TWI677720B - 光學影像感測裝置 - Google Patents

Abstract

一種光學影像感測裝置，包括一光源、一第一偏振片、一感測元件、一光學結構層以及一導光模組。第一偏振片與光學結構層位於感測元件上。第一偏振片適於使具有一第一偏振方向的光通過。光學結構層具有多個斜向通孔，且各斜向通孔與感測元件之間具有一第一夾角。導光模組具有一第一表面，其中光源提供的第一光束被第一表面反射後傳遞至第一偏振片。以第一夾角入射第一表面的第一光束被調變為具有一第二偏振方向，且第二偏振方向與第一偏振方向正交。

Description

光學影像感測裝置

本發明是有關於一種影像感測裝置，且特別是有關於一種光學影像感測裝置。

傳統成像式光學指紋感測器是利用光源、稜鏡片、感測元件組成的指紋採集設備。其原理是將光源所提供的光束傳遞至按壓稜鏡片的手指後，再藉由指紋的波峰與波谷對於光束所造成的干涉與破壞，而得到相關的指紋影像資訊，並再經由感測元件將影像擷取與輸出。由於此種光學式的採集方式並未接觸晶片本身，即指紋按壓處是由壓克力或是玻璃等光學元件所構成，因此光學式指紋感測器具有價格低廉且耐用的優勢，而能廣泛被應用於各式設備中。

習知的另一種傳統光學式指紋感測器是在感測元件上配置垂直直通孔來接收指紋影像資訊，但如此一來，此種光學式指紋感測器的感測元件在收到指紋影像資訊的同時，也會接收到不想要的背景雜訊，而導致指紋影像資訊的訊噪比（Signal to Noise Ratio, SNR）不佳。

本發明提供一種光學影像感測裝置，能產生具有良好品質的影像。

本發明的光學影像感測裝置包括一光源、一第一偏振片、一感測元件、一光學結構層以及一導光模組。光源適於提供多個光束，且這些光束包括一第一光束。第一偏振片適於使具有一第一偏振方向的光通過。感測元件具有一感測表面，其中第一偏振片位於感測元件上。光學結構層位於感測元件與第一偏振片之間，其中光學結構層具有多個斜向通孔，且各斜向通孔與感測表面的法向量之間具有一第一夾角。導光模組位於第一光束的傳遞路徑上，其中導光模組具有一第一表面，第一光束被第一表面反射後傳遞至第一偏振片，且以第一夾角入射第一表面的第一光束被調變為具有一第二偏振方向，第二偏振方向與第一偏振方向正交。

在本發明的一實施例中，上述的導光模組包括一第二偏振片、一蓋體以及一導光層。第二偏振片位於第一光束的傳遞路徑上，其中第二偏振片面向第一偏振片的表面為第一表面。蓋體位於第二偏振片上。導光層位於蓋體與第二偏振片之間。

在本發明的一實施例中，上述的這些光束還包括一第二光束，第二光束被傳遞至接觸蓋體的一物件後被反射，且感測元件對被物件反射的第二光束進行辨識。

在本發明的一實施例中，上述的第二偏振片為一圓偏振片。

在本發明的一實施例中，上述的第二光束經由第二偏振片調變後，被傳遞至第一偏振片的部分第二光束具有第一偏振方向，且被傳遞至第一偏振片的另一部分第二光束具有第二偏振方向。

在本發明的一實施例中，上述的第二偏振片為一線偏振片。

在本發明的一實施例中，上述的第二光束經由第二偏振片調變後，被傳遞至第一偏振片的第二光束具有第一偏振方向。

在本發明的一實施例中，上述的第一夾角等於第一光束入射第一表面的布魯斯特角。

基於上述，本發明的實施例的光學影像感測裝置藉由斜向通孔以及導光模組的配置來使得帶有雜訊的光線只有在具特定入射角時才能傾斜地入射至感測元件的上方，且具有此特定入射角的光為具有特定偏振方向的線性偏振光。如此，光學影像感測裝置再藉由第一偏振片的配置，則能過濾此部分帶有雜訊的光線，進而提升影像資訊的訊噪比，而能產生具有良好品質的影像。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖1是依照本發明的一實施例的一種光學影像感測裝置的示意圖。請參照圖1，本實施例的光學影像感測裝置100包括一光源110、一導光模組120、一第一偏振片130、一光學結構層140、以及一感測元件150。舉例而言，在本實施例中，光源110可包括一基板111、多個發光元件112以及一保護層113，其中發光元件112位於基板111上，且位於基板111與保護層113之間。舉例而言，在本實施例中，基板111的材質可為玻璃或聚酰亞胺薄膜（Polyimide Film），而發光元件112可為有機發光二極體（Organic Light-Emitting Diode, OLED），但本發明皆不以此為限。另一方面，如圖1所示，在本實施例中，保護層113位於發光元件112與導光模組120之間，以阻隔外界的水氣與氧氣滲透。舉例而言，在本實施例中，保護層113可為玻璃、封裝膠材或其他適於利用薄膜封裝製程的封裝薄膜，本發明皆不以此為限。此外，如圖1所示，在本實施例中，光源110可選擇性地包括一封裝框膠114，位於光源的邊緣區域，並環繞多個發光元件112，以阻隔外界的水氣與氧氣滲透。

舉例而言，在本實施例中，光源110適於提供多個光束L。具體而言，如圖1所示，在本實施例中，光源110提供的光束L可包括一第一光束L1與一第二光束L2。此外，如圖1所示，在本實施例中，相鄰的發光元件112之間具有一空隙VD，而適於讓被光學影像感測裝置100中內部的光學構件所反射的第一光束L1與第二光束L2。更具體而言，如圖1所示，在本實施例中，導光模組120位於第一光束L1的傳遞路徑上。導光模組120具有一第一表面S1，第一表面S1面向第一偏振片130。舉例而言，在本實施例中，導光模組120包括一第二偏振片121、一蓋體122，其中第二偏振片121面向第一偏振片130的表面即為第一表面S1。並且，如圖1所示，在本實施例中，蓋體122位於第二偏振片121上。舉例而言，在本實施例中，蓋體122的材質可為玻璃，但本發明皆不以此為限。

進一步而言，如圖1所示，在本實施例中，第二偏振片121位於第一光束L1的傳遞路徑上，而第一光束L1被第一表面S1反射後會被傳遞至第一偏振片130。並且，由於光在非金屬介質發生反射時，其反射光會具有偏極化的特性，即當光的入射角等於其界面的布魯斯特角θb時，反射光會是100%的線性偏振光，因此，在本實施例中，以第一表面S1的布魯斯特角θb入射第一表面S1的第一光束L1將能被調變為具有特定偏振方向的線性偏振光後，再被傳遞至第一偏振片130。

另一方面，如圖1所示，在本實施例中，第一偏振片130位於感測元件150上，而光學結構層140位於感測元件150與第一偏振片130之間。更具體而言，如圖1所示，在本實施例中，感測元件150具有一感測表面SS，光學結構層140具有多個斜向通孔141，且各斜向通孔141與感測表面SS的法向量N之間具有第一夾角θ1。舉例來說，在本實施例中，第一夾角θ1的大小約介於第一光束L1入射第一表面S1的布魯斯特角θb±10度的範圍內。更佳的是，在本實施例中，第一夾角θ1等於第一光束L1入射第一表面S1的布魯斯特角θb。應注意的是，此處的數值範圍皆僅是作為例示說明之用，其並非用以限定本發明。

如此，斜向通孔141以及第一偏振片130即能對入射的第一光束L1進行過濾。舉例而言，如圖1所示，在本實施例中，斜向通孔141的配置將能使得只有具特定入射角（即第一夾角θ1）的第一光束L1才能傾斜地入射至感測元件150。並且，由於此特定入射角亦被設置為光源110所發出的光被上方其他構件界面（即第一表面S1）所反射的第一光束L1的布魯斯特角θb。如此，以第一夾角θ1入射第一表面S1而傳遞至斜向通孔141以及第一偏振片130處的第一光束L1能被調變為具有一第二偏振方向。並且，在本實施例中，第一偏振片130能設置為適於使具有一第一偏振方向的光通過，其中第一偏振方向與第二偏振方向正交，而能對上述的第一光束L1進行過濾。

也就是說，如圖1所示，在本實施例中，在上述配置下，斜向通孔141將能濾除以第一夾角θ1之外的角度所入射的第一光束L1，而第一偏振片130則會對以第一夾角θ1所入射的第一光束L1進行過濾。如此，這些被上方其他構件界面（即第一表面S1）所反射的第一光束L1即可得到濾除。

與此同時，如圖1所示，在本實施例中，光源110所提供的第二光束L2則會穿透導光模組120的第二偏振片121的第一表面S1，並被傳遞至接觸蓋體122的一物件O後被反射。舉例而言，在本實施例中，接觸蓋體122的物件O例如為手指，被物件O反射的第二光束L2會帶有相關的指紋影像資訊。

舉例而言，在本實施例中，第二偏振片121為一圓偏振片。如圖1所示，在本實施例中，第二偏振片121可包括一線性偏振片121a與一四分之一波片121b。換言之，在本實施例中，被物件O反射的第二光束L2，在穿透過第二偏振片121後，將會經由第二偏振片121而被調變為圓偏振光。也就是說，被傳遞至第一偏振片130的部分第二光束L2具有第一偏振方向，而另一部分第二光束L2會具有第二偏振方向，其中具有第一偏振方向的部分第二光束L2約占全部的50%，而可通過第一偏振片130。如此，感測元件150則對被物件O反射的第二光束L2進行辨識，並進行影像的擷取與輸出。並且，由於被上方其他構件界面（即第一表面S1）所反射的雜訊光線（即第一光束L1）已被濾除，因此感測元件150所得到的影像資訊的訊噪比將能被有效提升，而能產生具有良好品質的影像。舉例說明，設傳統方式所得的訊號為100，雜訊也為100，則影像資訊的訊噪比（SNR）會等於100/100=1。相對於此，本發明所得的訊號雖為100*50%=50， 但在偏振片的濾光效果為98%的情況下，所得的雜訊值可降為100*2%=2。因此，可得影像資訊的訊噪比為50/2=25，為傳統方式的25倍。

圖2是依照本發明的一實施例的另一種光學影像感測裝置的示意圖。圖2的光學影像感測裝置200與圖1的光學影像感測裝置100類似，差異如下所述。如圖2所示，在本實施例中，第二偏振片221為一線偏振片。如此，在本實施例中，穿透過第二偏振片221的第二光束L2會經由第二偏振片221調變為線偏振光。並且，在本實施例中，第二光束L2的偏振方向可被設置為在經由第二偏振片221調變後，具有第一偏振方向。如此，被傳遞至第一偏振片130的第二光束L2由於具有第一偏振方向，因此皆可通過第一偏振片130。如此，可在雜訊光線（即第一光束L1）被消除的同時，使帶有相關指紋影像資訊的第二光束L2亦可100%穿透，進而更有效地提高影像資訊的訊噪比，而能產生具有良好品質的影像。舉例說明，設傳統方式所得的訊號為100，雜訊也為100，則影像資訊的訊噪比（SNR）會等於100/100=1。相對於此，本發明所得的訊號為100*100%=100，但在偏振片的濾光效果為98%的情況下，所得的雜訊值可降為100*2%=2。因此，可得影像資訊的訊噪比為100/2=50，為傳統方式的50倍。

綜上所述，本發明的實施例的光學影像感測裝置藉由斜向通孔以及導光模組的配置來使得帶有雜訊的光線只有在具特定入射角時才能傾斜地入射至感測元件的上方，且具有此特定入射角的光為具有特定偏振方向的線性偏振光。如此，光學影像感測裝置再藉由第一偏振片的配置，則能過濾此部分帶有雜訊的光線，進而提升影像資訊的訊噪比，而能產生具有良好品質的影像。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其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，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100、200‧‧‧光學影像感測裝置

110‧‧‧光源

111‧‧‧基板

112‧‧‧發光元件

113‧‧‧保護層

114‧‧‧封裝框膠

120‧‧‧導光模組

121、221‧‧‧第二偏振片

121a‧‧‧線性偏振片

121b‧‧‧四分之一波片

122‧‧‧蓋體

130‧‧‧第一偏振片

140‧‧‧光學結構層

141‧‧‧斜向通孔

150‧‧‧感測元件

L‧‧‧光束

L1‧‧‧第一光束

L2‧‧‧第二光束

N‧‧‧法向量

O‧‧‧物件

SS‧‧‧感測表面

S1‧‧‧第一表面

VD‧‧‧空隙

θ1‧‧‧第一夾角

θb‧‧‧布魯斯特角

圖1是依照本發明的一實施例的一種光學影像感測裝置的示意圖。 圖2是依照本發明的一實施例的另一種光學影像感測裝置的示意圖。

Claims (8)

1. 一種光學影像感測裝置，包括： 一光源，適於提供多個光束，且該些光束包括一第一光束； 一第一偏振片，適於使具有一第一偏振方向的光通過； 一感測元件，具有一感測表面，其中該第一偏振片位於該感測元件上； 一光學結構層，位於該感測元件與該第一偏振片之間，其中該光學結構層具有多個斜向通孔，且各該斜向通孔與該感測表面的法向量之間具有一第一夾角；以及 一導光模組，位於該第一光束的傳遞路徑上，其中該導光模組具有一第一表面，該第一光束被該第一表面反射後傳遞至該第一偏振片，且以該第一夾角入射該第一表面的該第一光束被調變為具有一第二偏振方向，該第二偏振方向與該第一偏振方向正交。
2. 如申請專利範圍第1項所述的光學影像感測裝置，其中該導光模組包括： 一第二偏振片，位於該第一光束的傳遞路徑上，其中該第二偏振片面向該第一偏振片的表面為該第一表面； 一蓋體，位於該第二偏振片上。
3. 如申請專利範圍第2項所述的光學影像感測裝置，其中該些光束還包括一第二光束，該第二光束被傳遞至接觸該蓋體的一物件後被反射，且該感測元件對被該物件反射的該第二光束進行辨識。
4. 如申請專利範圍第3項所述的光學影像感測裝置，其中該第二偏振片為一圓偏振片。
5. 如申請專利範圍第4項所述的光學影像感測裝置，其中該第二光束經由該第二偏振片調變後，被傳遞至該第一偏振片的部分該第二光束具有該第一偏振方向，且被傳遞至該第一偏振片的另一部分該第二光束具有該第二偏振方向。
6. 如申請專利範圍第3項所述的光學影像感測裝置，其中該第二偏振片為一線偏振片。
7. 如申請專利範圍第6項所述的光學影像感測裝置，該第二光束經由該第二偏振片調變後，被傳遞至該第一偏振片的該第二光束具有該第一偏振方向。
8. 如申請專利範圍第1項所述的光學影像感測裝置，其中該第一夾角等於該第一光束入射該第一表面的布魯斯特角。