TWM648161U - 光學感測裝置 - Google Patents

Abstract

本案揭示一種光學感測裝置，包括基板、殻體、光感測晶片、發光元件，以及透鏡組件。殻體設置於基板上，殻體與基板間形成有容置腔。殼體具有孔洞。光感測晶片設置於基板上與容置腔內。發光元件，設置於基板上與容置腔內。透鏡組件設置於光感測晶片的上方。殻體的上表面具有凹槽，孔洞位於凹槽的底壁並與光感測晶片的感光區域正對設置。透鏡組件設置於凹槽之內，以使由物體反射的反射光穿過孔洞與透鏡組件而匯聚於光感測晶片的感光區域。

Description

光學感測裝置

本新型創作是有關於一種感測裝置，且特別是有關於一種光學感測裝置。

隨著科技發展，各式感測器可帶來許多應用。像是，光學感測裝置可廣泛應用於許多消費電子裝置之內，而為用戶帶來各式應用，例如距離測量、近接感測或手勢感測等等。光學感測裝置一般包括發光元件與光學感測器。發光元件發射的光線打在外部物體上，而光學感測器用以感測由外部物體所反射的反射光。基此，外部物體的距離資訊可根據反射光資訊來而估測出來。像是，飛時測距(Time of Flight，TOF)感測器向場景中發射近紅外光，利用光的飛行時間信息，測量場景中物體的距離。TOF感測器的優點是深度信息計算量小，抗干擾性強，測量範圍遠，因此已經漸漸受到青睞。

圖1繪示一種傳統的光學感測裝置的示意圖。如圖1所示，光學感測裝置10包括基板110、殼體120、安裝於基板110上的發光元件140、安裝於基板110上的光感測晶片130、安裝於 發光元件140上方的透鏡元件160，以及安裝於光感測晶片130上方的透鏡元件150。此外，殼體120設置於基板110的上方，以將基板110上的發光元件140及光感測晶片130容置於殼體120與基板110所形成的容置空間中。殼體120的頂壁具有間隔設置的孔洞，透鏡元件150與透鏡元件160對應設置於這些孔洞的下方。發光元件140的發射光將穿過透鏡元件160與對應孔洞。由外部物體所反射的反射光會穿過透鏡元件150與對應孔洞而匯聚於光感測晶片130的感光區域。須特別說明的是，透鏡元件150與透鏡元件160一般位於殼體120的容置空間內且固定於殼體120頂壁的下表面上。然而，光學感測裝置的封裝厚度會受限於透鏡元件150或透鏡元件160的焦距特性，需要與光感測晶片130或發光元件140維持一定的距離，因而導致光學感測裝置的封裝厚度難以再縮小。隨著電子產品往輕薄短小的趨勢發展，對於內部空間有限的電子產品來說，若能減少光學感測裝置的封裝尺寸是產品設計上所樂見的。

本新型創作提出一種光學感測裝置，其包括基板、殼體、光感測晶片、發光元件，以及透鏡組件。殼體設置於基板上，殼體與基板間形成有容置腔。殼體具有孔洞。光感測晶片設置於基板上與容置腔內。發光元件，設置於基板上與容置腔內。透鏡組件設置於光感測晶片的上方。殼體的上表面具有凹槽，孔洞位於 凹槽的底壁並與光感測晶片的感光區域正對設置，且透鏡組件設置於凹槽之內，以使由物體反射的反射光穿過孔洞與透鏡組件而匯聚於光感測晶片的感光區域。

於本新型創作的一實施例中，上述的凹槽的深度大於等於透鏡組件的厚度。

於本新型創作的一實施例中，上述的光學感測裝置更包括另一透鏡組件。殼體具有另一孔洞。殼體的上表面具有另一凹槽，另一孔洞位於另一凹槽的底壁並與發光元件正對設置。另一透鏡組件設置於所述凹槽之內，以使發光元件的發射光穿過另一孔洞與另一透鏡組件。

於本新型創作的一實施例中，上述的殼體包括形成凹槽的支撐部。此支撐部承載透鏡組件並圍繞孔洞。

於本新型創作的一實施例中，上述的光學感測裝置更包括濾光元件。此濾光元件設置於支撐部的下表面，並位於透鏡組件與光感測晶片之間。

於本新型創作的一實施例中，上述的支撐部向靠近光感測晶片的方向延伸而形成阻隔結構，此阻隔結構將容置腔分隔為第一容置腔與第二容置腔。發光元件位於第一容置腔，光感測晶片的感光區域位於第二容置腔。

於本新型創作的一實施例中，上述的光學感測裝置更包括濾光元件。此濾光元件設置於凹槽內、容置腔內或孔洞內。

於本新型創作的一實施例中，上述的透鏡組件經由黏膠而固定設置於殼體的凹槽內。

於本新型創作的一實施例中，上述的凹槽的形狀相同於孔洞的形狀。

於本新型創作的一實施例中，上述的凹槽的形狀相異於孔洞的形狀。

基於上述，於本新型創作的實施例中，透過將透鏡組件設置於殼體上表面的凹槽內，可在受到透鏡組件的焦距之限制的情況下，更進一步薄化光學感測裝置的封裝厚度。

10:光學感測裝置

110,210:基板

120,220:殼體

130,230:光感測晶片

231:感光區域

140,240:發光元件

150,160:透鏡元件

250,260:透鏡組件

C1:容置腔

D1:深度

221,222:凹槽

h1,h2:孔洞

223,224:支撐部

280,270:濾光元件

225:阻隔結構

圖1繪示一種傳統的光學感測裝置的示意圖。

圖2是依照本新型創作一實施例的光學感測裝置的剖面示意圖。

圖3是依照本新型創作一實施例的殼體的立體示意圖。

圖4是依照本新型創作一實施例的光學感測裝置的剖面示意圖。

圖5是依照本新型創作一實施例的光學感測裝置的剖面示意圖。

圖6是依照本新型創作一實施例的光學感測裝置的剖面示意圖。

本新型創作的部份實施例接下來將會配合附圖來詳細描述，以下的描述所引用的元件符號，當不同附圖出現相同的元件符號將視為相同或相似的元件。這些實施例只是本新型創作的一部份，並未揭示所有本新型創作的可實施方式。

圖2是依照本新型創作一實施例的光學感測裝置的示意圖。圖3是依照本新型創作一實施例的殼體的立體示意圖。請參照圖2與圖3，光學感測裝置包括基板210、殼體220、光感測晶片230、發光元件240，以及透鏡組件250。於一實施例中，光學感測裝置可為飛時測距(Time of Flight，TOF)感測器。於一實施例中，基板210可為銅箔基板、陶瓷基板、樹酯基板或印刷電路板，但不限於此。於一些實施例中，透鏡組件250可包括透鏡、光圈、其他光學元件或其組合。

殼體220固定設置於基板210上，且殼體220與基板210之間形成有容置腔C1。殼體220的材質為不透光材質，例如是不透光的環氧樹脂、丙烯酸酯樹脂或聚氯酯。於一些實施例中，殼體220可採用粘接或卡合連接而安裝於基板210的上表面上。殼體220可先成型再固定到基板210上。例如，殼體220可以模壓(Molding)的方式來產生。殼體220面向基板210的頂壁具有孔洞h1。殼體220的上表面具有凹槽221，孔洞h1位於凹槽221的 底壁。凹槽221具有開口，凹槽221的開口的口徑大於孔洞h1的孔徑。

光感測晶片230和發光元件240設置於基板210上。於一些實施例中，光感測晶片230和發光元件240可以透過打線接合製作的導線連接到基板210。或者，於其他實施例中，光感測晶片230和發光元件240可以透過其他方式連接到基板210，本新型創作對此不限制。

光感測晶片230設置於基板210上且設置於容置腔C1內。發光元件240設置於基板210上且設置於容置腔C1內。發光元件240用來產生發射光，而光感測晶片230用來接收發射光的反射光，以根據發射光和反射光來進行距離估算。於不同實施例中，光感測晶片230可根據反射光的強度或反射時間資訊來進行距離估算。

發光元件240所產生的發射光可例如是紅外光或其他具有特定波長的光線，本新型創作對此不限制。發光元件240可以是例如發光二極管(LED)、紅外線LED、有機LED(OLED)、紅外線雷射，或其他種類的光源。於一實施例中，發光元件240可為紅外線垂直共振腔面射雷射(Vertical Cavity Surface Emitting Laser，VCSEL)晶片。

於一些實施例中，光感測晶片230可為特定應用積體電路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)，通過積體電路製程製作且可包含感光區域231和運算電路。光感測晶片230 具有由感光元件構成的感光區域231。或者，於另一些實施例中，由感光元件構成的感光區域231與運算電路可由不同晶片來實現。像是，光感測晶片230可包含由感光元件構成的感光區域231，並連接至包括運算電路的另一運算晶片。

透鏡組件250設置於光感測晶片230的上方。孔洞h1與光感測晶片230的感光區域231正對設置，且透鏡組件250設置於凹槽221之內，以使由物體反射的反射光穿過孔洞h1與透鏡組件250而匯聚於光感測晶片230的感光區域231。如圖2所示，殼體220包括形成凹槽221的支撐部223。此支撐部223承載透鏡組件250並圍繞孔洞h1。凹槽221的深度D1大於等於透鏡組件250的厚度，以確保透鏡組件250不會高於殼體220的頂壁的上表面而容易毀損。於一些實施例中，支撐部223可包括圍繞孔洞h1的環形結構，如圖3所示。或者，於一些實施例中，支撐部223可包括圍繞孔洞h1且間隔設置的多個凸柱支撐結構，這些凸柱支撐結構可用以承載透鏡組件250。

此外，於圖2的實施例中，光學感測裝置更包括另一透鏡組件260。透鏡組件260可包括透鏡、光圈、其他光學元件或其組合。殼體220面向基板210的頂壁具有另一孔洞h2。孔洞h1、h2間隔設置於殼體220的頂壁上。殼體220的上表面具有另一凹槽222，另一孔洞h2位於另一凹槽222的底壁並與發光元件240正對設置。另一透鏡組件260設置於另一凹槽222之內，以使發光元件240的發射光穿過另一孔洞h2與另一透鏡組件260。凹槽 222具有開口，凹槽222的開口的口徑大於另一孔洞h2的孔徑。如圖2所示，殼體220包括形成凹槽222的支撐部224。此支撐部224承載透鏡組件260並圍繞孔洞h2。相似的，凹槽222的深度大於等於透鏡組件260的厚度，以確保透鏡組件260不會高於殼體220的頂壁的上表面而容易毀損。於一些實施例中，支撐部224可包括圍繞孔洞h2的環形結構，如圖3所示。或者，於一些實施例中，支撐部224可包括圍繞孔洞h2且間隔設置的多個凸柱支撐結構，這些凸柱支撐結構可用以承載透鏡組件260。

如圖2與圖3所示，殼體220的上表面形成有兩個凹槽221、222。孔洞h1、h2分別設置於凹槽221、222的底壁。須注意的是，透鏡組件250與透鏡組件260分別設置於凹槽221、222之內，而未設置於容置腔C1之內。於一實施例中，透鏡組件250與透鏡組件260可透過黏膠而固定於凹槽221、222之內。或者，於其他實施例中，透鏡組件250與透鏡組件260可透過其他方式而固定於凹槽221、222之內。透鏡組件250中的透鏡與透鏡組件260中的透鏡可為高透光的環氧樹脂或玻璃，但可不限於此。

基此，為了讓反射光理想地匯聚於感光區域231，透鏡組件250與感光區域231之間的距離會受到透鏡組件250的焦距的限制，但是本實施例可透過將透鏡組件250設置於殼體220向下凹陷的凹槽221之中而更進一步縮小光學感測裝置的封裝厚度。

舉例來說，若圖1中透鏡元件150的焦距特性與圖2中透鏡組件250的焦距特性相似，相較於將透鏡元件150貼附於殼 體120的下表面，本實施例的光學感測裝置的厚度可小於傳統光學感測裝置10的厚度。

此外，於圖3的範例中，凹槽222的形狀相同於孔洞h2的形狀，其皆為方形。凹槽221的形狀相異於孔洞h1的形狀，其中凹槽221為方形且孔洞h1為圓形。然而，於不同實施例中，凹槽221、222與孔洞h1、h2的形狀可視實際需求而設置。像是，於其他實施例中，凹槽221的形狀可設計為相同於孔洞h1的形狀。

圖4是依照本新型創作一實施例的光學感測裝置的剖面示意圖。如圖4所示，於本實施例中，光學感測裝置更可包括濾光元件280、270。濾光元件280與270可實現濾除外部環境雜光對光學感測裝置內部影響的作用。濾光元件280與270可分別設置於支撐部223與224的下表面。濾光元件280位於透鏡組件250與光感測晶片230之間。濾光元件270位於透鏡組件260與發光元件240之間。濾光元件280與270可透過黏膠而設置支撐部223與224的下表面。於此，濾光元件280與270是分別設置於孔洞h1與h2的下方。然而，於其他實施例中，濾光元件280與270可分別安裝於孔洞h1與h2內而連接孔洞h1與h2的孔壁。

圖5是依照本新型創作一實施例的光學感測裝置的剖面示意圖。如圖5所示，於本實施例中，光學感測裝置更可包括濾光元件280、270。濾光元件280與270可實現濾除外部環境雜光對光學感測裝置內部影響的作用。濾光元件280可設置於凹槽221內並位於透鏡組件250的上方。濾光元件270可設置於凹槽222 內並位於透鏡組件260的上方。於一些實施例中，濾光元件280與透鏡組件250可組合成一個組合件，再將該組合件安裝於殼體220的凹槽221內。相似的，濾光元件270與透鏡組件260可組合成一個組合件，再將該組合件安裝於殼體220的凹槽222內。於其他實施例中，濾光元件280與270可分別設置於孔洞h1與h2內。

圖6是依照本新型創作一實施例的光學感測裝置的剖面示意圖。如圖6所示，於本實施例中，形成凹槽221的支撐部223向靠近光感測晶片230的方向延伸而形成阻隔結構225。阻隔結構225將容置腔C1分隔為第一容置腔C11與第二容置腔C12。發光元件240位於第一容置腔C11內，光感測晶片230的感光區域231位於第二容置腔C12內。於一實施例中，阻隔結構225可抵接光感測晶片230。或者，於一實施例中，阻隔結構225可抵接設置於光感測晶片230上的其他擋牆件。阻隔結構225可避免第一容置腔C11與第二容置腔C12之內的光線互向干擾，以提昇光感測裝置的感測準確度。

值得注意的是，上述所有實施例，都可以適當的交互組合、替換或修改，以提供各式各樣的組合效果。上述的光學感測裝置可應用於各種電子設備，電子設備可以是行動電話、平板電腦、相機及/或可穿戴電子裝置。

綜上所述，於本新型創作的實施例中，透過將透鏡組件設置於殼體上表面的凹槽內，可在受到透鏡組件的焦距之限制的 情況下，更進一步薄化光學感測裝置的封裝厚度。基此，可更利於將光學感測裝置應用於內部空間有限的電子設備中。

雖然本新型創作已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本新型創作，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本新型創作的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本新型創作的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

210:基板

220:殼體

230:光感測晶片

231:感光區域

240:發光元件

250,260:透鏡組件

C1:容置腔

221,222:凹槽

h1,h2:孔洞

223,224:支撐部

D1:深度

Claims (11)

1. 一種光學感測裝置，包括： 基板； 殻體，設置於所述基板上，所述殻體與所述基板間形成有容置腔，所述殼體具有孔洞； 光感測晶片，設置於所述基板上與所述容置腔內； 發光元件，設置於所述基板上與所述容置腔內；以及 透鏡組件，設置於所述光感測晶片的上方， 其中，所述殻體的上表面具有凹槽，所述孔洞位於所述凹槽的底壁並與所述光感測晶片的感光區域正對設置，且所述透鏡組件設置於所述凹槽之內，以使由物體反射的反射光穿過所述孔洞與所述透鏡組件而匯聚於所述光感測晶片的所述感光區域。
2. 如請求項1所述的光學感測裝置，其中所述凹槽的深度大於等於所述透鏡組件的厚度。
3. 如請求項1所述的光學感測裝置，更包括另一透鏡組件，其中所述殼體具有另一孔洞，所述殻體的上表面具有另一凹槽，所述另一孔洞位於所述另一凹槽的底壁並與所述發光元件正對設置，所述另一透鏡組件設置於所述另一凹槽之內，以使所述發光元件的發射光穿過所述另一孔洞與所述另一透鏡組件。
4. 如請求項1所述的光學感測裝置，其中所述殼體包括形成所述凹槽的支撐部，所述支撐部承載所述透鏡組件並圍繞所述孔洞。
5. 如請求項4所述的光學感測裝置，更包括濾光元件，設置於所述支撐部的下表面，並位於所述透鏡組件與所述光感測晶片之間。
6. 如請求項4所述的光學感測裝置，其中所述支撐部向靠近所述光感測晶片的方向延伸而形成阻隔結構，所述阻隔結構將所述容置腔分隔為第一容置腔與第二容置腔，所述發光元件位於所述第一容置腔，所述光感測晶片的感光區域位於所述第二容置腔。
7. 如請求項1所述的光學感測裝置，更包括濾光元件，設置於所述凹槽內、所述容置腔內或所述孔洞內。
8. 如請求項1所述的光學感測裝置，其中所述透鏡組件經由黏膠而固定設置於所述殼體的所述凹槽內。
9. 如請求項1所述的光學感測裝置，其中所述凹槽的形狀相同於所述孔洞的形狀。
10. 如請求項1所述的光學感測裝置，其中所述凹槽的形狀相異於所述孔洞的形狀。
11. 如請求項1所述的光學感測裝置，其中所述凹槽具有一開口，所述開口的口徑大於所述孔洞的孔徑。

Images