TWI795220B - 光學感測器 - Google Patents

Abstract

一種光學感測器，具有沿一第一方向延伸的第一邊緣以及沿一第二方向延伸的第二邊緣，其中該第一邊緣的長度大於該第二邊緣的長度。該光學感測器包括多個像素以及一主控單元。該多個像素用以感測環境光，其中該多個像素沿著該第二方向排列，並且每一該像素沿該第一方向延伸。該主控單元耦接該多個像素並且根據一設定參數關閉該多個像素的至少一個。

Description

光學感測器

本發明是有關一種光學感測器，特別是關於一種應用在極窄細縫的光學感測器。

圖1顯示傳統的智慧型手機10，其包括一螢幕12、一殼體14及一光學感測器16，光學感測器16位在螢幕12及殼體14之間的細縫18中。圖2顯示一傳統的光學感測器16，其包括一環境光感測器(Ambient Light Sensor；ALS)162以及一近接感測器(Proximity Sensor；PS)164。智慧型手機10周遭的環境光可以通過細縫18到達環境光感測器162。環境光感測器162具有多個像素1622用以感測環境光的強度。環境光感測器162根據環境光的強度產生一亮度資料，供智慧型手機10調節螢幕12的亮度。近接感測器164具有多個像素1642及一光源1644。光源1644從光學感測器16的發射孔166發送一光線經由細縫18到智慧型手機10的外部。當該光線被一物體反射並通過細縫18回到近接感測器164時，近接感測器164的像素1642會感測物體所反射的光線強度，進而產生一距離資料供智慧型手機10判斷是否有物體靠近。

在細縫18的寬度W1非常小(例如小於0.8mm)時，目前的光學感測器16便有可能因公差產生不正確的感測結果。請參照圖3及圖4，假設細縫18的寬度W1為0.4mm時，一旦細縫18的位置因公差出現偏移，光學感測器16的一部分可能會被螢幕12或殼體14遮擋。在圖4中，由於環境光感測器162的每一個像 素1622以及近接感測器164的每一個像素1642的延伸方向(Y)是垂直細縫18的長邊的延伸方向(X)，因此在細縫18偏移時，所有的像素1622及1642都有一部分被殼體14遮擋因而無法感測光線，導致環境光感測器162以及近接感測器164的敏感度下降，無法獲得正確的感測結果。此外，發射孔166也可能部分或完全被遮擋，導致發出的光線部分或完全被殼體14擋住，進一步降低近接感測器164的敏感度，甚至可能造成智慧型手機10的製造良率下降。

因此，在現有的製造工藝下，要讓光學感測器在極窄細縫(0.4mm)中仍具有良好的敏感度，是一項極大的挑戰。

本發明的目的之一，在於提出一種應用在極窄細縫的光學感測器。

根據本發明，一種光學感測器，具有沿一第一方向延伸的一第一邊緣以及沿一第二方向延伸的一第二邊緣，其中該第一邊緣的長度大於該第二邊緣的長度。該光學感測器包括多個像素以及一主控單元。該多個像素是用以感測環境光，其中該多個像素沿著該第二方向排列，並且每一該像素沿該第一方向延伸。該主控單元耦接該多個像素並且根據一設定參數關閉該多個像素的至少一個。

根據本發明，一種光學感測器，具有沿一第一方向延伸的一第一邊緣以及沿一第二方向延伸的一第二邊緣。該光學感測器包括一第一光源、一第二光源、多個第一像素以及一主控單元。該多個像素是用於感測該第一光源及/或該第二光源的反射光，其中該多個第一像素沿著該第二方向排列，並且每一該第一像素沿該第一方向延伸。該主控單元耦接該多個第一像素，並且根據一設定參數關閉該多個第一像素的至少一個以及控制該第一光源及該第二光源的亮度。

本發明的光學感測器可以關閉被遮擋的第一像素及第一光源和第二光源，因此在極窄細縫中仍具有良好的敏感度。

10:智慧型手機

12:螢幕

14:殼體

16:光學感測器

162:環境光感測器

1622:像素

164:近接感測器

1642:像素

1644:光源

166:發射孔

18:細縫

20:基板

22:中心線

30:光學感測器

32:環境光感測器

322:像素

33:發射孔

34:近接感測器

342:像素

344:光源

346:光源

35:發射孔

36:晶片

38:中心線

40:控制系統

41:切換電路

42:可編程增益放大器

43:類比數位轉換器

44:主控單元

45:電流控制器

46:電流控制器

47:傳輸介面

50:處理器

60:細縫

62:殼體

64:螢幕

圖1顯示傳統的智慧型手機。

圖2顯示傳統的光學感測器在較寬細縫且細縫未偏移的示意圖。

圖3顯示傳統的光學感測器在極窄細縫且細縫未偏移的示意圖。

圖4顯示傳統的光學感測器在極窄細縫且細縫出現偏移的示意圖。

圖5顯示本發明光學感測器的實施例。

圖6用來說明本發明之光學感測器如何進行校正程序。

圖7顯示本發明光學感測器應用在極窄細縫的實施例。

圖5顯示本發明光學感測器的實施例。在圖5中，光學感測器30可以是一個封裝體，安裝於一基板20上，光學感測器30具有沿一第一方向X延伸的第一邊緣以及沿一第二方向Y延伸的第二邊緣，其中該第一邊緣的長度大於該第二邊緣的長度。基板20的長邊是沿第一方向X延伸，短邊沿第二方向Y方向延伸。光學感測器30包括一環境光感測器32以及一近接感測器34。環境光感測器32具有多個像素322。多個像素322位於晶片36上，用以感測環境光，其中多個像素322沿著第二方向Y排列，並且每一個像素322是沿第一方向X延伸。像素322可以是但不限於光二極體(photo diode)。近接感測器34具有多個像素342，以及二個光源344及346。多個像素342位於晶片36上，用以感測光源344及/或346所發出並經物體(圖中未示)反射的光線，其中多個像素342是沿著第二方向Y排列，並且每一個像素342是沿第一方向X延伸。像素342可以是但不限於光二極體。多個像素322可視為一感測單元，多個像素342可視為一感測單元。多個像素322與324 係沿著第一方向X相鄰設置。圖號38代表多個像素342與322在第二方向Y上的中心線，光源344及346分別位在中心線38的上方及下方。在一實施例中，光源344與中心線38在第二方向Y上的距離等於光源346與中心線38在第二方向Y上的距離。光學感測器30包括有封裝結構(圖中未示出)覆蓋多個像素322、342以及光源344與346。該封裝結構形成有發射孔33及35分別位在光源344及346上方，光源344發出的光線會通過發射孔33，光源346發出的光線會通過發射孔35。發射孔33在第二方向Y上靠近該中心線38，發射孔35在第二方向Y上靠近中心線38。光源344及346可以是但不限於垂直腔面射型雷射器(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser；VCSEL)。

在圖5中，基板20在第二方向Y上的中心線22與感測單元的中心線38不重疊，但本發明不限於此。圖5中的像素322及342為長條狀，但本發明不限於此，像素322及342也可以是各種規則或不規則形狀。

在圖5的結構中，光學感測器30的上邊緣(即第一邊緣)與基板20的上邊緣在第二方向Y上具有距離G1。多個像素322及342在第二方向Y上具有一寬度G3，而且與光學感測器30的上邊緣及下邊緣(即第三邊緣)分別具有距離G2及G4，其中距離G4大於或等於距離G2。光源344及346在第一方向X上具有距離G5，在第二方向Y上有距離G6。發射孔33及35在第二方向Y上具有距離G7。在一實施例中，距離G1為75um~125um，距離G2大於或等於40um，距離G3為320um~400um，距離G5為300um~500um，距離G6為75um~150um，距離G7為200um。

在圖5中，光源344配置在光源346的左上方，但本發明不限於此，在其他實施例中，光源344可以配置在光源346的右上方，或者光源344及346可以對稱於中心線38配置。當光學感測器30安裝到智慧型手機(如圖7所示)的細縫中時，由於光學感測器30具有一上一下的二個光源344及346，因此就算細縫出 現最大公差的偏移(例如0.2mm)，光學感測器30仍可確保其中一個光源的光線不被遮擋。圖5的光學感測器30只有二個光源344及346，但本發明的光學感測器30也可以具有超過二個的光源。

圖6用來說明本發明之光學感測器30如何進行校正程序。在圖6中，光學感測器30更包括一切換電路41、多個可編程增益放大器(Programmable Gain Amplifier；PGA)42、多個類比數位轉換器43、一主控單元44、電流控制器45及46以及傳輸介面47。在一實施例中，切換電路41、多個可編程增益放大器42、多個類比數位轉換器43、主控單元44、電流控制器45及46以及傳輸介面47可以是與多個像素322與342整合在同一個晶片36中。光學感測器30的校正程序可以在智慧型手機組裝完成後只執行一次，也可以在智慧型手機每次開機時執行一次。校正程序的目的主要是要知道多個像素322與342中的哪些像素被遮擋。在校正的過程中，所有像素322與342的感測值經切換電路41、可編程增益放大器42、類比數位轉換器43、主控單元44及傳輸介面47傳送至外部的處理器50，處理器50根據該多個像素322與342的感測值判斷哪些像素的感測值異常，並產生一設定參數。在一實施例中，處理器50可以是智慧型手機的微控制器。經過校正程序之後，在安裝此光學感測器30的電子裝置(例如智慧型手機)運作時，處理器50經由傳輸介面47將該設定參數提供給主控單元47，主控單元47根據該設定參數將產出異常感測值或不需要的像素322及/或342關閉(disable)。更簡單的說，主控單元47根據該設定參數控制切換電路41連接哪些像素以讀出其感測值。

在一實施例中，校正的過程還包括根據近接感測器34的每一個像素342的感測值，判斷發射孔33或35是否被遮檔。當處理器50判斷發射孔33或35被遮擋時，處理器50進一步控制主控單元44調整光源344或346的亮度，以產生光源344與346的設定值。舉例來說，當發射孔33被阻擋時，提供給光源346的電 流被加大以提高光源346的亮度。經過校正程序之後，在安裝此光學感測器30的電子裝置(例如智慧型手機)運作時，處理器50將光源344與346的設定值提供給主控單元44。主控單元44根據該設定值控制電流控制器45及46提供給光源344與346的電流，進而控制光源344與346的亮度。

圖7顯示本發明光學感測器30應用在0.4mm的極窄細縫60的實施例，其中光學感測器30的每一個像素322和342的延伸方向(X)與細縫60長邊的延伸方向(X)相同。假設極窄細縫60是在殼體62及螢幕64之間，當細縫60向下偏移0.2mm時，如圖7所示，光學感測器30的像素322和342上方的四個以及光源344被殼體62遮擋。經過前述校正程序，處理器50能夠判斷多個像素342的上方四個像素以及光源344的發射孔33被遮擋。在此情況下，處理器50可以產生設定參數使得多個像素322的上方四個像素、多個像素342的上方四個像素以及光源344關閉。

在圖7中，極窄細縫60的寬度W1為0.4mm，但隨著製造工藝的提升，極窄細縫60的寬度W1可以進一步縮小。

以上說明是以一包括近接感測器與環境光感測器的光學感測器30為例進行說明，但本發明並不以此為限。由以上描述可知，本發明與習知技藝的差異包括像素的延伸方向與細縫的延伸方向相同，並且因應多個像素被遮擋的情況，關閉該多個像素中的至少一個。

本發明的光學感測器30可以在極窄細縫下仍具有良好的敏感度，換言之，使用本發明光學感測器30的電子裝置(例如智慧型手機)可以適應細縫寬度愈來愈小的趨勢。

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，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。

20:基板

22:中心線

30:光學感測器

32:環境光感測器

322:像素

33:發射孔

34:近接感測器

342:像素

344:光源

346:光源

35:發射孔

36:晶片

38:中心線

Claims (19)

1. 一種光學感測器，具有沿一第一方向延伸的第一邊緣以及沿一第二方向延伸的第二邊緣，該第一邊緣的長度大於該第二邊緣的長度，該光學感測器包括：一多個像素，用以感測環境光，該多個像素沿著該第二方向排列，並且每一該像素沿該第一方向延伸；以及一主控單元，耦接該多個像素，根據一設定參數關閉該多個像素的至少一個。
2. 如請求項1的光學感測器，其中在該第二方向上，該多個像素相對於該光學感測器的該第一邊緣及一第三邊緣分別具有一第一距離及一第二距離，其中該第三邊緣沿該第一方向延伸並且與該第一邊緣相對，且該第二距離大於或等於該第一距離。
3. 如請求項2的光學感測器，其中該第一距離大於或等於40um。
4. 如請求項2的光學感測器，其中該感測單元在該第二方向上的寬度為320um~400um。
5. 如請求項1的光學感測器，其中每一該像素包括一光二極體。
6. 一種光學感測器，具有沿一第一方向延伸的第一邊緣以及沿一第二方向延伸的第二邊緣，該第一邊緣的長度大於該第二邊緣的長度，該光學感測器包括：一第一光源；一第二光源；多個第一像素，用於感測該第一光源及/或該第二光源的反射光，該多個第一像素沿著該第二方向排列，並且每一該第一像素沿該第一方向延伸；以及 一主控單元，耦接該多個第一像素，根據一設定參數關閉該多個第一像素的至少一個以及控制該第一光源及該第二光源的亮度。
7. 如請求項6的光學感測器，其中在該第二方向上，該多個第一像素相對於該光學感測器的該第一邊緣及一第三邊緣分別具有一第一距離及一第二距離，其中該第三邊緣沿該第一方向延伸並且與該第一邊緣相對，且該第二距離大於或等於該第一距離。
8. 如請求項7的光學感測器，其中該第一距離大於或等於40um。
9. 如請求項7的光學感測器，其中該多個第一像素在該第二方向上的寬度為320um~400um。
10. 如請求項6的光學感測器，其中每一該第一像素包括一光二極體。
11. 如請求項6的光學感測器，其中該第一光源位於該多個第一像素在該第二方向上的中心線的上方，該第二光源位於該中心線的下方。
12. 如請求項11的光學感測器，其中該中心線與該第一光源在該第二方向上的距離等於該中心線與該第二光源在該第二方向的距離。
13. 如請求項6的光學感測器，其中該第一光源及該第二光源在該第一方向上的間距為300um~500um。
14. 如請求項6的光學感測器，其中該第一光源及該第二光源在該第二方向上的間距為75um~150um。
15. 如請求項11的光學感測器，更包括一第一發射孔與第二發射孔，該第一發射孔在該第一光源上方，供該第一光源的光線通過，該第二發射孔位於該第二光源上方，供該第二光源的光線通過，該第一發射孔在該第二方向上靠近該中心線，該第二發射孔在第二方向上靠近該中心線。
16. 如請求項15的光學感測器，其中該第一發射孔與該第二發射孔在 該第二方向上的距離為200um。
17. 如請求項6的光學感測器，其中該第一光源或該第二光源包括一垂直腔面射型雷射器。
18. 如請求項6的光學感測器，更包括多個第二像素用以感測環境光，且該主控單元根據該設定參數關閉該多個第二像素的其中至少一個，其中該多個第二像素沿著該第二方向排列，並且每一該第二像素沿該第一方向延伸。
19. 如請求項18的光學感測器，其中每一該第二像素包括一光二極體。

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