其他實施例中，中心C是用於內偵測單元51的陣列的一既定的參考點，但在本說明書中仍稱其為「中心」。
將示於第6A圖的光學成像裝置600與示於第2A圖的光學成像裝置100比較，光學成像裝置600的每個內偵測單元51的元件或特徵以及內偵測單元51的陣列是類似或相同於如於第2A至2C圖所示的光學成像裝置100的每個偵測單元50的元件或特徵以及偵測單元50的陣列。示於第6A圖的光學成像裝置600更包括複數個周邊偵測單元55，其圍繞內偵測單元51的陣列。第6B與6C圖繪示周邊偵測單元55的剖面結構。
在第6A、6B與6C圖並參考第2B與2C圖，光學成像裝置600包括複數個內偵測單元51與複數個周邊偵測單元55，複數個內偵測單元51與複數個周邊偵測單元55包括一基底10與在基底10的上方的一不透明層堆疊物。上述不透明層堆疊物包括一不透明層20與一不透明層40，不透明層20在基底10的上方，不透明層40在不透明層20的上方。上述不透明層堆疊物更包括一不透明層30，其在不透明層20與不透明層40之間。在每個內偵測單元51，關於光電元件1、2、3與4、四個開口22、一個開口41、微透鏡40A、四個開口31、32、33、34、第一光通道61、第二光通道62、第三光通道63、第四光通道64、透明層71與透明層72的細節均實質上相同或類似於第2B與2C圖所示的偵測單元50的光電元件1、2、3與4、四個開口22、一個開口41、微透鏡40A、四個開口31、32、33、34、第一光通道61、第二光通道62、第三光通道63、第四光通道64、透明層71與透明層72，關於其詳細說明可參考前文對光學成像裝置100的偵測單元50所作說明，故在後文予以省略。
光學成像裝置600可以是前照式或背照式。在示於第6B與6C圖的實施例中，光學成像裝置600為背照式，而具有與示於第2B與2C圖的光學成像裝置100類似之設置在基底10下方的互連結構12，且所繪示的光學成像裝置600較佳為背照式以減少破壞性干涉並提供較佳的量子效率。還有，如前文所述，光學成像裝置600的每個內偵測單元51中的光電元件1、2、3與4接收傾斜入射的光線。當光學成像裝置600為背向式，相較於一前照式的裝置，光學成像裝置600可以對傾斜入射的光線80具有較佳的敏感度。
在一些實施例中，光學成像裝置600更包括一多層濾光器11，多層濾光器11是設置在不透明層20與不透明層40之間，如同前文敘述的示於第2B與2C圖的光學成像裝置100。
每個周邊偵測單元55與每個內偵測單元51的不同之處在於，在每個周邊偵測單元55中的不透明層20與不透明層30未如同在每個內偵測單元51中的不透明層20與不透明層30一樣地圖形化或開孔。提供周邊偵測單元55是主要接收傳播方向相對於周邊偵測單元55與內偵測單元51結合的範圍為向內側傳播的光線，以進一步擴大光學成像裝置600的視野。
在一些實施例中，如第6B圖所示，類似於每個內偵測單元51，每個周邊偵測單元55各包括光電元件1、2、3與4，各設置於基底10並相互隔開。在所繪示的實施例中，在每個周邊偵測單元55中的光電元件1、2、3與4的定義方式與在每個內偵測單元51中的光電元件1、2、3與4的定義方式相同。在一些實施例中，如第6B圖所示，不透明層20包括一個開口22而覆蓋光電元件1，但是不透明層20覆蓋光電元件4。其結果，將被不透明層20覆蓋的光電元件4認定為一虛設(dummy)的光電元件，並將具有被覆蓋的光電元件4的畫素504認定為一虛設的畫素。在這樣的實施例中，在不透明層30形成一開口31，將一微透鏡40A形成並嵌於不透明層40的一開口41中。因此，配置每個周邊偵測單元55以形成經由開口31而將微透鏡40A連接至光電元件1的一第一光通道61，但是未在微透鏡40A與光電元件4之間形成任何光通道。在第6A圖中，在每個內偵測單元51與每個周邊偵測單元55的四個光電元件中，將距離內偵測單元51的陣列的中心C最近及最遠者分別定義為光電元件1與4。其結果，周邊偵測單元55主要接收傳播方向相對於周邊偵測單元55與內偵測單元51結合的範圍為向內側傳播的光線80，因此有助於進一步擴大光學成像裝置600的視野。
如第6A圖所示，內偵測單元51的陣列與每個內偵測單元51可以是矩形，或是如前文對偵測單元50所作敘述而為多邊形。在一些實施例中，每個周邊偵測單元55亦是矩形。在一些實施例中，每個周邊偵測單元55與每個內偵測單元51具有實質上相同的尺寸。在一些其他實施例中，周邊偵測單元55中的至少一些與每個內偵測單元51具有不同的尺寸。在內偵測單元51與周邊偵測單元55為矩形且具有實質上相同的尺寸的實施例中，周邊偵測單元55具有四排的邊沿偵測單元52，其分別接觸內偵測單元51的陣列的四個邊。在周邊偵測單元55具有四排的邊沿偵測單元52的實施例中，周邊偵測單元55可更包括四個角落偵測單元53，其分別接觸內偵測單元51的陣列的四個角落並分別介於二個邊沿偵測單元52之間。
在周邊偵測單元55具有四排的邊沿偵測單元52的實施例中，邊沿偵測單元52可包括不只一個光通道來引進傳播方向相對於周邊偵測單元55與內偵測單元51結合的範圍為向內側傳播的光線80。在第6A圖，邊沿偵測單元52包括二排的邊沿偵測單元52X與其餘二排的邊沿偵測單元52Y，邊沿偵測單元52X在X軸的實質上平行方向排列，邊沿偵測單元52Y在Y軸的實質上平行方向排列。二排邊沿偵測單元52X是分別接觸內偵測單元51的陣列的實質上平行於X軸的二邊，二排邊沿偵測單元52Y是分別接觸內偵測單元51的陣列的實質上平行於Y軸的其餘二邊。
在第6C圖，顯示邊沿偵測單元52X中的一個與邊沿偵測單元52Y中的一個。請參考第6A與6C圖，如前文對第2A圖的偵測單元50所作敘述，光電元件2較接近X軸。針對邊沿偵測單元52X，從微透鏡40A至光電元件2的光線80可認定為傳播方向相對於周邊偵測單元55與內偵測單元51結合的範圍為相對性地向內側的方向。因此，較佳為每個邊沿偵測單元52X在不透明層20多包括一個暴露光電元件2的開口22與在不透明層30多包括一個開口32，而將每個邊沿偵測單元52X配置為形成一第二光通道62，其從微透鏡40A經由多形成的開口32而延伸至光電元件2。因此，邊沿偵測單元52X可以有助於進一步擴大光學成像裝置600的視野。
請參考第6A與6C圖，如前文對第2A圖的偵測單元50所作敘述，光電元件3較接近Y軸。針對邊沿偵測單元52Y，從微透鏡40A至光電元件3的光線80可認定為傳播方向相對於周邊偵測單元55與內偵測單元51結合的範圍為相對性地向內側的方向。因此，較佳為每個邊沿偵測單元52Y在不透明層20多包括一個暴露光電元件3的開口22與在不透明層30多包括一個開口33，而將每個邊沿偵測單元52Y配置為形成一第三光通道63，其從微透鏡40A經由多形成的開口33而延伸至光電元件3。因此，邊沿偵測單元52Y可以有助於進一步擴大光學成像裝置600的視野。
在第6A圖並參考第6B圖，每個角落偵測單元53僅包括一個光通道(第一光通道61)。在其他實施例中，至少一個角落偵測單元53可包括更多的光通道而視需求將微透鏡40A連接至光電元件2、3與4的任一個。
第7圖顯示一俯視圖，其示意性地繪示根據本發明的揭露之一些其他實施例的光學成像裝置700。如第7圖所示，光學成像裝置700包括複數個內偵測單元51與複數個周邊偵測單元55，內偵測單元51排列成一陣列，而周邊偵測單元55圍繞內偵測單元51的陣列。在第7圖中，代表性地顯示在上述陣列的角落附近的內偵測單元51與周邊偵測單元55。示於第7圖的光學成像裝置700與示於第6A至6C圖的光學成像裝置600為相似，但不同之處在每個內偵測單元51與每個周邊偵測單元55的畫素的分佈。示於第7圖的光學成像裝置700的俯視圖與示於第6B、6C、2B與2C圖的光學成像裝置的俯視圖類似，但不同之處在於以嵌於每個內偵測單元51與每個周邊偵測單元55中的開口41的一個微透鏡42A來取代光學成像裝置100與600的微透鏡40A。微透鏡42A類似於光學成像裝置600的微透鏡40A，除了如後文所述的微透鏡42A具有的直徑大於一些實施例中的微透鏡40A的直徑以外。以下關於光學成像裝置700的剖面結構的說明可參考第6B、6C、2B與2C圖。
在第7圖並參考第6B與6C圖再進一步參考第2B與2C圖，光學成像裝置700包括複數個內偵測單元51與複數個周邊偵測單元55，複數個內偵測單元51與複數個周邊偵測單元55包括一基底10與在基底10的上方的一不透明層堆疊物。上述不透明層堆疊物包括一不透明層20與一不透明層40，不透明層20在基底10的上方，不透明層40在不透明層20的上方。上述不透明層堆疊物更包括一不透明層30，其在不透明層20與不透明層40之間。在每個內偵測單元51與每個周邊偵測單元55，除了前述的不同之處，關於光電元件1、2、3與4、四個開口22、一個開口41、四個開口31、32、33、34、第一光通道61、第二光通道62、第三光通道63、第四光通道64、透明層71、透明層72、多層濾光器11與互連結構12的細節均實質上相同或類似於第6A至6C圖所示的光學成像裝置600的內偵測單元51與周邊偵測單元55的光電元件1、2、3與4、四個開口22、一個開口41、四個開口31、32、33、34、第一光通道61、第二光通道62、第三光通道63、第四光通道64、透明層71、透明層72、多層濾光器11與互連結構12，關於其詳細說明可參考前文對光學成像裝置600與100所作說明，故在後文予以省略。
如第6A圖所示的每個內偵測單元51與每個周邊偵測單元55分為排列在一2×2陣列的四個畫素，而光電元件1、2、3與4是分別置於四個畫素501、502、503與504中；而如第7圖所示的每個內偵測單元51與每個周邊偵測單元55分為排列在一3×3陣列的九個畫素，而光電元件1、2、3與4是分別置於上述3×3陣列的角落的四個畫素571、572、573與574中。在每個內偵測單元51與每個周邊偵測單元55的其餘五個畫素575可以如同四個畫素571、572、573與574一樣設置有光電元件。在一些實施例中，在每個內偵測單元51與每個周邊偵測單元55的其餘五個畫素575中的光電元件被不透明層20覆蓋(請參考第6A與6B圖)。其結果，將被不透明層20覆蓋的光電元件認定為虛設的光電元件，並將具有被覆蓋的光電元件的畫素575認定為虛設的畫素。在這樣的實施例的至少一個，虛設的畫素575的至少一個介於畫素571、572、573與574中的至少二個之間。在一些其他實施例中，每個內偵測單元51可更包括一或多個光通道而將微透鏡42A連接至指定的光電元件或是在上述其餘五個畫素中的光電元件，如前述的第一光通道61、第二光通道62、第三光通道63與第四光通道64。在一些其他實施例中，每個周邊偵測單元55可更包括前述的第一光通道61、第二光通道62與第三光通道63以外的一或多個光通道來將微透鏡42A連接於指定的光電元件或光電元件1、2、3以外的光電元件，如前述的第一光通道61、第二光通道62與第三光通道63。
示於第7圖的光學成像裝置700包括內偵測單元51與周邊偵測單元55，其各自分為排列在一3×3陣列的九個畫素。在一些實施例中， 在上述3×3陣列中的九個畫素，比起如第2A與6A圖所示的在2×2陣列中的四個畫素，可提供較大的裕度來調整微透鏡42A的直徑。在一些實施例中，示於第7圖的光學成像裝置700提供的微透鏡42A的直徑可以大於示於第2A圖的光學成像裝置100及示於第6A圖的光學成像裝置600的微透鏡40A的直徑，因此相較於示於第2A圖的光學成像裝置100及示於第6A圖的光學成像裝置600，示於第7圖的光學成像裝置700可提供較大的光學敏感性。
第8圖顯示一俯視圖，其示意性地繪示根據本發明的揭露之一些其他實施例的光學成像裝置800。如第8圖所示，光學成像裝置800包括複數個內偵測單元51與複數個周邊偵測單元55，內偵測單元51排列成一陣列，而周邊偵測單元55圍繞內偵測單元51的陣列。在第8圖中，代表性地顯示在上述陣列的角落附近的內偵測單元51與周邊偵測單元55。示於第8圖的光學成像裝置800與示於第7圖的光學成像裝置700為相似，但不同之處在每個內偵測單元51與每個周邊偵測單元55的畫素的分佈以及在周邊偵測單元55的光通道的分佈。因此，如同示於第7圖的光學成像裝置700的說明模式，以下關於光學成像裝置800的剖面結構的說明可參考第6B、6C、2B與2C圖。
在第8圖並參考第7、6A、6B與6C圖再進一步參考第2B與2C圖，光學成像裝置800包括複數個內偵測單元51與複數個周邊偵測單元55，複數個內偵測單元51與複數個周邊偵測單元55包括一基底10與在基底10的上方的一不透明層堆疊物。上述不透明層堆疊物包括一不透明層20與一不透明層40，不透明層20在基底10的上方，不透明層40在不透明層20的上方。上述不透明層堆疊物更包括一不透明層30，其在不透明層20與不透明層40之間。在每個內偵測單元51與每個周邊偵測單元55，除了前述的不同之處，關於光電元件1、2、3與4、四個開口22、一個開口41、微透鏡42A、四個開口31、32、33、34、第一光通道61、第二光通道62、第三光通道63、第四光通道64、透明層71、透明層72、多層濾光器11與互連結構12的細節均實質上相同或類似於第7圖所示並參考第6B與6C圖再進一步參考第2B與2C圖的光學成像裝置700的內偵測單元51與周邊偵測單元55的光電元件1、2、3與4、四個開口22、一個開口41、微透鏡42A、四個開口31、32、33、34、第一光通道61、第二光通道62、第三光通道63、第四光通道64、透明層71、透明層72、多層濾光器11與互連結構12，關於其詳細說明可參考前文對光學成像裝置700、600與100所作說明，故在後文予以省略。另外，光電元件1、2、3與4中的一些被不透明層20所覆蓋，因此未顯示於第8圖中的周邊偵測單元55中。
如第8圖所示，在每個內偵測單元51與每個周邊偵測單元55的四個光電元件中，光電元件4距離內偵測單元51的陣列的中心C的距離比光電元件1距離內偵測單元51的陣列的中心C的距離還遠，光電元件3距離內偵測單元51的陣列的中心C的距離比光電元件2距離內偵測單元51的陣列的中心C的距離還遠。關於光學成像裝置800，其與光學成像裝置700、600及100在光電元件1、2、3與4的排列方式的不同，並不會實質影響剖面特徵及結構。在一些實施例中，在象限I、象限II、象限III與象限IV的區域的光電元件1、2、3與4的分佈為相對於X軸、Y軸或中心C而彼此對稱。
如第8圖所示，內偵測單元51的陣列與每個內偵測單元51可以是矩形，或是如前文對偵測單元50所作敘述而為多邊形。在一些實施例中，每個周邊偵測單元55亦是矩形。在一些實施例中，每個周邊偵測單元55與每個內偵測單元51具有實質上相同的尺寸。在一些其他實施例中，周邊偵測單元55中的至少一些與每個內偵測單元51具有不同的尺寸。在內偵測單元51與周邊偵測單元55為矩形且具有實質上相同的尺寸的實施例中，周邊偵測單元55具有四排的邊沿偵測單元52，其分別接觸內偵測單元51的陣列的四個邊。在周邊偵測單元55具有四排的邊沿偵測單元52的實施例中，周邊偵測單元55可更包括四個角落偵測單元53，其分別接觸內偵測單元51的陣列的四個角落並分別介於二個邊沿偵測單元52之間。在第8圖，邊沿偵測單元52包括二排的邊沿偵測單元52X與其餘二排的邊沿偵測單元52Y，邊沿偵測單元52X在X軸的實質上平行方向排列，邊沿偵測單元52Y在Y軸的實質上平行方向排列。二排邊沿偵測單元52X是分別接觸內偵測單元51的陣列的實質上平行於X軸的二邊，二排邊沿偵測單元52Y是分別接觸內偵測單元51的陣列的實質上平行於Y軸的其餘二邊。邊沿偵測單元52Y沿著第8圖中的B-B線的剖面圖，是與示於第6B圖的剖面圖相等；而邊沿偵測單元52X沿著第8圖中的C-C線的剖面圖，是與示於第6C圖的邊沿偵測單元52X的剖面圖相等。
在一些實施例中，如第8圖所示，每個內偵測單元51與每個周邊偵測單元55分為排列在一3×3陣列的九個畫素，而光電元件1、2、3與4是分別置於上述3×3陣列的四個邊各自的中間的四個畫素581、582、583與584中。在每個內偵測單元51與每個周邊偵測單元55的其餘五個畫素585可以如同四個畫素581、582、583與584一樣設置有光電元件。在一些實施例中，在每個內偵測單元51與每個周邊偵測單元55的其餘五個畫素585中的光電元件被不透明層20覆蓋(請參考第6A與6B圖)。其結果，將被不透明層20覆蓋的光電元件認定為虛設的光電元件，並將具有被覆蓋的光電元件的畫素585認定為虛設的畫素。在這樣的實施例的至少一個，虛設的畫素585的至少一個介於畫素581、582、583與584中的至少二個之間。
每個周邊偵測單元55與每個內偵測單元51的不同之處在於，在每個周邊偵測單元55中的不透明層20與不透明層30未如同在每個內偵測單元51中的不透明層20與不透明層30一樣地圖形化或開孔。提供周邊偵測單元55是主要接收傳播方向相對於周邊偵測單元55與內偵測單元51結合的範圍為向內側傳播的光線，以進一步擴大光學成像裝置800的視野。
在第8圖並參考第6C圖，光電元件2較接近中心C。針對邊沿偵測單元52X，從微透鏡42A至光電元件2的光線80可認定為傳播方向相對於周邊偵測單元55與內偵測單元51結合的範圍為相對性地向內側的方向。因此，在示於第8圖的實施例中，每個邊沿偵測單元52X在不透明層20包括暴露光電元件2的一開口22與在不透明層30包括一開口32，而將每個邊沿偵測單元52X配置為形成一第二光通道62，其從微透鏡42A經由開口32而延伸至光電元件2。因此，邊沿偵測單元52X可以有助於進一步擴大光學成像裝置800的視野。
在第8圖並參考第6B圖，光電元件1較接近中心C。針對邊沿偵測單元52Y，從微透鏡42A至光電元件1的光線80可認定為傳播方向相對於周邊偵測單元55與內偵測單元51結合的範圍為相對性地向內側的方向。因此，在示於第8圖的實施例中，每個邊沿偵測單元52Y在不透明層20包括暴露光電元件1的一開口22與在不透明層30包括一開口31，而將每個邊沿偵測單元52Y配置為形成一第一光通道61，其從微透鏡42A經由開口31而延伸至光電元件1。因此，邊沿偵測單元52Y可以有助於進一步擴大光學成像裝置800的視野。
在第8圖，在每個角落偵測單元53均未形成光通道。在其他實施例中，角落偵測單元53中的至少一個可以更包括至少一個光通道而將微透鏡42A連接至所指定的光電元件1、2、3與4中的任一個。
在第8圖，在每個邊沿偵測單元52僅形成一個光通道。在其他實施例中，邊沿偵測單元52中的至少一個可以依需求更包括更多的光通道。這樣的其他實施例中的一個示於第9A與9B圖。
第9A圖顯示一俯視圖，其示意性地繪示根據本發明的揭露之一些其他實施例的光學成像裝置900。如第9A圖所示，光學成像裝置900包括複數個內偵測單元51與複數個周邊偵測單元55，內偵測單元51排列成一陣列，而周邊偵測單元55圍繞內偵測單元51的陣列。在第9A圖中，代表性地顯示在上述陣列的角落附近的內偵測單元51與周邊偵測單元55。示於第9A圖的光學成像裝置900與示於第8圖的光學成像裝置800為相似，但不同之處在周邊偵測單元55的光通道的分佈。第9B圖顯示沿著第9A圖的B-B線的剖面圖。另外，如同示於第7與8圖的光學成像裝置700與800的說明模式，以下關於光學成像裝置900的剖面結構的說明可參考第6B、6C、2B與2C圖。
在第9A圖並參考第8、7、6A、6B與6C圖再進一步參考第2B與2C圖，光學成像裝置900包括複數個內偵測單元51與複數個周邊偵測單元55，複數個內偵測單元51與複數個周邊偵測單元55包括一基底10與在基底10的上方的一不透明層堆疊物。上述不透明層堆疊物包括一不透明層20與一不透明層40，不透明層20在基底10的上方，不透明層40在不透明層20的上方。上述不透明層堆疊物更包括一不透明層30，其在不透明層20與不透明層40之間。在每個內偵測單元51與每個周邊偵測單元55，除了前述的不同之處，關於光電元件1、2、3與4、四個開口22、一個開口41、微透鏡42A、四個開口31、32、33、34、第一光通道61、第二光通道62、第三光通道63、第四光通道64、透明層71、透明層72、多層濾光器11、互連結構12、邊沿偵測單元52、邊沿偵測單元52X、邊沿偵測單元52Y與角落偵測單元53的細節均實質上相同或類似於第8圖所示並參考第7、6A至6C圖再進一步參考第2B與2C圖的光學成像裝置800的內偵測單元51與周邊偵測單元55的光電元件1、2、3與4、四個開口22、一個開口41、微透鏡42A、四個開口31、32、33、34、第一光通道61、第二光通道62、第三光通道63、第四光通道64、透明層71、透明層72、多層濾光器11、互連結構12、邊沿偵測單元52、邊沿偵測單元52X、邊沿偵測單元52Y與角落偵測單元53，關於其詳細說明可參考前文對光學成像裝置800、700、600與100所作說明，故在後文予以省略。另外，光電元件3與4中的一些被不透明層20所覆蓋，因此未顯示於第9圖中的周邊偵測單元55中。
如第9A圖所示，每個內偵測單元51與每個周邊偵測單元55中的四個光電元件的定義方式與前文對光學成像裝置800所作敘述的方式相同。在一些實施例中，在象限I、象限II、象限III與象限IV的區域的光電元件1、2、3與4的分佈為相對於X軸、Y軸或中心C而彼此對稱。
在一些實施例中，如第9A圖所示，每個內偵測單元51與每個周邊偵測單元55分為排列在一3×3陣列的九個畫素，而光電元件1、2、3與4是分別置於上述3×3陣列的四個邊各自的中間的四個畫素591、592、593與594中。在每個內偵測單元51與每個周邊偵測單元55的其餘五個畫素595可以如同四個畫素591、592、593與594一樣設置有光電元件。在一些實施例中，在每個內偵測單元51與每個周邊偵測單元55的其餘五個畫素585中的光電元件被不透明層20覆蓋(請參考第6A與6B圖)。其結果，將被不透明層20覆蓋的光電元件認定為虛設的光電元件，並將具有被覆蓋的光電元件的畫素595認定為虛設的畫素。在這樣的實施例的至少一個，虛設的畫素595的至少一個介於畫素591、592、593與594中的至少二個之間。
示於第9A與9B圖的光學成像裝置900的每個周邊偵測單元55與示於第8圖並參考第6B與6C圖的光學成像裝置800的每個周邊偵測單元55的不同之處在於，光學成像裝置900的每個周邊偵測單元55在不透明層20包括暴露光電元件1與2的二個開口22與在不透明層30包括二個開口31與32，而將每個周邊偵測單元55配置為形成一第一光通道61與一第二光通道62，第一光通道61從微透鏡42A經由開口31而延伸至光電元件1，第二光通道62從微透鏡42A經由開口32而延伸至光電元件2。因為光電元件1與2較接近中心C，從微透鏡42A至光電元件1以及從微透鏡42A至光電元件2的光線80可認定為傳播方向相對於周邊偵測單元55與內偵測單元51結合的範圍為相對性地向內側的方向。因此，周邊偵測單元55可以有助於進一步擴大光學成像裝置900的視野。
在一些實施例中，如第9A與9B圖所示，每個邊沿偵測單元52X在不透明層20更是多包括一個暴露光電元件4的開口22與在不透明層30多包括一個開口34，而將每個邊沿偵測單元52X配置為更形成一第四光通道64，其從微透鏡42A經由開口34而延伸至光電元件4。在一些實施例中，如第9A與9B圖所示，每個邊沿偵測單元52Y在不透明層20更是多包括一個暴露光電元件3的開口22與在不透明層30多包括一個開口33，而將每個邊沿偵測單元52Y配置為更形成一第三光通道63，其從微透鏡42A經由開口33而延伸至光電元件3。
第10A圖顯示一俯視圖，其示意性地繪示根據本發明的揭露之一些其他實施例的光學成像裝置1200。第10B至10E圖顯示部分的示於第10A圖的光學成像裝置1200。如第10A圖所示，光學成像裝置1200包括排列成一陣列的複數個偵測單元250。在第10A圖中，代表性地顯示在上述陣列的角落附近的偵測單元250。在一些實施例中，偵測單元250各包括光電元件201、202、203與204。在本實施例中，提供複數個開口231，每個開口231各自被其鄰近的四個偵測單元250所共用。
在一些實施例中，請參考第10A與10B圖，每個偵測單元250分為複數個畫素(未繪示)，在每個偵測單元250的畫素的數量是大於或等於光電元件201、202、203與204的數量，且光電元件201、202、203與204分別包含於不同的畫素。在一些實施例中，一個開口231重疊於屬於不同偵測單元250的複數個畫素。例如，請參考第10B圖，一個開口231重疊於四個畫素，這四個畫素分別包含於四個鄰近的偵測單元250。
在一些實施例中，如第10A圖所示，複數個偵測單元250包括複數個內偵測單元259與複數個周邊偵測單元255，周邊偵測單元255圍繞內偵測單元259。在偵測單元250的陣列為矩形且偵測單元250具有實質上相同的尺寸的實施例中，周邊偵測單元255包括四排的邊沿偵測單元256X、256Y、257X、257Y，其分別接觸內偵測單元259的陣列的四個邊。在周邊偵測單元255包括四排的邊沿偵測單元的實施例中，周邊偵測單元255可更包括四個角落偵測單元251、252、253與254，其分別接觸內偵測單元259的陣列的四個角落並分別介於二個相鄰的邊沿偵測單元之間。在所繪示的實施例中，邊沿偵測單元256X的那一排是在角落偵測單元251與252之間，邊沿偵測單元256Y的那一排是在角落偵測單元251與253之間，邊沿偵測單元257X的那一排是在角落偵測單元253與254之間，邊沿偵測單元257Y的那一排是在角落偵測單元252與254之間。
示於第2A、2B與2C圖的實施例的光學成像裝置100包括微透鏡40A，其在每個偵測單元50共用於將光線80導引至光電元件1、2、3與4；而示於第5A、5B與5C圖的實施例的光學成像裝置500則在不透明層75包括開口76，其在每個偵測單元50共用於將光線80導引至光電元件1、2、3與4。相較於此，本實施例的光學成像裝置1200提供微透鏡且在不透明層提供開口，上述微透鏡與上述開口各自共用於將光線導引至光電元件。在一些實施例中，在光學成像裝置1200的每個偵測單元250，光電元件201、202、203與204分別接收來自其他的偵測單元250的微透鏡240A的光線。其結果，可以進一步增加入射至光電元件201、202、203與204的光線的入射角的範圍。
第10B圖為一俯視圖，例示性地繪示有關到達每個偵測單元250的光電元件201、202、203與204的光路徑的細節。在一些實施例中，從示於第10A圖的陣列擷取偵測單元250的3×3的陣列，而且為了明確，僅顯示到達這個3×3的陣列的中心的偵測單元250的光路徑。要注意的是，本實施例的偵測單元250具有如第10B圖所示的相同或類似的光路徑。
在示於第10B圖的實施例中，關於中心的偵測單元250，將光線從右下方的偵測單元250的微透鏡240A經由右下方的開口231導引至光電元件201，形成一第一光通道261，第一光通道261從右下方的偵測單元250的微透鏡240A經由右下方的開口231延伸至光電元件201；將光線從左下方的偵測單元250的微透鏡240A經由左下方的開口231導引至光電元件202，形成一第二光通道262，第二光通道262從左下方的偵測單元250的微透鏡240A經由左下方的開口231延伸至光電元件202；將光線從右上方的偵測單元250的微透鏡240A經由右上方的開口231導引至光電元件203，形成一第三光通道263，第三光通道263從右上方的偵測單元250的微透鏡240A經由右上方的開口231延伸至光電元件203；將光線從左上方的偵測單元250的微透鏡240A經由左上方的開口231導引至光電元件204，形成一第四光通道264，第四光通道264從左上方的偵測單元250的微透鏡240A經由左上方的開口231延伸至光電元件204。
偵測單元250可包括複數個群組，例如在第10C至10F圖所示根據共用開口231的態樣的群組250A。第10C與10D圖顯示示於第10A圖的光學成像裝置1200的一個例示的群組250A的俯視圖，而第10E與10F圖顯示沿著第10C與10D圖的各自的線B-B與線C-C的剖面圖。在所繪示的實施例中，第一光通道261與第四光通道264重疊，而第三光通道263與第二光通道262重疊。因此，為了明確，第10C圖的俯視圖僅顯示第一光通道261與第三光通道263，第10D圖的俯視圖僅顯示第二光通道262與第四光通道264，即使第一光通道261、第二光通道262、第三光通道263與第四光通道264是一起存在於相同的光學成像裝置1200(示於第10A圖)。
請參考第10A與10C至10F圖，光學成像裝置1200包括複數個偵測單元250，複數個偵測單元250包括一基底210與在基底210的上方的一不透明層堆疊物。包含於複數個偵測單元250的複數個畫素各自形成於基底210中。上述不透明層堆疊物包括不透明層220、一不透明層230與一不透明層240，不透明層220在基底210的上方，不透明層230在不透明層220的上方，不透明層240在不透明層230的上方。在本實施例中，偵測單元250的微透鏡240A是嵌於不透明層240中的開口241，而偵測單元250的開口231則形成在不透明層230中。亦可將不透明層240稱為微透鏡層。在一些實施例中，每個偵測單元250更包括四個開口222，以分別暴露光電元件201、202、203與204。在一些實施例中，光學成像裝置1200更包括一多層濾光器211，多層濾光器211是設置在不透明層230與不透明層220之間。在一些實施例中，在不透明層220與不透明層240之間形成一或多層透明材料(舉例而言：對可見光透明)，例如如第10E與10F圖所示的一透明層271與一透明層272，以調整入射至光電元件201、202、203與204的光線的入射角。在形成透明層271的實施例中，多層濾光器211是設置在不透明層220與透明層271之間。在所繪示的實施例中，光學成像裝置1200為背照式，而具有設置在基底210下方的互連結構212。在一些實施例中，在每個偵測單元250的光電元件201、202、203與204為CMOS影像感測器，其包括電性連接於電晶體的光學二極體，而上述電晶體又電性連接於互連結構212。在一些實施例中，上述光學二極體為有機光學二極體。在本實施例中，關於不透明層220、230與240、微透鏡240A、開口222與231、多層濾光器211、透明層271與272、基底210、光電元件201、202、203與204以及互連結構212的材料與製程的組合，均類似於第2B與2C圖所示的光學成像裝置100的不透明層20、30與40、微透鏡40A、開口22與31、多層濾光器11、透明層71與72、基210、光電元件1、2、3與4以及互連結構12的材料與製程的組合。對於光學成像裝置1200的部分元件或特徵，其類似於示於第2A至2C圖的光學成像裝置100的元件或特徵且實質上未受到前述與光學成像裝置100的不同之處的影響，其詳細說明將在後文省略。
在光學成像裝置1200的陣列如第10A、10C與10D圖所示為矩形的實施例中，每個群組250A包括四個偵測單元250與一個開口231，這個開口231為上述四個偵測單元250所共用。在光學成像裝置1200具有其他形狀的其他實施例中，在每個群組250A的偵測單元250的數量可以異於四。在一些實施例中，每個群組250A包括上述四個偵測單元250中的第一個的光電元件201、上述四個偵測單元250中的第二個的光電元件202、上述四個偵測單元250中的第三個的光電元件203與上述四個偵測單元250中的第四個的光電元件204。在示於第10C與10D圖的群組250A的實施例中，其光電元件201、202、203與204比其他的光電元件還要接近共用的開口231。在本實施例中，在每個群組250A，上述四個偵測單元250是排列成一2×2陣列，且共用的開口231是設置在此2×2陣列的中心的上方。在一些實施例中，如第10C與10D圖所示的群組250A的四個偵測單元250是比光學成像裝置1200(示於第10A圖)未顯示於第10C與10D圖之的其他偵測單元250還要接近於如第10C與10D圖所示的共用的開口231。在所繪示的實施例中，共用的開口231重疊於被歸類於同一個群組250A的四個偵測單元250。
在如第10C至10F圖所示的例示的群組250A中，配置上述四個偵測單元250與共用的開口231，以形成一第一光通道261、一第二光通道262、一第三光通道263與一第四光通道264，第一光通道261沿著從上述四個偵測單元250中的第四個的微透鏡240A經由共用的開口231而延伸至上述四個偵測單元250中的第一個的光電元件201的路徑，以引導光線80沿著相同的路徑入射至光學成像裝置1200(示於第10A圖)；第二光通道262沿著從上述四個偵測單元250中的第三個的微透鏡240A經由共用的開口231而延伸至上述四個偵測單元250中的第二個的光電元件202的路徑，以引導光線80沿著相同的路徑入射至光學成像裝置1200(示於第10A圖)；第三光通道263沿著從上述四個偵測單元250中的第二個的微透鏡240A經由共用的開口231而延伸至上述四個偵測單元250中的第三個的光電元件203的路徑，以引導光線80沿著相同的路徑入射至光學成像裝置1200(示於第10A圖)；第四光通道264沿著從上述四個偵測單元250中的第一個的微透鏡240A經由共用的開口231而延伸至上述四個偵測單元250中的第四個的光電元件204的路徑，以引導光線80沿著相同的路徑入射至光學成像裝置1200(示於第10A圖)。在一些實施例中，儘管為了明確而未繪示於第10C至10F圖，關於例如包括如第10C至10F圖所示之作為第一光通道261的端點的光電元件201的偵測單元250，這個偵測單元250亦可能被歸類於屬於其他的群組250A，這個偵測單元250的光電元件202、203與204亦可能分別被歸類於屬於不同的其他的群組250A並作為這些不同的其他的群組250A的第二光通道262、第三光通道263與第四光通道264的端點。
偵測單元250可包括複數個群組，例如在第10G至10I圖所示根據共用微透鏡240A的態樣的群組250B。第10G圖顯示示於第10A圖的光學成像裝置1200的一個例示的群組250B的俯視圖，而第10H與10I圖顯示沿著第10G圖的線B-B與線C-C的剖面圖。
在光學成像裝置1200的陣列如第10A與10G圖所示為矩形的實施例中，每個群組250B包括五個偵測單元250，而將上述五個偵測單元250中的一個的微透鏡240A配置為被上述五個偵測單元250中的其他四個所共用。將光線80(如第10I與10H圖所示)從這個共用的微透鏡240A分別經由四個開口231導引至每個上述的其他四個偵測單元250中的對應的偵測單元250的光電元件。在光學成像裝置1200具有其他形狀的其他實施例中，在每個群組250B的偵測單元250的數量可以異於五。
在一些實施例中，每個群組250B包括上述的其他四個偵測單元250中的第一個的光電元件201、上述的其他四個偵測單元250中的第二個的光電元件202、上述的其他四個偵測單元250中的第三個的光電元件203與上述的其他四個偵測單元250中的第四個的光電元件204。在示於第10G圖的實施例中，九個偵測單元250是排列成一3×3陣列，而群組250B包括此3×3陣列的中心的偵測單元250以及四個角落的偵測單元250。在本實施例中，上述中心的偵測單元250的微透鏡240A是共用於將光線導引至上述四個角落的偵測單元250的光電元件。在一些實施例中，在設計上將每個上述四個角落的偵測單元250之最接近上述中心的偵測單元250的光電元件，設為接收來自上述四個角落的偵測單元250的微透鏡240A的光線。在其他實施例中，上述最接近上述中心的偵測單元250的光電元件，可以被其同一個角落的偵測單元250的其他光電元件中的一個取代。在一些實施例中，上述四個開口231分別重疊於上述中心的偵測單元250以及一個不同的角落的偵測單元250。在第10G圖所示的實施例中，上述四個開口231分別設置在上述中心的偵測單元250的對立的角落及對應的角落的偵測單元250的上方。
在如第10G至10I圖所示的例示的群組250B中，配置上述五個偵測單元250與上述四個開口231，以形成一第一光通道261、一第二光通道262、一第三光通道263與一第四光通道264，第一光通道261沿著從上述共用的微透鏡240A經由上述四個開口231中的第一個而延伸至上述四個角落的偵測單元250中的第一個的光電元件201的路徑，以引導光線80沿著相同的路徑入射至光學成像裝置1200(示於第10A圖)；第二光通道262沿著從上述共用的微透鏡240A經由上述四個開口231中的第二個而延伸至上述四個角落的偵測單元250中的第二個的光電元件202的路徑，以引導光線80沿著相同的路徑入射至光學成像裝置1200(示於第10A圖)；第三光通道263沿著從上述共用的微透鏡240A經由上述四個開口231中的第三個而延伸至上述四個角落的偵測單元250中的第三個的光電元件203的路徑，以引導光線80沿著相同的路徑入射至光學成像裝置1200(示於第10A圖)；第四光通道264沿著從上述共用的微透鏡240A經由上述四個開口231中的第四個而延伸至上述四個角落的偵測單元250中的第四個的光電元件204的路徑，以引導光線80沿著相同的路徑入射至光學成像裝置1200(示於第10A圖)。
在一些實施例中，儘管為了明確而未繪示於第10G至10I圖，關於如第10G圖所示的這個群組250B，其中心的偵測單元250亦可能被歸類於屬於一些其他的群組250B而作為其四個角落的偵測單元250中的一個；如第10G圖所示的這個群組250B的四個角落的偵測單元250，亦可能分別被歸類於屬於一些其他的群組250B並而作為其四個角落的偵測單元250中的一個，亦可能作為其中心的偵測單元250；關於示於第10G圖而未被歸類為其例示的群組250B的其餘四個偵測單元250，亦可能分別被歸類於屬於一些其他的群組250B並而作為其四個角落的偵測單元250中的一個，亦可能作為其中心的偵測單元250。
例如示於第10C至10F圖的實施例的群組250A與例如示於第10G至10I圖的實施例的群組250B的分類是彼此獨立，而使示於第10A圖的光學成像裝置1200的每個偵測單元250可被歸類為群組250A的一些且亦被歸類為群組250B的一些。如第10G圖所示，此3×3陣列的九個偵測單元250亦可被歸類而提供偵測單元250的四個2×2陣列，而這些2×2陣列亦可作為群組250A，例如示於第10C至10F圖的例示的群組250A。同樣地，如第10C至10F圖所示的例示的群組250A的四個偵測單元250的任一個，亦可被歸類為屬於一些群組250B，如第10G至10I圖所示的例示的群組250B的四個角落的偵測單元250中的一個，亦可被歸類為屬於另一個群組250B而作為其中心的偵測單元250。
在示於第10B至10I圖的實施例中，在每個偵測單元250之未被不透明層220覆蓋的四個光電元件為有效而接收來自對應的微透鏡240A的光線80。在一些實施例中，並未針對特定的一個或一些偵測單元250中的一些光電元件來配備用以形成對其連接的光通道的微透鏡，而將這樣的光電元件認定為虛設的光電元件，其被設定為實質上不接收光線。在一些實施例中，上述虛設的光電元件是被不透明層220覆蓋而無法顯示於俯視圖中，以避免計劃以外的光照造成雜訊的輸入。
在第10A圖的俯視圖所示的實施例中，周邊偵測單元255僅有一或二個光電元件被顯示，而顯示內偵測單元259的光電元件201、202、203與204，其為有效而接收來自對應的微透鏡240A的光線。在角落偵測單元251，僅有其光電元件201為有效而接收來自對應的微透鏡240A的光線，而光電元件202、203與204為虛設而被不透明層(例如示於第10F圖的不透明層220)完全覆蓋且未顯示於第10A圖。在一些實施例中，顯示角落偵測單元251的光電元件202、203與204的任一個的剖面圖，是等效於例如顯示光電元件4完全被不透明層20覆蓋之第6B圖的剖面圖。類似地，在角落偵測單元252，僅有其光電元件202為有效而接收光線，而光電元件201、203與204被設定為不接收光線。類似地，在角落偵測單元253，僅有其光電元件203為有效而接收光線，而光電元件201、202與204被設定為不接收光線。類似地，在角落偵測單元254，僅有其光電元件204為有效而接收光線，而光電元件201、202與203被設定為不接收光線。類似地，在邊沿偵測單元256X，僅有其光電元件201與202為有效而接收光線，而光電元件203與204被設定為不接收光線。類似地，在邊沿偵測單元256Y，僅有其光電元件201與203為有效而接收光線，而光電元件202與204被設定為不接收光線。類似地，在邊沿偵測單元257X，僅有其光電元件203與204為有效而接收光線，而光電元件201與202被設定為不接收光線。類似地，在邊沿偵測單元257Y，僅有其光電元件202與204為有效而接收光線，而光電元件201與203被設定為不接收光線。
如上所述，在本發明的揭露中，提供一種光學成像裝置。藉由光電元件接收傾斜入射的光線，此光學成像裝置可提供擴大的視野。因此，可以縮小設置有此光學成像裝置的晶片的尺寸。
前述內文概述了許多實施例的特徵，使所屬技術領域中具有通常知識者可以從各個方面更佳地了解本發明實施例。所屬技術領域中具有通常知識者應可理解，且可輕易地以本發明實施例為基礎來設計或修飾其他製程及結構，並以此達到相同的目的及/或達到與在此介紹的實施例等相同之優點。所屬技術領域中具有通常知識者也應了解這些均等的結構並未背離本發明實施例的發明精神與範圍。在不背離本發明實施例的發明精神與範圍之前提下，可對本發明實施例進行各種改變、置換或修改。
1,2,3,4,201,202,203,204:光電元件 10,210:基底 11,211:多層濾光器 12,212:互連結構 20,30,40,75,95,220,230,240:不透明層 22,41,76,222,241:開口 31,32,33,34,231:開口 40A,42A,95A,95B,95C,95D,240A:微透鏡 50,250:偵測單元 51,259:內偵測單元 52,52X,52Y,256X,256Y,257X,257Y:邊沿偵測單元 53,251,252,253,254:角落偵測單元 55,255:周邊偵測單元 61,261:第一光通道 62,262:第二光通道 63,263:第三光通道 64,264:第四光通道 61A,62A,63A,64A:延伸方向 71,72,271,272:透明層 80:光線 100,500,600,700,800,900,1200:光學成像裝置 250A,250B:群組 300:蓋板 310:感測器作動區域 311,312,313,314:子視野 320,330:視野 350:手指 400:完整指紋影像 401,402,403,404:指紋影像 501,502,503,504,571,572,573,574,575:畫素 581,582,583,584,585,591,592,573,594,595:畫素 1000:有機發光二極體顯示系統
本發明的各種樣態最好的理解方式為閱讀以下說明書的詳細說明及範例並配合所附圖式。 第1圖顯示一側視圖，其示意性地繪示根據本發明的揭露而將一光學成像裝置的實施例應用於一光學指紋感測器。 第2A圖顯示一俯視圖，其示意性地繪示根據本發明的揭露之一光學成像裝置的實施例。 第2B圖顯示沿著第2A圖的B-B線的剖面圖。 第2C圖顯示沿著第2A圖的C-C線的剖面圖。 第3A圖示意性地繪示根據本發明揭露的光學成像裝置的實施例提供的有利功效。 第3B圖示意性地繪示根據本發明揭露的光學成像裝置的實施例提供的有利功效。 第4A圖示意性地繪示根據本發明揭露的光學成像裝置的實施例提供的有利功效。 第4B圖示意性地繪示根據本發明揭露的光學成像裝置的實施例提供的有利功效。 第5A圖顯示一俯視圖，其示意性地繪示根據本發明的揭露之一光學成像裝置的一些其他實施例。 第5B圖顯示沿著第5A圖的B-B線的剖面圖。 第5C圖顯示沿著第5A圖的C-C線的剖面圖。 第6A圖顯示一俯視圖，其示意性地繪示根據本發明的揭露之一光學成像裝置的一些其他實施例。 第6B圖顯示沿著第6A圖的B2-B2線與B3-B3線的剖面圖。 第6C圖顯示沿著第6A圖的C-C線的剖面圖。 第7圖顯示一俯視圖，其示意性地繪示根據本發明的揭露之一光學成像裝置的一些其他實施例。 第8圖顯示一俯視圖，其示意性地繪示根據本發明的揭露之一光學成像裝置的一些其他實施例。 第9A圖顯示一俯視圖，其示意性地繪示根據本發明的揭露之一光學成像裝置的一些其他實施例。 第9B圖顯示沿著第9A圖的B-B線的剖面圖。 第10A圖顯示一俯視圖，其示意性地繪示根據本發明的揭露之一光學成像裝置的一些其他實施例。 第10B圖顯示第10A圖所示的光學成像裝置的局部的俯視圖。 第10C圖顯示第10A圖所示的光學成像裝置的局部的俯視圖。 第10D圖顯示第10A圖所示的光學成像裝置的局部的俯視圖。 第10E圖顯示沿著第10C與10D圖的B-B線的剖面圖。 第10F圖顯示沿著第10C與10D圖的C-C線的剖面圖。 第10G圖顯示第10A圖所示的光學成像裝置的局部的俯視圖。 第10H圖顯示沿著第10G圖的B-B線的剖面圖。 第10I圖顯示沿著第10G圖的C-C線的剖面圖。
1,2,3,4:光電元件
31,32,33,34:開口
40A:微透鏡
50:偵測單元
61A,62A,63A,64A:延伸方向
100:光學成像裝置
501,502,503,504:畫素

Claims (9)

  1. 一種光學成像裝置，包括一第一檢測單元，其中該第一檢測單元包括：複數個第一畫素，包括複數個第一光電元件；一第一不透明層，在上述複數個第一光電元件的上方，該第一不透明層具有至少一個開口；至少一個第一微透鏡，在該第一不透明層的上方，其中上述至少一個第一微透鏡重疊於上述複數個第一畫素中的至少一個；以及至少一個第一虛設畫素，其具有一第一虛設光電元件，該第一虛設光電元件被一第二不透明層覆蓋，上述至少一個第一虛設畫素介於上述複數個第一畫素中的二個之間，該第二不透明層在該第一不透明層與該第一虛設光電元件之間。
  2. 如請求項1之光學成像裝置，其中上述複數個第一光電元件、上述至少一個開口與上述至少一個第一微透鏡是配置為使光線從上述至少一個第一微透鏡傳播至上述複數個第一光電元件，上述光線分別以大於0度至40度的入射角入射至上述複數個第一光電元件。
  3. 如請求項1之光學成像裝置，其中上述至少一個開口重疊於上述複數個第一畫素，上述複數個第一光電元件、上述至少一個開口與上述至少一個第一微透鏡是配置為使光線經由上述至少一個開口傳播至上述複數個第一光電元件，上述光線分別以大於0度至40度的入射角入射至上述複數個第一光電元件。
  4. 一種光學成像裝置，包括一第一檢測單元與一第二檢測單元，其中該第一檢測單元包括： 複數個第一畫素，包括複數個第一光電元件；一第一不透明層，在上述複數個第一光電元件的上方，該第一不透明層具有至少一個開口；及至少一個第一微透鏡，在該第一不透明層的上方；以及該第二檢測單元包括：複數個第二畫素，包括複數個第二光電元件；該第一不透明層，在上述複數個第二光電元件的上方；及至少一個第二微透鏡，在該第一不透明層的上方，其中上述至少一個開口重疊於上述複數個第一畫素中的至少一個及上述複數個第二畫素中的至少一個。
  5. 如請求項4之光學成像裝置，其中該第一檢測單元與該第二檢測單元是配置為使光線從上述至少一個第一微透鏡經由上述至少一個開口傳播至上述複數個第二光電元件中的一個，上述光線分別以大於0度至40度的入射角入射至上述複數個第二光電元件中的上述的一個。
  6. 如請求項4之光學成像裝置，在該光學成像裝置的一邊緣部更包括一第三檢測單元，其中該第三檢測單元包括：複數個第三畫素，包括複數個第三光電元件；該第一不透明層，在上述複數個第三光電元件的上方，該第一不透明層具有至少一個第三開口；以及至少一個第三微透鏡，在該第一不透明層的上方，其中上述至少一個第三微透鏡重疊於上述複數個第三畫素中的至少一個，其中上述複數個第三光電元件中的至少一個被一第二不透明層覆蓋。
  7. 如請求項1或4之光學成像裝置，更包括： 一多層濾光器，在上述複數個第一光電元件與該第一不透明層之間；以及一透明層，在該多層濾光器與該第一不透明層之間。
  8. 如請求項1或4之光學成像裝置，更包括：一基底，該基底包括一前側與一背側，其中上述複數個第一光電元件嵌於該基底的該背側；以及一互連結構，在該基底的該前側的上方，其中該互連結構電性連接於上述複數個第一光電元件。
  9. 如請求項1或4之光學成像裝置，更包括一透明層，在該第一不透明層與上述至少一個第一微透鏡之間。
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