TWI841745B - 圖像採集裝置及電子設備 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種可以提高圖像採集裝置的成像效果的圖像採集裝置，包括透光蓋板，具有相對的第一面和第二面；光源部件，位於透光蓋板的第二面下方；至少一個傳感元件，包括掩膜層和感測器部件，感測器部件具有相對的第一面和第二面，感測器部件的第一面與所述掩膜層相對設置，感測器部件的第二面為感光面，掩膜層為不透光材料；基板，具有相對的第一面和第二面，用於放置所述至少一個傳感元件，基板的第二面與感測器部件的第二面相對設置；其中，光源部件產生的斜入射光線經透光蓋板的第一面反射至所述基板的第二面，經基板的第二面反射，被感測器部件的第二面接收。此外，本發明還提供一種包含該圖像採集裝置的電子設備。
Description
本發明是有關於一種光學器件技術領域，特別是指一種圖像採集裝置及電子設備。
在現有的電子設備中，例如手機螢幕、虛擬實境眼鏡等，需要對螢幕前的物體，例如指紋、眼睛或手指等進行成像以及定位，以更好的完成螢幕畫面的展示。
現有技術中，光學成像成為當下的主流技術方案。如圖1所示，現有的圖像採集裝置包括透光蓋板101，光源部件102，透鏡103和感測器部件104。光源部件102發出的光線L2可以經透光蓋板101反射後透過透鏡103達到感測器部件104。
但是，在現有的圖像採集裝置中，環境光L1等雜散光通常會透過透光蓋板101、光源部件102以及透鏡103達到感測器部件104，影響成像效果。
因此，本發明的目的，即在提供一種可抑制環境光，提高圖像採集裝置的成像效果的圖像採集裝置。
於是，本發明的圖像採集裝置，包括一透光蓋板、一光源部件、至少一個傳感元件，及一基板。
所述透光蓋板具有相對的第一面和第二面。
所述光源部件位於所述透光蓋板的第二面下方。
所述至少一個傳感元件，包括掩膜層和感測器部件，所述感測器部件具有相對的第一面和第二面，所述感測器部件的第一面與所述掩膜層相對設置，所述感測器部件的第二面為感光面，所述掩膜層為不透光材料。
所述基板具有相對的第一面和第二面，所述基板用於放置所述至少一個傳感元件，所述基板的第二面與所述感測器部件的第二面相對設置。
其中，所述光源部件產生的斜入射光線經所述透光蓋板的第一面反射至所述基板的第二面，經所述基板的第二面反射，被所述感測器部件的第二面接收。
可選地，所述斜入射光線在所述透光蓋板的第一面的入射角大於全反射臨界角。
可選地，所述光源部件產生的垂直入射光線經所述透光蓋板的第一面反射後的部分，透過所述基板的第二面透射出去或者
被所述掩膜層遮擋，所述垂直入射光線與所述透光蓋板的第一面的入射角小於全反射臨界角。
可選地，環境光透過所述透光蓋板後透過所述基板的第二面透射出去或者被所述掩膜層遮擋。
可選地，所述圖像採集裝置還包括一保護層，所述保護層位於所述光源部件下方。
可選地，任相鄰兩個傳感元件之間的具有可透光的開孔，或者每相鄰兩個傳感元件之間的區域透光。
可選地，每個傳感元件中掩膜層的面積大於或等於感測器部件的面積。
可選地，所述圖像採集裝置還包括一光學元件，所述光學元件位於所述感測器部件的第二面下方，其中，待採集物體散射的光線經相鄰兩個傳感元件之間的區域到達所述光學元件，並經所述光學元件反射後被所述感測器部件的第二面接收。所述的圖像採集裝置所述光學元件將所述待採集物體通過幾何光學原理成像於所述感測器部件。
可選地，所述掩膜層為電極，所述光源部件直接貼合於所述掩膜層的上表面。
可選地，所述圖像採集裝置還包括一互補金屬氧化物半導體器件及一透鏡，所述互補金屬氧化物半導體器件位於所述基板
的下方，所述透鏡位於所述基板與所述互補金屬氧化物半導體器件之間，其中，待採集物體散射的光線透過所述透鏡後達到所述互補金屬氧化物半導體器件。
可選地，所述光源部件和所述至少一個傳感元件均貼合於所述透光蓋板的第二面。
可選地，所述透光蓋板包括顯示面板，所述顯示面板包括顯示像素。
可選地，所述光源部件為顯示面板，所述顯示面板選自：液晶顯示幕、有源陣列式有機發光二極體顯示幕以及微發光二極體顯示幕。
此外，本發明的另一目的，在於提供一種電子設備。
於是，所述電子設備包含一如前所述的圖像採集裝置，及一處理器。
所述處理器與所述圖像採集裝置耦合，並適於處理接收所述圖像採集裝置採集到的待採集物體的圖像。
本發明的功效在於：
(1)通過將感測器部件的感光面朝下，亦即將感測器部件的第一面與所述掩膜層相對設置，所述感測器部件的第二面為感光面，可以使得光源部件產生的斜入射光線(也即有效光信號)經所述透光蓋板的第一面反射後，再經所述基板的第二面反射，並達到
所述感測器部件的第二面；結合設置掩膜層，可以使得光源部件產生的垂直入射光線以及環境光可以透過所述光電基板透射出去或者被所述掩膜層遮擋，從而實現有效光信號能夠被感測器部件接收，而雜散光能夠得到有效抑制，進而提升最終成像的信噪比，提升成像效率。此外，通過設置感測器部件的感光面朝下，有利於光源部件和感測器部件之間的電纜連線，方便貼合，還可以避免現有技術中光源部件的阻擋導致對感測器部件測試的不便，可以直接從基板基板的下表面進行光電測試，為感測器部件的測試提供便捷。
(2)進一步地，圖像採集裝置還包括光學元件，所述光學元件位於所述感測器部件的第二面下方，其中，待採集物體散射的光線經所述光學元件反射後達到所述感測器部件的第二面。本發明技術方案中，通過設置光學元件，可以實現遠場成像，例如人像識別；還可以實現近場或中場成像，例如懸空指紋的識別。此外，近場成像和遠場成像可以共用感測器部件，無需額外設置互補金屬氧化物半導體，減小了元件數量以及成本，還可以減小裝置的整體厚度。
(3)進一步地，所述掩膜層為電極，所述光源部件直接貼合於所述掩膜層的上表面。本發明技術方案中，通過設置掩膜層為電極，並且光源部件直接貼合於所述掩膜層的上表面，實現了將光源部件以及感測器部件集成在一起的結構，從而可以在工藝上一次
形成，避免了現有技術中光源部件以及感測器部件分別形成再進行貼合的過程，減小了工藝複雜度。
200:圖像採集裝置
201:透光蓋板
202:光源部件
2021:基板
2022:顯示像素
203:保護層
204:傳感元件
2041:掩膜層
2042:感測器部件
2042a:第一面
2042b:第二面
205:基板
206:光學元件
301:透光蓋板
302:光元部件
303:基板
304:感測器部件
本發明的其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一示意圖，說明習知的圖像採集裝置；圖2是一示意圖，說明本發明圖像採集裝置的一實施例；圖3是一示意圖，說明本發明圖像採集裝置的另一實施態樣；圖4是一示意圖，說明本發明圖像採集裝置的又一實施態樣；圖5是一示意圖，說明本發明圖像採集裝置的再一實施態樣；圖6是一示意圖，說明本發明圖像採集裝置的另一實施例；及圖7是一光角度分部圖，說明本發明圖2~6所述的圖像採集裝置採集到的信號光和環境光的角度分佈。
如背景技術中所述，在現有的圖像採集裝置中，環境光L1等雜散光通常會透過透光蓋板101、光源部件102以及透鏡103達到感測器部件104，影響成像效果。
本發明技術方案中，通過設置感測器部件的感光面朝下，也即感測器部件的第一面與所述掩膜層相貼合，所述感測器部件的
第二面為感光面，可以使得光源部件產生的斜入射光線(也即有效光信號)經所述透光蓋板的第一面反射後，再經所述基板的第二面反射，並達到所述感測器部件的第二面；結合設置掩膜層，可以使得光源部件產生的垂直入射光線以及環境光可以透過所述基板透射出去或者被所述掩膜層遮擋，從而實現有效光信號能夠被感測器部件接收，而雜散光能夠得到有效抑制，進而提升最終成像的信噪比，提升成像效率。
為使本發明的上述目的、特徵和優點能夠更為明顯易懂，下面結合附圖對本發明的具體實施例做詳細的說明。
圖2是本發明實施例一種圖像採集裝置的結構示意圖。
本實施例的方案可以應用於指紋採集場景，也可以用於懸空指紋成像、人臉成像等場景。
具體地，在本實施例中，圖像採集裝置200從上而下可以包括透光蓋板201、光源部件202、保護層203、多個傳感元件204和基板205。
其中，所述透光蓋板201具有相對的第一面和第二面。所述透光蓋板201的第一面可以與待採集物體(圖未示)相接觸。例如，所述待採集物體可以是手指。
在一個實施例中，所述透光蓋板201可以是單層結構或者多層結構，單層結構可以是玻璃蓋板或者有機透光材質蓋板，單
層結構的透光蓋板201也可以是具有其他功能的蓋板，如可以是觸控式螢幕。多層結構可以是多層玻璃蓋板、多層有機透光材質蓋板，或者是玻璃蓋板與有機透光材質蓋板的結合。
具體實施中，所述光源部件202具有位於所述透光蓋板201的第二面下方的基板2021和位於基板2021上方的顯示像素2022。
具體實施中，所述保護層203位於所述光源部件202下方，光源部件202可以與所述透光蓋板201的第二面相貼合，例如可以通過光學膠相貼合。具體地，所述保護層203可以是玻璃，也可以是光學膠，或者其它任意可實施的保護材料，本發明實施例對此不作限制。
在一個實施例中，所述光源部件202可以是在一塊板(例如可以是有機發光二極體(Organic Light-Emitting Diode,OLED)基板)上設置有多個的光源。
所述光源部件202可以具有多個光源，所述光源可以是點光源、線光源、或具有其他拓撲結構的光源。
於一些實施例中，所述透光蓋板201與光源部件202、及/或光源部件201與傳感元件204之間通過光學膠粘合。
具體實施中，至少一個傳感元件204可以包括掩膜層2041和感測器部件2042，所述感測器部件2042具有相對的第一面
2042a和第二面2042b，所述感測器部件2042的第一面2042a與所述掩膜層2041相貼合，所述感測器部件的第二面2042b為感光面。
在一個實施例中，所述感測器部件2042可以用於獲取光線，可以包括有多個感光單元(圖未示)。
本實施例中，感測器部件2042的感光面，即第二面2042b是背對光源部件202的，因此光源部件202產生的光線需要在經過透光蓋板201的第一面反射後，經過基板205的第二面(即基板205的下表面)的二次反射後進入感測器部件2042的第二面2042b。
此外，掩膜層2041由遮光材料製成，可以對環境光等雜散光進行遮擋和抑制。具體地，所述光源部件202產生的垂直入射光線經所述透光蓋板201的第一面反射後，透過所述基板205透射出去或者被所述掩膜層2041遮擋，所述垂直入射光線與所述透光蓋板201的第二面的入射角小於全反射臨界角。環境光透過所述透光蓋板201後透過所述基板205透射出去或者被所述掩膜層2041遮擋，無法在基板205的下表面發生全反射而進入感器部件2042的感光面。
具體實施中，所述基板205具有相對的第一面和第二面，所述基板205位於所述傳感元件204下方，用於放置所述傳感元件204。所述基板205為透光材料。
本發明實施例中，通過設置感測器部件2042的感光面朝
下，亦即感測器部件2042的第一面2042a與所述掩膜層2041相貼合，所述感測器部件2042的第二面2042b為感光面，可以使得光源部202件產生的斜入射光線(即有效光信號)經所述透光蓋板201的第一面反射後，再經所述基板205的第二面反射達到所述感測器部件2042的第二面2042b；結合設置掩膜層2041，可以使得光源部件202產生的垂直入射光線以及環境光可以透過所述基板205透射出去或者被所述掩膜層2041遮擋，從而實現有效光信號能夠被感測器部件2042接收，而雜散光能夠得到有效抑制，進而提升最終成像的信噪比，提升成像效率。
在一個實施例中，所述光源部件202可以為顯示面板，如液晶顯示幕、有源陣列式有機發光二極體顯示幕或微發光二極體顯示幕。
在一個非限制性的實施例中，每相鄰兩個傳感元件204之間的區域(也可以說兩個傳感元件204之間的間隙)透光。也就是說，入射至傳感元件204上方的光線可以被掩膜層2041遮擋，而入射至傳感元件204之間的區域的光線則可以穿過該區域，以經基板205的第二面全反射至感測器部件2042的感光面(第二面2042b)，或者直接穿過基板205的第二面投射出去。
在一個非限制性的實施例中，每相鄰兩個傳感元件204之間的區域開孔，或者每相鄰兩個傳感元件204之間的材料為透光
材料。
本發明實施例通過對區域開孔的方式或者採用透光材料的方式實現傳感元件204之間的區域透光的效果。
在一個非限制性的實施例中，每個傳感元件204中掩膜層2041的面積大於或等於感測器部件2042的面積。
本發明實施例通過設置掩膜層2041的面積大於或等於感測器部件2042的面積，可以避免對雜散光的無效遮擋，避免其進入感測器部件2042的感光面。
在一個非限制性的實施例中，請參照圖3，圖3所示圖像採集裝置與圖2所示圖像採集裝置不同的是，圖像採集裝置還包括光學元件206。所述光學元件206位於所述感測器部件2042的第二面2042b下方，其中，待採集物體300散射的光線經相鄰兩個傳感元件204之間的區域到達所述光學元件206，並經所述光學元件206反射後被所述感測器部件2042的第二面2042b接收。
在一些實施例中，所述光學元件206可以是凹面鏡。所述凹面鏡為非透鏡。
更具體地，光學元件206位於基板205的下方，並且與所述基板205的下表面之間的距離大於0。
更進一步地，所述光學元件206將所述待採集物體300通過幾何光學原理成像於所述感測器部件2042。換言之，光學元件
206與所述基板205的下表面之間的距離可以根據幾何成像原理來確定。
關於幾何成像原理的相關技術原理請參照已有技術，本發明實施例對此不作限制。
本發明實施例中，通過設置光學元件206，可以實現遠場成像，例如人像識別；還可以實現近場或中場成像，例如懸空指紋的識別。此外，近場成像和遠場成像可以共用感測器部件2042，無需額外設置互補金屬氧化物半導體(Complementary Metal Oxide Semiconductor,CMOS)，減小了元件數量以及成本，還可以減小裝置的整體厚度。
在一個非限制性的實施例中，請參照圖4，圖4所示圖像採集裝置中，所述掩膜層2041為電極，所述光源部件202可以直接貼合於所述掩膜層2041的上表面。
本實施例中，所述光源部件202和感測器部件2042可以集成於同一基板205上。所述光源部件202和感測器部件2042可以共用電極(即掩膜層2041)。
具體地，對於透光蓋板201、基板205、光源部件202以及傳感元件204所圍成的區域A，可以是開孔區域，也可以是透光區域。
本實施例中的待採集物體可以是手指400。
本發明實施例中，通過設置掩膜層2041為電極，並且光源部件202直接貼合於所述掩膜層2041的上表面，實現了將光源部件202以及感測器部件2042集成在一起的結構(in-cell)(例如垂直地集成)，從而可以在工藝上一次形成，避免了現有技術中光源部件202以及感測器部件2042分別形成再進行貼合的過程，減小了工藝複雜度。
請參照圖5，與圖3所示圖像採集裝置不同的是，圖5所示圖像採集裝置包括互補金屬氧化物半導體器件208和透鏡207。
其中所述互補金屬氧化物半導體器件208位於所述基板205的下方；所述透鏡207位於所述基板205與所述互補金屬氧化物半導體器件208之間，其中，待採集物體300散射的光線透過所述透鏡207後達到所述互補金屬氧化物半導體器件208。
本發明實施例中，通過設置互補金屬氧化物半導體器件208和透鏡207，可以實現遠場成像，例如人像識別；還可以實現近場或中場成像，例如懸空指紋的識別。此外，近場成像和遠場成像可以共用感測器部件2042。減小了元件數量以及成本，還可以減小裝置的整體厚度。
此外，互補金屬氧化物半導體器件208還可以實現高像素的成像效果，以滿足高解析度成像需求。
本發明實施例還提供一種電子設備，所述電子設備可以包括上述圖2至圖5所述的圖像採集裝置，以及處理器，所述處理器與所述圖像採集裝置耦合，並適於接收所述圖像採集裝置採集到的待採集物體的圖像。
圖6是本發明實施例另一種圖像採集裝置的結構示意圖。所述圖像採集裝置包括透光蓋板301，光源部件302和基板303，所述基板303包括至少一個感測器部件304，所述感測器部件304可以是感光單元304，所述透光蓋板301包括顯示層，例如可以是OLED層。所述光源部件302位於所述基板303的一側。本實施中所述感測器部件304的第二面即感光面朝下，從圖6右側的放大圖可以看出，所述光源部件302發射的光線經待採集物體散射後入射至所述基板303的下表面，經所述基板303的下表面反射，光線反折被所述感測器部件304第二面接收。在一些實施例中，所述光源部件302和所述透光蓋板301之間、以及所述基板303和所述透光蓋板301之間均由光學膠粘合。所述光學膠為透明的。
圖7是本發明圖2至圖6所示實施例的圖像採集裝置採集到的信號光和環境光的角度分佈。由圖7上圖可以看出，信號光在特定角度範圍θ1<θ<90°內有光強分佈，且在θ=θ1處光強最大，隨著θ增大，信號光強逐漸衰減。由圖7下圖可以看出，環境光在特定角度範圍0°<φ<φ1內有光強分佈，在0°處環境光強最大，隨著
角度增大，環境光減弱，並且信號光與環境光各自具有光強分佈的角度正交。在一些實施例中，臨界角θ1=φ1，臨界角大小與發生全反射介面兩側的介質折射率有關。例如，在本實施例中，θ1和φ1近似為42°。
雖然本發明披露如上，但本發明並非限定於此。任何本領域技術人員，在不脫離本發明的精神和範圍內，均可作各種更動與修改，因此本發明的保護範圍應當以權利要求所限定的範圍為准。
200:圖像採集裝置
201:透光蓋板
202:光源部件
2021:基板
2022:顯示像素
203:保護層
204:傳感元件
2041:掩膜層
2042:感測器部件
2042a:第一面
205:基板
Claims (14)
- 一種圖像採集裝置，包括一透光蓋板，所述透光蓋板具有相對的第一面和第二面；一光源部件，所述光源部件位於所述透光蓋板的第二面下方；至少一個傳感元件，包括掩膜層和感測器部件，所述感測器部件具有相對的第一面和第二面，所述感測器部件的第一面與所述掩膜層相對設置，所述感測器部件的第二面為感光面，所述掩膜層為不透光材料；及一基板，所述基板具有相對的第一面和第二面，所述基板用於放置所述至少一個傳感元件，所述基板的第一面與所述感測器部件的第二面相對設置；其中，所述光源部件產生的斜入射光線經所述透光蓋板的第一面反射至所述基板的第二面，經所述基板的第二面反射，被所述感測器部件的第二面接收；且所述斜入射光線在所述透光蓋板的第一面的入射角大於全反射臨界角。
- 如請求項1所述的圖像採集裝置，其中，所述光源部件產生的垂直入射光線經所述透光蓋板的第一面反射後的部分，透過所述基板的第二面透射出去或者被所述掩膜層遮擋，所述垂直入射光線與所述透光蓋板的第一面的入射角小於全反射臨界角。
- 如請求項1所述的圖像採集裝置，其中，環境光透過所述 透光蓋板後透過所述基板的第二面透射出去或者被所述掩膜層遮擋。
- 如請求項1所述的圖像採集裝置，還包含一位於所述光源部件下方的保護層。
- 如請求項1所述的圖像採集裝置，其中，任相鄰兩個傳感元件之間的區域開孔，或者每相鄰兩個傳感元件之間的區域材料為透光。
- 如請求項1所述的圖像採集裝置，其中，每個傳感元件中掩膜層的面積大於或等於感測器部件的面積。
- 如請求項5所述的圖像採集裝置，還包括一光學元件，所述光學元件為一位於所述感測器部件的第二面下方的凹面鏡，所述凹面鏡為非透鏡，其中，待採集物體散射的光線經相鄰兩個傳感元件之間的區域到達所述凹面鏡，並經所述凹面鏡反射後被所述感測器部件的第二面接收。
- 如請求項7所述的圖像採集裝置，其中，所述凹面鏡將所述待採集物體通過幾何光學原理成像於所述感測器部件。
- 如請求項1所述的圖像採集裝置，其中，所述掩膜層為電極，所述光源部件直接貼合於所述掩膜層的上表面。
- 如請求項1所述的圖像採集裝置，還包括一互補金屬氧化物半導體器件，及一透鏡，所述互補金屬氧化物半導體器件位於所述基板的下方，所述透鏡位於所述基板與所述互補金屬氧化物半導體器件之間，其中，待採集物體散射的光線透過所述透鏡後達到所述互補金屬氧化物半導體器件。
- 如請求項1所述的圖像採集裝置，其中，所述光源部件為顯示面板，所述顯示面板選自：液晶顯示幕、有源陣列式有機發光二極體顯示幕以及微發光二極體顯示幕。
- 如請求項1所述的圖像採集裝置，其中，所述光源部件和所述至少一個傳感元件均貼合於所述透光蓋板的第二面。
- 如請求項12所述的圖像採集裝置，其中，所述透光蓋板包括顯示面板，所述顯示面板包括顯示像素。
- 一種電子設備，包含：上述請求項1至13中任一項所述的圖像採集裝置；及一處理器，與所述圖像採集裝置耦合，並適於處理接收所述圖像採集裝置採集到的待採集物體的圖像。
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|---|---|---|---|
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Citations (1)
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|---|---|---|---|---|
| US20180012069A1 (en) | 2016-07-06 | 2018-01-11 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Fingerprint sensor, fingerprint sensor package, and fingerprint sensing system using light sources of display panel |
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20180012069A1 (en) | 2016-07-06 | 2018-01-11 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Fingerprint sensor, fingerprint sensor package, and fingerprint sensing system using light sources of display panel |
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