红外光感测装置及二带通感测装置

摘要

本发明涉及一种红外光感测装置，该红外光感测装置具有一红外光滤光片，以及一光传感器。红外光滤光片包含一光学涂层，以及一彩色滤光片阵列模块。光学涂层阻挡波长在一已知范围内的光。彩色滤光片阵列模块阻挡波长为400～780纳米的光。该光传感器吸收被红外光滤光片滤过之后的光线，并据以产生电子信号。如此一来，借由彩色滤光片阵列模块辅助滤光，可缩小光学涂层所需阻挡的光的波长范围。因此，可大量减少光学涂层所需的层数。本发明还涉及一种二带通感测装置，借由蓝光滤光片阵列与绿光滤光片阵列所形成的二带通滤光片，不仅可感测红外光，也可感测波长大约在500纳米的光。

说明书

技术领域

本发明涉及一种红外光感测装置，更明确地说，涉及一种借由一或多个彩色滤光片阵列(Color Filter Array，CFA)模块配合光学涂层来阻挡非红外光的红外光感测装置。

背景技术

一般而言，基于硅制程的红外光感测装置需要设置一可阻挡非红外光的组件于收光路径上，以使红外光感测装置只根据红外光而产生信号。设置该组件的目的在于阻止非红外光进入红外光感测装置中的光传感器。基于硅制程的光传感器，举例而言，如电荷耦合装置(Charge Coupled Device，CCD)传感器或是互补金氧半导体(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，CMOS)传感器，一般而言，其可感测的波长范围大约为400～1000纳米(nanometer)。因此，若非红外光(如可见光)可进入红外光感测装置的光传感器，则会造成红外光感测装置对非红外光反应而产生输出信号。由于红外光感测装置的用途是为了要侦测红外光，因此当红外光感测装置根据非红外光反应时，表示红外光感测装置所产生的信号不正确。

在公知技术中为了阻挡红外光，大部分是利用一薄膜涂层(光学涂层)涂布在玻璃上以形成一光学组件来阻挡可见光(可见光的波长范围大约为400～780纳米)，以滤出红外光。然而，当需要阻挡的光的波长范围较广时(如400～780纳米)，上述的光学涂层所需的层数会变得较多(如45层)。由于当光学涂层的层数较多时会减少光学涂层的可塑性与弹性，因此造成光学涂层无法涂布于镜头或是光传感器上。因此，在公知技术的红外光感测装置中，当使用光学涂层来作为滤光组件时，造成红外光感测装置的成本上升且使制程困难，带给使用者很大的不便。

发明内容

本发明提供一种红外光感测装置。该红外光感测装置具有一收光路径以让一环境光进入该红外光感测装置。该红外光感测装置包含一红外光滤光片，以及一光传感器。该红外光滤光片包含一光学涂层，以及一彩色滤光片阵列模块。该光学涂层设置于该收光路径上，用来阻挡波长大约于一已知范围内的光。该彩色滤光片阵列模块设置于该光学路径上，用来阻挡波长大约为400～780纳米的光。该光传感器用来吸收于该收光路径上，被该红外光滤光片所滤过后的光的光子，并据以产生一电子信号。为了增进汇聚光线效果，该收光路径上设置有一镜头模块，用来汇聚光至该收光路径。

本发明另提供一种二带通感测装置。该二带通感测装置具有一收光路径以让一环境光进入该二带通感测装置。该二带通感测装置包含一二带通滤光片，以及一光传感器。该二带通滤光片包含一彩色滤光片阵列模块。该彩色滤光片阵列模块设置于该收光路径上。该彩色滤光片阵列模块包含一蓝光滤光片阵列，以及一绿光滤光片阵列。该蓝光滤光片阵列用来滤出蓝光。该绿光滤光片阵列用来滤出绿光。该光传感器用来吸收于该收光路径上，被该二带通滤光片所滤出的光的光子，并据以产生一电子信号。为了增进汇聚光线效果，该收光路径上设置有一镜头模块，用来汇聚光至该收光路径。

本发明的红外光感测装置的红外光滤光片以彩色滤光片阵列模块配合光学涂层实施，借由彩色滤光片阵列模块辅助可减少光学涂层所需阻挡的光的波长范围，如此，可大量地减少光学涂层所需的层数。由于彩色滤光片阵列模块的层数很少，且此时光学涂层的层数也变少，因此可减少本发明的红外光滤光片的层数。此外，彩色滤光片阵列模块可轻易地与光传感器整合，因此可减少红外光感测装置的成本，带给使用者更大的方便。

附图说明

图1为说明本发明的红外光感测装置的第一实施例的示意图。

图2(a)为说明本发明的第一种设定的光学涂层、红光滤光片阵列与蓝光滤光片阵列的透光率频谱的示意图。

图2(b)为说明根据图2(a)所得到的本发明的红外光滤光片的透光率频谱的示意图。

图3(a)为说明本发明的第二种设定的光学涂层、红光滤光片阵列与蓝光滤光片阵列的透光率频谱的示意图。

图3(b)为说明根据图3(a)所得到的本发明的红外光滤光片的透光率频谱的示意图。

图4为说明本发明的红外光感测装置的第二实施例的示意图。

图5(a)为说明本发明的第一种设定的光学涂层、红光滤光片阵列、蓝光滤光片阵列与绿光滤光片阵列的透光率频谱的示意图。

图5(b)为说明根据图5(a)所得到的本发明的红外光滤光片的透光率频谱的示意图。

图6(a)为说明本发明的第二种设定的光学涂层、红光滤光片阵列、蓝光滤光片阵列与绿光滤光片阵列的透光率频谱的示意图。

图6(b)为说明根据图6(a)所得到的本发明的红外光滤光片的透光率频谱的示意图。

图7为说明根据本发明的第三实施例的红外光感测装置的结构图。

图8为说明根据本发明的第四实施例的红外光感测装置的结构图。

图9为说明根据本发明的第五实施例的红外光感测装置的结构图。

图10为说明根据本发明的第六实施例的红外光感测装置的结构图。

图11为说明根据本发明的第七实施例的红外光感测装置的结构图。

图12为说明本发明的一二带通感测装置的示意图。

图13(a)为说明本发明的二带通感测装置的二带通滤光片的蓝光滤光片阵列与绿光滤光片阵列的透光率频谱的示意图。

图13(b)为说明根据图13(a)所得到的本发明的二带通滤光片的透光率频谱的示意图。

其中，附图标记说明如下：

100、400、700、800、900、1000、

1100                                   红外光感测装置

110、410                               红外光滤光片

111、711、811、911、1011、1111         光学涂层

112、712、812、912、1012、1112         彩色滤光片阵列模块

112R                                   红光滤光片阵列

112B                                   蓝光滤光片阵列

112G                                   绿光滤光片阵列

120、720、820、920、1020、1120、

1220                                   光传感器

130、730、830、930、1030、1130、

1230                                    镜头模块

940、1040、1140                         支撑物

950、1050、1150                         玻璃

1200                                    二带通感测装置

1210                                    二带通滤光片

L_A                                      环境光

L_F                                      汇聚光

NDH₁～NDH_N                              高反射率材料层

NDL₁～NDL_M                              低反射率材料层

S                                       电子信号

T_112R、T_112G、T_112B、T_{111_1}、T_{111_2}、

T_{110_1}、T_{110_2}、T_{410_1}、T_{410_2}、T_{1210_1} 透光率频谱

具体实施方式

请参考图1。图1为说明本发明的红外光感测装置的第一实施例100的示意图。红外光感测装置100包含一红外光滤光片110、一光传感器120。

红外光感测装置100具有一收光路径，为了增进汇聚光线效果，该收光路径上设置有一镜头模块130，以让环境光LA进入光传感器120。更进一步地说，镜头模块130设置于收光路径上，以将一外界的环境光L_A汇聚而产生一汇聚光L_F。也就是说，镜头模块130汇聚环境光L_A成为汇聚光L_F。光传感器120设置于收光路径上。光传感器120可包含一感光二极管。当感光二极管吸收光子时，感光二极管产生一电子信号S。电子信号S可为电压信号或电流信号，用来指示感光二极管所吸收到的光子的数量。

红外光滤光片110设置于收光路径上。红外光滤光片110包含一光学涂层(optical coating)111，以及一彩色滤光片阵列(Color Filter Array，CFA)模块112。彩色滤光片阵列模块112包含一红光滤光片阵列112R与一蓝光滤光片阵列112B。红光滤光片阵列112R主要用来阻挡波长介于400～570纳米的光。蓝光滤光片阵列112B主要用来阻挡波长介于520～780纳米的光。

光学涂层111设置于收光路径上。光学涂层111由N个高折射率材料层(举例而言，如TiO₂(氧化钛))NDH₁～NDH_N与M个低折射率材料层(举例而言，如MgF₂(氟化镁)或二氧化硅(SiO₂))NDL₁～NDL_M交错堆栈而成，其中M、N分别为值接近3的整数(在图1中假设N等于(M+1)以举例说明)。根据干涉效应，设定高折射率材料NDH₁～NDH_N与低折射率材料层NDL₁～NDL_M的厚度、材料、层数可调整光学涂层111的透光率频谱。由于介于波长400～570纳米的光以及520～780纳米的光会被红光滤光片阵列112R与蓝光滤光片阵列112B挡住，因此光学涂层111仅需挡住波长介于900～1000纳米的光。相较于公知技术，由于本发明的红外光感测装置100的光学涂层111所需阻挡的光的波长范围较小(900～1000纳米)，因此可大量减少光学涂层111所需的层数(举例而言，可减少至只需7层)。

请参考图2(a)与图2(b)。图2(a)为说明本发明的第一种设定(厚度、材料、层数)的光学涂层111、红光滤光片阵列112R与蓝光滤光片阵列112B的透光率频谱T_{111_1}、T_112R与T_112B。图2(b)为说明根据图2(a)所得到的本发明的红外光滤光片110的透光率频谱T_{110_1}。如图2(a)所示，在光传感器120可感测的波长范围中，红光滤光片阵列112R只有对红光与红外光是透明的，蓝光滤光片阵列112B只有对蓝光与红外光是透明的。在红外光波长范围中，光学涂层111对波长介于900～1000纳米的光具有较低的透光率(也就是说，对900～1000纳米的光是不透明的)。迭合透光率频谱T_{111_1}、T_112R与T_112B可得到红外光滤光片110的透光率频谱T_{110_1}。如图2(b)所示，在光传感器120可感测的波长范围中，红外光滤光片110只有对波长介于780～900纳米的光是透明的。因此，利用第一种设定的光学涂层111的红外光感测装置100可感测发光波长为850纳米的发光二极管(Light-Emitting Diode，LED)。

请参考图3(a)与图3(b)。图3(a)为说明本发明的第二种设定的光学涂层111、红光滤光片阵列112R与蓝光滤光片阵列112B的透光率频谱T_{111_2}、T_112R与T_112B。图3(b)为说明根据图3(a)所得到的本发明的红外光滤光片110的透光率频谱T_{110_2}的示意图。在图3(a)中的第二种设定的光学涂层111的透光率频谱T_{111_2}借由改变高折射率材料NDH₁～NDH_N与低折射率材料层NDL₁～NDL_M的厚度、材料、层数，而可与图2(a)中的第一种设定的光学涂层111的透光率频谱T_{111_1}不同。在红外光的波长范围中，图3(a)中的光学涂层111对波长750～880纳米的光具有较低的透光率(也就是说，对750～880纳米的光是不透明的)。迭合透光率频谱T_{111_2}、T_112R与T_112B可得到红外光滤光片110的透光率频谱T_{110_2}。如图3(b)所示，在光传感器120可感测的波长范围中，红外光滤光片110只有对波长介于900～1000纳米的光是透明的。因此，利用第二种设定的光学涂层111的红外光感测装置100可感测发光波长为940纳米的发光二极管。

相较于公知技术，由于红光滤光片阵列112R与蓝光滤光片阵列112B的层数为2，光学涂层111的层数大约为7，因此可大量减少本发明的红外光滤光片110的总层数。此外，彩色滤光片阵列模块112可轻易地与光传感器120整合为一芯片，因此可减少本发明的红外光感测装置100的成本。

请参考图4。图4为说明本发明的红外光感测装置的第二实施例400的示意图。红外光感测装置400包含一红外光滤光片410、一光传感器120。红外光滤光片410包含一光学涂层111，以及一彩色滤光片阵列模块412。彩色滤光片阵列模块412包含一红光滤光片阵列112R、一蓝光滤光片阵列112B，以及一绿光滤光片阵列112G。绿光滤光片阵列112G主要用来阻挡波长为400～475纳米的光与波长为600～780纳米的光。为了增进汇聚光线效果，一镜头模块130设置于红外光感测装置400的收光路径上。

请参考图5(a)与图5(b)。图5(a)为说明本发明的第一种设定的光学涂层111、红光滤光片阵列112R、蓝光滤光片阵列112B与绿光滤光片阵列112G的透光率频谱T_{111_1}、T_112R、T_112B与T_112G的示意图。图5(b)为说明根据图5(a)所得到的本发明的红外光滤光片410的透光率频谱T_{410_1}的示意图。在光传感器120可感测的波长范围中，红光滤光片阵列112R只有对红光与红外光是透明的，蓝光滤光片阵列112B只有对蓝光与红外光是透明的，绿光滤光片阵列112G只有对绿光与红外光是透明的。在红外光波长范围中，第一种设定的光学涂层111对波长介于900～1000纳米的光具有较低的透光率(也就是说，对900～1000纳米的光是不透明的)。迭合透光率频谱T_{111_1}、T_112R、T_112B与T_112G可得到红外光滤光片410的透光率频谱T_{410_1}。如图5(b)所示，在光传感器120可感测的波长范围中，红外光滤光片410只有对波长介于780～900纳米的光是透明的。因此，利用第一种设定的光学涂层111的红外光感测装置400可感测发光波长为850纳米的发光二极管。

请参考图6(a)与图6(b)。图6(a)为说明本发明的第二种设定的光学涂层111、红光滤光片阵列112R、蓝光滤光片阵列112B与绿光滤光片阵列112G的透光率频谱T_{111_2}、T_112R、T_112B与T_112G的示意图。图6(b)为说明根据图6(a)所得到的本发明的红外光滤光片410的透光率频谱T_{410_2}的示意图。在红外光的波长范围中，图6(a)中的第二种设定的光学涂层111对波长750～880纳米的光具有较低的透光率(也就是说，对750～880纳米的光是不透明的)。迭合透光率频谱T_{111_2}、T_112R、T_112B与T_112G可得到红外光滤光片410的透光率频谱T_{410_2}。如图6(b)所示，在光传感器120可感测的波长范围中，红外光滤光片410只有对波长介于900～1000纳米的光是透明的。因此，利用第二种设定的光学涂层111的红外光感测装置400可感测发光波长为940纳米的发光二极管。

请参考图7。图7为说明根据本发明的第三实施例的红外光感测装置700的结构图。红外光感测装置700可以红外光感测装置100或400实施。如图7所示，彩色绿光片阵列模块712、光学涂层711，以及光传感器720整合于一集成电路(Integrated Circuit，IC)。更明确地说，在该集成电路中，彩色滤光片阵列模块712涂布于光传感器720之上，且光学涂层711涂布于彩色滤光片阵列模块712之上。镜头模块730设置在该集成电路的光学涂层711的上方。

请参考图8。图8为说明根据本发明的第四实施例的红外光感测装置800的结构图。红外光感测装置800可以红外光感测装置100或400实施。相较于图7，在图8中，彩色滤光片阵列模块812与光传感器820整合于一集成电路。然而，光学涂层811涂布于镜头模块830之下，镜头模块830与光学涂层811设置于该集成电路的彩色滤光片阵列模块812的上方。

请参考图9。图9为说明根据本发明的第五实施例的红外光感测装置900的结构图。红外光感测装置900可以红外光感测装置100或400实施。如图9所示，彩色滤光片阵列模块912、光学涂层911与光传感器920可整合于一集成电路，且该集成电路的封装方式可为板上芯片封装(Chip On Board，COB)或芯片尺寸封装(Chip Scale Package，CSP)。在一较佳实施例中，该集成电路的封装方式为芯片尺寸封装，且以芯片尺寸封装的该集成电路包含支撑物940与一玻璃950。更明确地说，在以芯片尺寸封装的集成电路中，彩色滤光片阵列模块912涂布于光传感器920之上，且光学涂层911涂布在玻璃950的下方(面向光传感器920)。镜头模块930设置于该集成电路的玻璃950的上方(玻璃950的上方面向镜头模块930)。此外，玻璃950通过支撑物940耦接至光传感器920。

请参考图10。图10为说明根据本发明的第六实施例的红外光感测装置1000的结构图。红外光感测装置1000以红外光感测装置100或400实施。如图10所示，彩色滤光片阵列模块1012、光学涂层1011与光传感器1020可整合于一集成电路，且该集成电路的封装方式可为板上芯片封装或芯片尺寸封装。在一较佳实施例中，该集成电路的封装方式为芯片尺寸封装，且以芯片尺寸封装的该集成电路包含支撑物1040与一玻璃1050。更明确地说，在以芯片尺寸封装的集成电路中，光学涂层1011涂布于光传感器1120之上，且彩色滤光片阵列模块1012涂布于光学涂层1011之上。镜头模块1030设置于该集成电路的玻璃1050的上方(玻璃1050的上方面向镜头模块1030)。此外，玻璃1050通过支撑物1040耦接至光传感器1020。

请参考图11。图11为说明根据本发明的第七实施例的红外光感测装置1100的结构图。红外光感测装置1100可以红外光感测装置100或400实施。如图11所示，彩色滤光片阵列模块1012与光传感器1020可整合于一集成电路，且该集成电路的封装方式可为板上芯片封装或芯片尺寸封装。在一较佳实施例中，该集成电路的封装方式为芯片尺寸封装，且以芯片尺寸封装的该集成电路包含支撑物1140与一玻璃1150。更明确地说，在以芯片尺寸封装的集成电路中，彩色滤光片阵列模块1112涂布于光传感器1120之上。光学涂层1111涂布于镜头模块1130的下方(面向玻璃1150)。镜头模块1130设置于玻璃1150的上方。此外，玻璃1150通过支撑物1140耦接至光传感器1120。

请参考图12。图12为说明本发明的一二带通感测装置1200的示意图。二带通感测装置1200的结构及工作原理与红外光感测装置100或400相似，其差别主要在于二带通感测装置1200的二带通滤光片1210包含一蓝光滤光片阵列112B以及一绿光滤光片阵列112G。

请参考图13(a)与图13(b)。图13(a)为说明二带通感测装置1200的二带通滤光片1210的蓝光滤光片阵列112B与绿光滤光片阵列112G的透光率频谱T_112B与T_112G的示意图。图13(b)为说明根据图13(a)所得到的本发明的二带通滤光片1210的透光率频谱T_{1210_1}的示意图。由图13(a)可看出，绿光滤光片阵列112G只有对绿光与红外光是透明的，且蓝光滤光片阵列112B只有对蓝光与红外光是透明的。然而，迭合蓝光滤光片阵列112B与绿光滤光片阵列112G的所得到的二带通滤光片1210不仅对红外光(800～1000纳米)是透明的，且对波长大约在500纳米的光而言是半透明的(如图13(b)所示)。因此，借由二带通滤光片1210，二带通感测装置1200不仅可感测红外光，也可感测波长大约在500纳米的光。

综上所述，本发明提供一种红外光感测装置。本发明的红外光感测装置的红外光滤光片以彩色滤光片阵列模块配合光学涂层实施。借由彩色滤光片阵列模块辅助可减少光学涂层所需阻挡的光的波长范围，如此，可大量地减少光学涂层所需的层数。由于彩色滤光片阵列模块的层数很少，且此时光学涂层的层数也变少，因此可减少本发明的红外光滤光片的层数。此外，彩色滤光片阵列模块可轻易地与光传感器整合，因此可减少红外光感测装置的成本，带给使用者更大的方便。

以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。