光学传感器、光学传感系统及其制造方法技术方案

本发明专利技术提供一种光学传感器、光学传感系统及其制造方法。该光学传感器包括：一基板，具有多个传感像素，排列成阵列；一第一透明介质层，位于基板的上方；以及多个微透镜，排列成阵列，并位于第一透明介质层上或上方。此些微透镜分别将从外界进入微透镜的多个平行的正向入射光通过第一透明介质层而入射于传感像素总数的一部分或全部的内部，并将从外界进入微透镜的多个平行的斜向入射光入射于传感像素总数的一部分或全部的外部，借此传感目标物的图像。目标物产生平行的正向入射光以及平行的斜向入射光，正向入射光平行于微透镜的多个光轴，各斜向入射光与各光轴夹出一角度。使用该光学传感器的光学传感系统及光学传感器的制造方法亦一并提供。

Optical sensor, optical sensor system and its manufacturing method

The invention provides an optical sensor, an optical sensor system and a manufacturing method thereof. The optical sensor comprises a substrate having a plurality of sensing pixels arranged in an array, a first transparent medium layer arranged above the substrate, and a plurality of microlenses arranged in an array and arranged on or above the first transparent medium layer. These microlenses respectively incident a plurality of parallel positive incident light entering the microlens from the outside to one part or all of the total number of sensing pixels through the first transparent medium layer, and incident a plurality of parallel oblique incident light entering the microlens from the outside to one part or all of the total number of sensing pixels, thereby sensing the image of the target. The target produces parallel positive incident light and parallel oblique incident light. The positive incident light is parallel to multiple optical axes of the microlens, and each oblique incident light has an angle with each optical axis. The optical sensor system using the optical sensor and the manufacturing method of the optical sensor are also provided.

【技术实现步骤摘要】
光学传感器、光学传感系统及其制造方法
本专利技术涉及一种光学传感(感测)器、光学传感系统及其制造方法，特别涉及一种具可控角度准直结构(AngleControllableCollimator)的光学传感器、及应用此光学传感器的光学传感系统及其制造方法。
技术介绍
现今的移动电子装置(例如手机、平板电脑、笔记本电脑等)通常配备有使用者生物识别系统，包括了例如指纹、脸型、虹膜等等不同技术，用于保护个人数据安全，其中例如应用于手机或智能手表等携带型装置，也兼具有移动支付的功能，对于使用者生物识别更是变成一种标准的功能，而手机等携带型装置的发展更是朝向全屏幕(或超窄边框)的趋势，使得传统电容式指纹按键(例如iphone5到iphone8的按键)无法再被继续使用，进而演进出新的微小化光学成像装置(非常类似传统的相机模块，具有互补式金属氧化物半导体(ComplementaryMetal-OxideSemiconductor(CMOS)ImageSensor(简称CIS))传感元件及光学镜头模块)。将微小化光学成像装置设置于屏幕下方(可称为屏下)，通过屏幕部分透光(特别是有机发光二极管(OrganicLightEmittingDiode，OLED)屏幕)，可以撷取按压于屏幕上方的物体的图像，特别是指纹图像，可以称为屏幕下指纹传感(FingerprintOnDisplay，FOD)。这种已知的微小化光学成像装置设计成模块后，其厚度大于3mm，而且为了配合使用者按压位置的习惯，所述模块的位置会与部分手机电池的区域重叠，因此就必须要缩小电池的尺寸以让出空间设置所述微小化光学成像装置。为此，手机电池就无法有较长的使用时间。又因为未来新的5G手机的耗电量更大，对于电池的使用更是斤斤计较。因此，如何提供超薄的光学成像装置，特别是可以不牺牲电池的空间，而且可以设置于电池与屏幕之间的超窄区域(<0.5mm)，正是本专利技术的重点。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种具有可控角度准直结构的光学传感器、及应用此光学传感器的光学传感系统及其制造方法，以便消除不必要的杂散光，并可有效缩小光学传感器的厚度而便于应用于光学传感系统中。为达上述目的，本专利技术的实施例提供一种光学传感器，包括：一基板，具有多个传感像素，排列成阵列；一第一透明介质层，位于基板的上方；以及多个微透镜，排列成阵列，并位于第一透明介质层上或上方，其中此些微透镜分别将从外界进入此些微透镜的多个平行的正向入射光，通过第一透明介质层而入射于此些传感像素总数的一部分或全部的内部，并将从外界进入此些微透镜的多个平行的斜向入射光入射于此些传感像素总数的一部分或全部的外部，借此传感一目标物的一图像。目标物产生此些平行的正向入射光以及此些平行的斜向入射光，此些正向入射光平行于此些微透镜的多个光轴，各斜向入射光与各光轴夹出一个角度。本专利技术的实施例更提供一种光学传感器，包括：一基板，具有多个传感像素，排列成阵列；一第一透明介质层，位于基板的上方；以及多个偏移微透镜，排列成阵列，并位于第一透明介质层上或上方。此些偏移微透镜分别将从外界进入此些偏移微透镜的多个平行的正向入射光，通过第一透明介质层而入射于此些传感像素总数的一部分或全部的外部，并将从外界进入此些偏移微透镜的多个平行的斜向入射光入射于此些传感像素总数的一部分或全部的内部，借此传感一目标物的一图像，目标物产生此些平行的正向入射光以及此些平行的斜向入射光，此些正向入射光平行于此些偏移微透镜的多个光轴，各斜向入射光与各光轴夹出一个角度。本专利技术的实施例再提供一种光学传感系统，包括：一底座；一电池，设置于底座上；一框架，设置于电池的上方；一光学传感器，用于传感一目标物的一图像；一显示器，用于显示信息，其中光学传感器装设于框架或贴合于显示器的一下表面，目标物位于显示器上或上方，光学传感器通过显示器传感目标物的图像，电池供电给光学传感器与显示器。本专利技术的实施例又提供一种光学传感器的制造方法，包括以下步骤：提供一基板，具有多个传感像素，排列成阵列；于基板的上方形成一第一透明介质层；以及于第一透明介质层上或上方形成多个微透镜，排列成阵列。此些微透镜分别将从外界进入此些微透镜的多个平行的正向入射光，通过第一透明介质层而入射于此些传感像素总数的一部分或全部的内部，并将从外界进入此些微透镜的多个平行的斜向入射光入射于此些传感像素总数的一部分或全部的外部，借此传感一目标物的一图像，目标物产生此些平行的正向入射光以及此些平行的斜向入射光，此些正向入射光平行于此些微透镜的多个光轴，各斜向入射光与各光轴夹出一个角度。本专利技术的实施例又提供一种光学传感器的制造方法，包括以下步骤：提供一基板，具有多个传感像素，排列成阵列；于基板的上方形成一第一透明介质层；以及于第一透明介质层上或上方形成多个偏移微透镜，排列成阵列。此些偏移微透镜分别将从外界进入此些偏移微透镜的多个平行的正向入射光，通过第一透明介质层而入射于此些传感像素总数的一部分或全部的外部，并将从外界进入此些偏移微透镜的多个平行的斜向入射光入射于此些传感像素总数的一部分或全部的内部，借此传感一目标物的一图像，目标物产生此些平行的正向入射光以及此些平行的斜向入射光，此些正向入射光平行于此些偏移微透镜的多个光轴，各斜向入射光与各光轴夹出一个角度。本专利技术的一些实施例提供一种光学传感器，包含：基底、第一遮光层、微透镜层、以及第一透明介质层。此基底包含传感像素阵列。此第一遮光层位于此传感像素阵列上方且具有多个第一开孔，其中这些第一开孔露出此传感像素阵列的多个传感像素。此微透镜层位于此第一遮光层上方且包含多个微透镜。此第一透明介质层位于此传感像素阵列上方且介于此微透镜层与此传感像素阵列之间，其中此第一透明介质层具有第一厚度。此微透镜层用以引导入射光穿透此第一透明介质层至这些第一开孔下方的这些传感像素。本专利技术的一些实施例提供一种光学传感器，包含：基底、第一透明介质层、以及微透镜层。此基底包含传感像素阵列，其中此传感像素阵列包含多个传感像素，而每一该传感像素具有一像素尺寸。此第一透明介质层位于此传感像素阵列的上方。此微透镜层位于此第一透明介质层的上方且包含多个微透镜，而每一该微透镜具有一直径，其中这些微透镜用以引导入射光穿透此第一透明介质层至这些传感像素。此像素尺寸在3微米至10微米的范围之间,而此直径在10微米至50微米的范围。通过上述实施例，通过对光学传感器的遮光层、微透镜及传感像素的设计，可以让的传感像素接收来自特定入射角范围的光线，消除不必要的杂散光，并可有效缩小光学传感器的厚度，可以使光学传感器能轻易地设置于手机等电子设备的电池与显示器之间，还可利用显示器的光源实现屏下光学传感。为让本专利技术的上述内容能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合附图，作详细说明如下。附图说明以下将配合说明书附图详述本专利技术实施例。应注意的是，依据在业界的标准做法，各种特征并未按照比例绘制且仅用以说明例示。事实上，可能任意地放大或缩小元件的尺寸，以清楚地表现出本专利技术实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光学传感器，其特征在于，所述的光学传感器包括：/n一基板，具有多个传感像素，排列成阵列；/n一第一透明介质层，位于所述基板的上方；以及/n多个微透镜，排列成阵列，并位于所述第一透明介质层上或上方，其中所述多个微透镜分别将从外界进入所述多个微透镜的多个平行的正向入射光，通过所述第一透明介质层而入射于所述多个传感像素总数的一部分或全部的内部，并将从外界进入所述多个微透镜的多个平行的斜向入射光入射于所述多个传感像素总数的一部分或全部的外部，借此传感一目标物的一图像，所述目标物产生所述多个平行的正向入射光以及所述多个平行的斜向入射光，所述多个平行的正向入射光平行于所述多个微透镜的多个光轴，各所述平行的斜向入射光与各所述光轴夹出一个角度。/n

【技术特征摘要】
20180821 US 62/720,359;20180910 US 62/728,989;20181.一种光学传感器，其特征在于，所述的光学传感器包括：
一基板，具有多个传感像素，排列成阵列；
一第一透明介质层，位于所述基板的上方；以及
多个微透镜，排列成阵列，并位于所述第一透明介质层上或上方，其中所述多个微透镜分别将从外界进入所述多个微透镜的多个平行的正向入射光，通过所述第一透明介质层而入射于所述多个传感像素总数的一部分或全部的内部，并将从外界进入所述多个微透镜的多个平行的斜向入射光入射于所述多个传感像素总数的一部分或全部的外部，借此传感一目标物的一图像，所述目标物产生所述多个平行的正向入射光以及所述多个平行的斜向入射光，所述多个平行的正向入射光平行于所述多个微透镜的多个光轴，各所述平行的斜向入射光与各所述光轴夹出一个角度。


2.如权利要求1所述的光学传感器，其特征在于，所述角度介于5度到90度之间。


3.如权利要求1所述的光学传感器，其特征在于，所述的光学传感器还包括：
一介电层组，位于所述基板上并覆盖所述多个传感像素；
一第一遮光层，位于所述介电层组上，并具有多个第一光孔，所述多个平行的正向入射光通过所述多个第一光孔，所述多个平行的斜向入射光不通过所述多个第一光孔；以及
一光学滤波层，位于所述第一遮光层上，并对所述多个平行的正向入射光与所述多个平行的斜向入射光执行光线波长过滤动作，其中所述第一透明介质层位于所述光学滤波层上，所述多个微透镜位于所述第一透明介质层上。


4.如权利要求1所述的光学传感器，其特征在于，所述的光学传感器还包括：
一介电层组，位于所述基板上并覆盖所述多个传感像素；
一第一遮光层，位于所述介电层组上，并具有多个第一光孔，所述多个平行的正向入射光通过所述多个第一光孔，所述多个平行的斜向入射光不通过所述多个第一光孔；以及
一光学滤波板，位于所述多个微透镜的上方，并对所述多个平行的正向入射光与所述多个平行的斜向入射光执行光线波长过滤动作，所述多个微透镜位于所述第一透明介质层上。


5.如权利要求1所述的光学传感器，其特征在于，所述的光学传感器还包括：
一透镜遮光层，位于所述第一透明介质层上，以及所述多个微透镜之间的多个间隙中，以遮蔽从外界进入所述多个间隙中的多个平行的第二斜向入射光免于进入所述第一透明介质层及所述多个传感像素中。


6.如权利要求1所述的光学传感器，其特征在于，所述的光学传感器还包括：
一介电层组，位于所述基板上并覆盖所述多个传感像素；
一第一遮光层，位于所述介电层组上，并具有多个第一光孔，所述多个平行的正向入射光通过所述多个第一光孔，所述多个平行的斜向入射光不通过所述多个第一光孔；
一光学滤波层，位于所述第一遮光层上，并对所述多个平行的正向入射光与所述多个平行的斜向入射光执行光线波长过滤动作，其中所述第一透明介质层位于所述光学滤波层上，所述多个微透镜位于所述第一透明介质层上；以及
一透镜遮光层，位于所述第一透明介质层上，以及所述多个微透镜之间的多个间隙中，以遮蔽从外界进入所述多个间隙中的多个平行的第二斜向入射光免于进入所述第一透明介质层及所述多个传感像素中。


7.如权利要求1所述的光学传感器，其特征在于，所述的光学传感器还包括：
一第二遮光层，位于所述第一透明介质层上，并具有多个第二光孔，所述多个光轴分别通过所述多个第二光孔；以及
一第二透明介质层，位于所述第二遮光层上，所述多个微透镜位于所述第二透明介质层上，其中定义所述多个微透镜的其中一个为一目标微透镜，所述目标微透镜所具有的所述光轴定义为一目标光轴，所述目标光轴所通过的所述传感像素定义为一目标传感像素，与所述目标微透镜相邻的所述多个微透镜定义为相邻微透镜，所述第二遮光层遮蔽从外界进入所述相邻微透镜的多个平行的第三斜向入射光免于进入所述第一透明介质层及所述目标传感像素中。


8.如权利要求1所述的光学传感器，其特征在于，所述的光学传感器还包括：
一介电层组，位于所述基板上并覆盖所述多个传感像素；
一第一遮光层，位于所述介电层组上，并具有多个第一光孔，所述多个平行的正向入射光通过所述多个第一光孔，所述多个平行的斜向入射光不通过所述多个第一光孔；
一光学滤波层，位于所述第一遮光层上，并对所述多个平行的正向入射光与所述多个平行的斜向入射光执行光线波长过滤动作，其中所述第一透明介质层位于所述光学滤波层上；
一第二遮光层，位于所述第一透明介质层上，并具有多个第二光孔，所述多个光轴分别通过所述多个第二光孔；以及
一第二透明介质层，位于所述第二遮光层上，所述多个微透镜位于所述第二透明介质层上，其中定义所述多个微透镜的其中一个为一目标微透镜，所述目标微透镜所具有的所述光轴定义为一目标光轴，所述目标光轴所通过的所述传感像素定义为一目标传感像素，与所述目标微透镜相邻的所述多个微透镜定义为相邻微透镜，所述第二遮光层遮蔽从外界进入所述相邻微透镜的多个平行的第三斜向入射光免于进入所述第一透明介质层及所述目标传感像素中。


9.如权利要求1所述的光学传感器，其特征在于，所述的光学传感器还包括：
一第一遮光层，位于所述基板的上方，并具有多个第一光孔；以及
一第二遮光层，位于所述第一遮光层的上方，并具有多个第二光孔，其中所述多个微透镜分别位于所述多个第二光孔的上方，且所述多个光轴分别通过所述多个第二光孔及所述多个第一光孔，其中所述多个微透镜的间距X由以下公式表示：
X＝A1+(H/h)*(A2-A1)±20μm
其中A1表示所述第一光孔的一孔径，A2表示所述第二光孔的一孔径，H表示所述微透镜的一底面与所述第一遮光层之间的距离，h表示所述第二遮光层与所述第一遮光层之间的距离。


10.如权利要求1所述的光学传感器，其特征在于，所述多个传感像素的横向尺寸被设计成接收到所述多个平行的正向入射光，但不接收到所述多个平行的斜向入射光，而所述光学传感器于所述第一透明介质层与所述多个传感像素之间不具有任何遮光层来遮蔽所述多个平行的斜向入射光。


11.如权利要求1所述的光学传感器，其特征在于，所述的光学传感器还包括：
一介电层组，位于所述基板上并覆盖所述多个传感像素；以及
一光学滤波层，位于所述介电层组上，并对所述多个平行的正向入射光与所述多个平行的斜向入射光执行光线波长过滤动作，其中所述第一透明介质层位于所述光学滤波层上，所述多个微透镜位于所述第一透明介质层上，其中所述多个传感像素的横向尺寸被设计成接收到所述多个平行的正向入射光，但不接收到所述多个平行的斜向入射光，而所述光学传感器于所述第一透明介质层与所述多个传感像素之间不具有任何遮光层来遮蔽所述多个平行的斜向入射光。


12.如权利要求1所述的光学传感器，其特征在于，所述的光学传感器还包括：
多个偏移微透镜，排列成阵列，并位于所述第一透明介质层上或上方，其中：
所述多个微透镜分别将所述多个平行的正向入射光入射于所述多个传感像素总数的一部分的内部，并将所述多个平行的斜向入射光入射于所述多个传感像素总数的一部分的外部；
所述多个偏移微透镜分别将从外界进入所述多个偏移微透镜的多个平行的第二正向入射光，通过所述第一透明介质层而入射于所述多个传感像素总数的其余部分的外部，并将从外界进入所述多个偏移微透镜的多个平行的第四斜向入射光入射于所述多个传感像素总数的其余部分的内部，所述目标物产生所述多个平行的第二正向入射光以及所述多个平行的第四斜向入射光，所述多个平行的第二正向入射光平行于所述多个偏移微透镜的多个光轴，各所述第四斜向入射光与各所述光轴夹出一个第二角度。


13.如权利要求12所述的光学传感器，其特征在于，所述多个偏移微透镜排列于所述多个微透镜的外围。


14.如权利要求12所述的光学传感器，其特征在于，所述第二角度介于0度与60度之间。


15.一种光学传感器，其特征在于，所述的光学传感器包括：
一基板，具有多个传感像素，排列成阵列；
一第一透明介质层，位于所述基板的上方；以及
多个偏移微透镜，排列成阵列，并位于所述第一透明介质层上或上方，其中：
所述多个偏移微透镜分别将从外界进入所述多个偏移微透镜的多个平行的正向入射光，通过所述第一透明介质层而入射于所述多个传感像素总数的一部分或全部的外部，并将从外界进入所述多个偏移微透镜的多个平行的斜向入射光入射于所述多个传感像素总数的一部分或全部的内部，借此传感一目标物的一图像，所述目标物产生所述多个平行的正向入射光以及所述多个平行的斜向入射光，所述多个平行的正向入射光平行于所述多个偏移微透镜的多个光轴，各所述平行的斜向入射光与各所述光轴夹出一个角度。


16.如权利要求15所述的光学传感器，其特征在于，所述的光学传感器还包括：
一介电层组，位于所述基板上并覆盖所述多个传感像素；
一第一遮光层，位于所述介电层组上，并具有多个第一光孔，所述多个平行的正向入射光不通过所述多个第一光孔，所述多个平行的斜向入射光通过所述多个第一光孔；以及
一光学滤波层，位于所述第一遮光层上，并对所述多个平行的正向入射光与所述多个平行的斜向入射光执行光线波长过滤动作，其中所述第一透明介质层位于所述光学滤波层上，所述多个偏移微透镜位于所述第一透明介质层上。


17.如权利要求15所述的光学传感器，其特征在于，所述的光学传感器还包括：
一透镜遮光层，位于所述第一透明介质层上，以及所述多个偏移微透镜之间的多个间隙中，以遮蔽从外界进入所述多个间隙中的多个平行的第二斜向入射光免于进入所述第一透明介质层及所述多个传感像素中。


18.如权利要求15所述的光学传感器，其特征在于，所述的光学传感器还包括：
一介电层组，位于所述基板上并覆盖所述多个传感像素；
一第一遮光层，位于所述介电层组上，并具有多个第一光孔，所述多个平行的正向入射光通过所述多个第一光孔，所述多个平行的斜向入射光不通过所述多个第一光孔；
一光学滤波层，位于所述第一遮光层上，并对所述多个平行的正向入射光与所述多个平行的斜向入射光执行光线波长过滤动作，其中所述第一透明介质层位于所述光学滤波层上，所述多个偏移微透镜位于所述第一透明介质层上；以及
一透镜遮光层，位于所述第一透明介质层上，以及所述多个偏移微透镜之间的多个间隙中，以遮蔽从外界进入所述多个间隙中的多个平行的第二斜向入射光免于进入所述第一透明介质层及所述多个传感像素中。


19.如权利要求15所述的光学传感器，其特征在于，所述的光学传感器还包括：
一第二遮光层，位于所述第一透明介质层上，并具有多个第二光孔；以及
一第二透明介质层，位于所述第二遮光层上，所述多个偏移微透镜位于所述第二透明介质层上，其中定义所述多个偏移微透镜的其中一个为一目标微透镜，所述目标微透镜所具有的所述光轴定义为一目标光轴，所述目标光轴所通过的所述传感像素定义为一目标传感像素，与所述目标微透镜相邻的所述多个偏移微透镜定义为相邻微透镜，所述第二遮光层遮蔽从外界进入所述相邻微透镜的多个平行的第三斜向入射光免于进入所述第一透明介质层及所述目标传感像素中。


20.如权利要求15所述的光学传感器，其特征在于，所述的光学传感器还包括：
一介电层组，位于所述基板上并覆盖所述多个传感像素；
一第一遮光层，位于所述介电层组上，并具有多个第一光孔，所述多个平行的正向入射光不通过所述多个第一光孔，所述多个平行的斜向入射光通过所述多个第一光孔；
一光学滤波层，位于所述第一遮光层上，并对所述多个平行的正向入射光与所述多个平行的斜向入射光执行光线波长过滤动作，其中所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：范成至，黄振昌，傅同龙，黄郁湘，
申请(专利权)人：神盾股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;TW