CN104280837A - 光学传感模块和电子装置 - Google Patents

Abstract

一种光学传感模块，包括透镜以及传感元件。透镜具有光轴。传感元件配置在透镜的下方，其中传感元件适于接收通过透镜的物体光束。透镜的光轴不通过传感元件的几何中心。本发明还提出一种光学传感模块，其中光学传感模块包括棱镜片、传感元件以及透镜。棱镜片具有多个棱镜。传感元件配置在所述棱镜片的下方，其中传感元件适于接收依次通过棱镜片和透镜的物体光束。透镜配置在棱镜片与传感元件之间。

Description

光学传感模块和电子装置

技术领域

本发明是关于一种传感模块和电子装置，特别是指一种光学传感模块和电子装置。

背景技术

图1A为传统的电子装置使用已知的光学传感模块进行物体传感的侧面剖示图。请参考图1A，已知的电子装置1000包括显示装置1100以及光学传感模块1200。显示装置1100具有显示面1120，其中显示面用以显示所欲呈现的画面。光学传感模块1200具有透镜1210和图像传感元件1220。一般来说，光学传感模块1200可通过透镜1210的使用，使得光学传感模块具有光学传感范围1212，意即当物体1001在进入传感范围1212内，便会被透镜1210成像在图像传感元件1220上，如此光学传感模块1200则可通过图像传感元件1220所获取的画面进行例如是手势识别之类的判断。

对目前的手持电子装置1000（例如手机或平板电脑）来说，光学传感模块1200一般来说是设置于显示装置1100的周边且偏向上方，此处所说的上方是指使用者正确拿取手持电子装置1000时，位于显示面1120上方的位置，例如目前的智慧型手机，其前置镜头皆是设置于显示面的上方。

然而，光学传感模块1200若是用于检测手势动作时，根据使用者手势挥动习惯，手势挥动的位置通常是位于显示面1120的正上方，如此一来，若欲提升光学传感模块1200的有效传感范围时，便需要将光学传感模块1200倾斜一个角度θ1，使得原先光学传感范围1212尽量落在显示面1120的正前方，如图1B所示。此方式虽可有效地改善光学传感模块1200检测一般使用者习惯在显示面1120正前方的手势挥动动作，但是由于需要将光学传感模块1200倾斜，因此光学传感模块1200位于电子装置1000内的空间厚度H12便会增大，由原先的所需厚度H11增加至厚度H12，如图1A与图1B所示。换言之，此设计将会造成电子装置1000整体的厚度无法有效地被降低。

发明内容

本发明提供一种光学传感模块，其借由适当的光学设计，而可有效地感测侧面方向的物体。

本发明还提供一种电子装置，其使用上述的光学传感模块可有效地提升传感显示面正前方的物体，而仍可保持具有较薄的整体厚度。

本发明一实施例提出一种光学传感模块，其包括第一透镜以及传感元件。第一透镜具有光轴。传感元件配置在第一透镜的下方，其中传感元件适于接收通过第一透镜的物体光束。第一透镜的光轴不通过传感元件的几何中心。

在本发明的一实施例中，第一透镜的光轴与传感元件的几何中心的最短距离W1实质上介于0.2mm与0.4mm之间。

在本发明的一实施例中，光学传感模块还包括光源，其中光源适于提供出射于光学传感模块的照射光束。当照射光束传递至物体时，物体适于将照射光束反射为物体光束。

在本发明的一实施例中，光学传感模块还包括壳体，其中壳体具有底面和相对底面的入光面。传感元件和第一透镜位于壳体内，而传感元件设置于底面。第一透镜位于传感元件与入光面之间。在本发明的一实施例中，入光面具有入光孔。在本发明的一实施例中，光学传感模块还包括光源，其中光源设置于壳体内并适于提供从光学传感模块出射的照射光束。当照射光束传递至物体时，物体适于将照射光束反射为物体光束。

在本发明的一实施例中，光学传感模块还包括棱镜片，具有多个棱镜，其中来自光源的照射光束适于依次通过第二透镜和所述棱镜片而从光学传感模块出射，第二透镜位于所述棱镜片与光源之间。

在本发明的一实施例中，光学传感模块还包括第二透镜，具有光轴并配置在光源的上方，且第二透镜的光轴不通过光源的几何中心，而来自光源的照射光束适于通过第二透镜而出射于光学传感模块。

在本发明的一实施例中，壳体具有相对底面且邻近入光面的出光面。照射光束适于从出光面离开光学传感模块。在本发明的一实施例中，出光面具有出光孔。

在本发明的一实施例中，透镜具有入光面、相对入光面的出光面以及至少一个连接平面，连接平面连接入光面与出光面。

本发明另一实施例提出一种光学传感模块，其包括第一棱镜片、传感元件以及第一透镜。第一棱镜片具有多个第一棱镜。传感元件配置在第一棱镜片的下方，其中传感元件适于接收依次通过第一棱镜片和第一透镜的物体光束。第一透镜配置在第一棱镜片与传感元件之间。

在本发明的一实施例中，每一个第一棱镜的角度实质上介于20度至43度之间。在本发明的一实施例中，每一个第一棱镜的角度实质上介于32度至34度之间。

在本发明的一实施例中，光学传感模块还包括光源，其中光源适于提供从光学传感模块出射的照射光束。当照射光束传递至物体时，物体适于将照射光束反射为物体光束。

在本发明的一实施例中，光学传感模块还包括壳体，其中壳体具有底面和相对底面的入光面。传感元件和第一透镜位于壳体内，而传感元件设置于底面。第一透镜位于传感元件与入光面之间。在本发明的一实施例中，入光面具有入光孔。在本发明的一实施例中，光学传感模块还包括光源，其中光源设置于壳体内并适于提供从光学传感模块出射的照射光束，其中当照射光束传递至物体时，物体适于将照射光束反射为物体光束。

在本发明的一实施例中，光学传感模块还包括第二棱镜片，其中第二棱镜片具有多个第二棱镜，其中来自光源的照射光束适于依次通过第二透镜和第二棱镜片而从光学传感模块出射，第二透镜位于第二棱镜片与光源之间。

在本发明的一实施例中，光学传感模块还包括第二透镜，其中第二透镜具有光轴并配置在光源的上方，且第二透镜的光轴不通过光源的几何中心。来自光源的照射光束适于通过第二透镜而出射于光学传感模块。

在本发明的一实施例中，壳体具有相对底面且邻近入光面的出光面，照射光束适于从出光面离开光学传感模块。在本发明的一实施例中，出光面具有出光孔。

本发明另一实施例提出一种电子装置，其包括显示装置以及光学传感模块。显示装置具有显示面。光学传感模块具有出光面和入光面，其中出光面与入光面位于显示面的周边。光学传感模块是使用前述的光学传感模块。

本发明的一实施例的光学传感模块可通过将透镜偏移的方式改变光学传感模块的传感范围，从而使得光学传感模块应用在电子装置时，可在不提高电子装置的厚度的前提下仍可呈现较佳的传感表现。此外，通过棱镜片的光学设计改变光学传感模块的传感范围，同样可使光学传感模块应用在电子装置时，仍可在不增加电子装置的厚度的情况下呈现较佳的传感表现。

为了能更进一步了解本发明的技术，请参阅以下详细说明与图式，相信本发明的特征，当可由此得以具体了解。然而，所附图式与附件仅用于提供参考与说明，并非用来对本发明加以限制。

附图说明

图1A为传统的电子装置使用已知的光学传感模块进行物体传感的侧面剖示图；

图1B为图1A的电子装置将光学传感模块倾斜角度后进行物体传感的侧面剖示图；

图2为本发明一实施例的使用于电子装置上的光学传感模块剖面示意图；

图3则为沿着图2的方向P1的局部正面透视图；

图4为图2的第一透镜和第二透镜采用其他实施态样的示意图；

图5为本发明一实施例的使用于电子装置上的光学传感模块剖面示意图；

图6则为沿着图5的方向P1的局部正面透视图；

图7为图5和图6所使用的棱镜片的局部放大图。

附图标记说明

1000：       电子装置

1100：       显示装置

1200：       光学传感模块

1120：       显示面

1210：       透镜

1220：       图像传感元件

1212：       光学传感范围

1001：       物体

θ1：        角度

H12：        厚度

200：        光学传感模块

210：        第一透镜

220：        传感元件

AX1：        光轴

L2：         物体光束

230：        光源

L1：         照射光束

1003：       物体

1000：       电子装置

1100：       显示装置

1120：       显示面

H21：        厚度

H11：        厚度

P2：         水平方向

W1：         距离

240：        壳体

242：        底面

244：        入光面

244a：       入光孔

1003：       物体

246：        出光面

246a：       出光孔

250：        第二透镜

AX2：        光轴

S1：         入光面

S2：         出光面

S3：         连接平面

θ2：        夹角

300：        光学传感模块

310：        第一棱镜片

320：        传感元件

330：        第一透镜

312：        第一棱镜

θ3：        角度

340：        光源

1005：       物体

350：        壳体

352：        底面

354：        入光面

354a：       入光孔

356：        出光面

356a：       出光孔

360：        第二棱镜片

362：        第二棱镜

370：        第二透镜。

具体实施方式

图2为本发明一实施例的使用于电子装置上的光学传感模块的剖面示意图，图3则为沿着图2的方向P1的局部正面透视图。其中为了方便说明，图3省略了图2的电子装置以及显示装置的绘示。请同时参考图2与图3，本实施例的光学传感模块200包括第一透镜210以及传感元件220。第一透镜210具有光轴AX1。在本实施例中，第一透镜210可以是采用球面透镜或非球面透镜，其中本实施例是以球面透镜作为举例说明，但不以此为限。

传感元件220配置在第一透镜210的下方，其中传感元件220适于接收通过第一透镜210的物体光束L2，如图2与图3所示。在本实施例中，传感元件220例如是采用互补式金属氧化物半导体（Comple mentaryMetal-Oxide-Semiconductor，CMOS）的图像传感器，又或者是电荷耦合元件（Charge-coupled Device，CCD）的图像传感器，其中本实施例是以CMOS图像传感器作为举例说明，但不局限此。具体来说，本实施例的光学传感模块200可包括光源230，其中光源230适于提供出射于光学传感模块200的照射光束L1，如此一来，当照射光束L1传递至物体1003时，物体1003便适于将照射光束L1反射为物体光束L2。在本实施例中，物体1003是以使用者的手或是手持其他物体作为举例说明，但不局限于此。另外，光源230可以采用不可见光的光源，例如是红外光或是紫外光，其中本实施例是以红外光作为举例说明，但并不限于此。需要说明的是，为了可传感到物体光束L2，因此传感元件220可以是选用不可见光图像传感器，如：红外光图像传感器。

请继续参考图2与图3，第一透镜210的光轴AX1不通过传感元件220的几何中心C1。具体来说，一般的光学设计都是将第一透镜210的光轴AX1对准传感元件220的几何中心C1，以使成像在传感元件上的图像具有较佳的成像品质和对称性，其中传感元件220的几何中心C1指像素阵列的几何中心。然而，本实施例的光学传感模块200为了改善先前已知技术提及的问题，因此通过将第一透镜210的光轴AX1偏离传感元件220的几何中心C1，使得第一透镜210所接收物体光束L2的范围可更靠近电子装置1000的显示装置1100的显示面1120的正上方，换句话说，光学传感模块200所传感的范围相较于光学传感模块100所传感到的范围可更佳地靠近图2的右侧方向。如此一来，便可在不增加光学传感模块200的厚度H21（即厚度H21可与厚度H11相同或相近）之下，而可在检测一般使用者习惯在显示面1120的正前方进行手势挥动时具有的较佳传感表现。为了可呈现较佳的传感品质，同时避免光学传感模块200在水平方向P2上的长度过大，因此第一透镜210的光轴AX1与传感元件220的几何中心C1的最短距离W1实质上可介于0.2mm与0.4mm之间。

此外，光学传感模块200可包括壳体240，其中壳体240具有底面242和相对底面242的入光面244，如图3所示。在本实施例中，传感元件220和第一透镜210位于壳体240内，而传感元件220设置于底面242。第一透镜210位于传感元件220与入光面244之间，其中入光面244具有入光孔244a，以接受来自物体1003所反射的物体光束L2。

在本实施例中，上述的光源230也可设置于壳体240内并位于底面242上，其中壳体240具有相对底面242且邻近入光面244的出光面246，以使光源230提供的照射光束L1可通过出光面的出光孔246a出射于光学传感模块200的照射光束L1。另外，由于光学传感模块200通过上述的光学设计使得光学传感模块200所传感的范围可相较于光学传感模块100所传感到的范围可更佳地靠近图2的右侧方向，因此为了可使照射光束L1同样地可照射至相同的传感范围，本实施例的光学传感模块200还可包括第二透镜250，其中第二透镜250具有光轴AX2并配置在光源230的上方。类似地，第二透镜250的光轴AX2不通过光源230的几何中心，其中光源230的几何中心可以是指发光二极体的几何中心位置。如此一来，来自光源230的照射光束L1在通过第二透镜250而出射于光学传感模块200时，照射光束L1便可如同前述的传感范围而更佳地靠近图2的显示面的正上方或更为右侧的方向。

于另一实施例中，在不影响整体的传感品质下，为了可更为节省光学传感模块200于水平方向P2上的整体面积，因此上述的第一透镜210与第二透镜250可以适当地被切削不必要的部分，使得光学传感模块200于水平方向P2上的整体面积可获得进一步的缩减。详细来说，第一透镜210与第二透镜250各自具有入光面S1、相对入光面的出光面S2以及至少一个连接平面S3，其中连接平面S3连接平面连接入光面S1与出光面S2。在本实施例中，连接平面S3可以是切削面。此外，为了具有较佳的成像品质和在水平方向P2上具有较小的面积，因此连接平面S3与光轴的夹角θ2实质上大于等于0度小于等于75度，如图4所示。

图5为本发明一实施例的使用于电子装置上的光学传感模块的剖面示意图，图6则为沿着图5的方向P1的局部正面透视图，而图7为图5和图6所使用的棱镜片的局部放大图。其中为了方便说明，图6省略了图5的电子装置以及显示装置的绘示。请同时参考图5与图6，本实施的光学传感模块300包括第一棱镜片310、传感元件320以及第一透镜330。第一棱镜片310具有多个第一棱镜312。在本实施例中，这些第一棱镜312可以是连续排列或不连续排列的棱镜条或是棱镜柱，其中本实施例的每一个棱镜312是以连续排列的棱镜条作为举例说明，但不以此为限。此外，每一个第一棱镜312的角度θ3实质上可介于20度至43度之间。

传感元件320配置在第一棱镜片310的下方，其中传感元件320适于接收依次通过第一棱镜片310和第一透镜330的物体光束L2，如图2与图3所示。在本实施例中，传感元件320例如是采用互补式金属氧化物半导体（Comple mentary Metal-Oxide-Semiconductor，CMOS）的图像传感器，又或者是电荷耦合元件（Charge-coupled Device，CCD）的图像传感器，其中本实施例是以CMOS图像传感器作为举例说明，但不局限此。具体来说，本实施例的光学传感模块300可包括光源340，其中光源340适于提供出射于光学传感模块300的照射光束L1，如此一来，当照射光束L1传递至物体1005时，物体1005便适于将照射光束L1反射为物体光束L2。在本实施例中，物体1005是以使用者的手或是手持其他物体作为举例说明，但不局限于此。另外，光源340可以采用不可见光的光源，例如是红外光或是紫外光，其中本实施例是以红外光作为举例说明，但并不限于此。需要说明的是，为了可传感到物体光束L2，因此传感元件320可以是选用不可见光图像传感器，如：红外光图像传感器。

请继续参考图5与图6，同样地，为了改善先前已知技术提及的问题，本实施例的光学传感模块300可利用上述的第一棱镜片310将来自一电子装置1000的显示装置1100的显示面1120的正上方的物体光束L2折射至光学传感模块300内，意即本实施例的光学传感模块300可借由第一棱镜片310的设置改变整体收光方向，使其尽量偏向某方向收光，从而可以在尽量不增加光学传感模块300的整体厚度H22下，仍可具有较佳的传感表现。具体来说，每一个第一棱镜312的角度θ3实质上介于20度至43度之间，其中当上述的角度θ3小于20度时，物体光束L2会被第一棱镜312折射过头而偏离传感元件320的位置，意即物体光束L2无法被有效地传递至传感元件320上；同样地，当上述的角度θ3大于43度时，则物体光束L2会被第一棱镜312折射的角度不够，也无法被有效地传递至传感元件320上。在较佳的实施例中，每一个第一棱镜312的角度θ3实质上可介于32度至34度之间。在本实施例中，第一透镜330配置在第一棱镜片310与传感元件320之间，用以将被第一棱镜片310所折射的物体光束成像于传感元件320上。值得一提的是，第一透镜330可以选择性地采用前述光学传感模块200所使用的设计。

此外，光学传感模块300还包括壳体350，其中壳体350具有底面352和相对底面352的入光面354，如图6所示。在本实施例中，传感元件320和第一透镜330位于壳体350内，而传感元件320设置于底面352。第一透镜330位于传感元件320与入光面354之间，其中入光面354具有入光孔354a，以接受来自物体1005所反射的物体光束L2。

在本实施例中，上述的光源340也可设置于壳体350内并位于底面352上，其中壳体350具有相对底面352且邻近入光面354的出光面356，以使光源340提供的照射光束L1可通过出光面356的出光孔356a出射于光学传感模块300的照射光束L1。另外，由于光学传感模块300通过上述第一棱镜片310的光学设计可使光学传感模块300在不额外增加过多的厚度下，其所传感的范围可相较于传统光学传感模块100所传感到的范围可更佳地靠近图5的右侧方向。因此，为了可使照射光束L1同样地可照射至相同的传感范围，本实施例的光学传感模块300还可包括第二棱镜片360，其中第二棱镜片360具有多个第二棱镜362。如此一来，来自光源340的照射光束L1适于依次通过第二透镜370和第二棱镜片360而出射于光学传感模块300时，照射光束L1便可如同前述的传感范围而更佳地靠近图5的显示面的正上方或更为右侧的方向。值得一提的是，第一棱镜片310与第二棱镜片360除了可以采用如图6所绘示的各自形成的设计，在一实施例中，第一棱镜片310与第二棱镜片360也可为一体成型，意即直接放置棱镜片以同时取代第一棱镜片310与第二棱镜片360。

在其他未绘示的实施例中，上述的光学传感模块200的第二透镜250也可不偏移，而改以在第二透镜250的上方搭配使用前述第二棱镜片360的设计借以取代将第二透镜250偏移的设计。类似地，上述的光学传感模块300的第二透镜370上方也可不放置第二棱镜片360，而改用将第二透镜370进行偏移的设计。

综上所述，本发明的一实施例的光学传感模块至少具有下列优点。首先，通过将透镜偏移的方式改变光学传感模块的传感范围，可使得光学传感模块应用在电子装置时，可在不提高电子装置的厚度的前提下仍可呈现较佳的传感表现。此外，同样通过棱镜片的光学设计改变光学传感模块的传感范围，也可使光学传感模块应用在电子装置时，仍可在不增加电子装置的厚度的情况下呈现较佳的传感表现。

以上所述仅为本发明的实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (23)

1.一种光学传感模块，该光学传感模块包括：

第一透镜，具有光轴；以及

传感元件，配置在所述第一透镜的下方，且所述第一透镜的所述光轴不通过所述传感元件的几何中心，其中所述传感元件适于接收通过所述第一透镜的物体光束。

2.根据权利要求1所述的光学传感模块，其中所述第一透镜的所述光轴与所述传感元件的几何中心的最短距离W1实质上介于0.2mm与0.4mm之间。

3.根据权利要求1所述的光学传感模块，该光学传感模块还包括：

光源，适于提供从所述光学传感模块出射的照射光束，

其中当所述照射光束传递至物体时，所述物体适于将所述照射光束反射为所述物体光束。

4.根据权利要求1所述的光学传感模块，该光学传感模块还包括：

壳体，具有底面和与所述底面相对的入光面，

其中所述传感元件和所述第一透镜位于所述壳体内，所述传感元件设置在所述底面，且所述第一透镜位于所述传感元件与所述入光面之间。

5.根据权利要求4所述的光学传感模块，其中所述入光面具有入光孔。

6.根据权利要求4所述的光学传感模块，该光学传感模块还包括：

光源，设置在所述壳体内并适于提供从所述光学传感模块出射的照射光束，

其中当所述照射光束传递至物体时，所述物体适于将所述照射光束反射为所述物体光束。

7.根据权利要求6所述的光学传感模块，该光学传感模块还包括：

棱镜片，具有多个棱镜，

其中来自所述光源的所述照射光束适于依次通过第二透镜和所述棱镜片而从所述光学传感模块出射，所述第二透镜位于所述棱镜片与所述光源之间。

8.根据权利要求6所述的光学传感模块，该光学传感模块还包括：

第二透镜，具有光轴并配置在所述光源的上方，且所述第二透镜的所述光轴不通过所述光源的几何中心，而来自所述光源的所述照射光束适于通过所述第二透镜而从所述光学传感模块出射。

9.根据权利要求6所述的光学传感模块，其中所述壳体具有与所述底面相对且邻近所述入光面的出光面，所述照射光束适于从所述出光面离开所述光学传感模块。

10.根据权利要求9所述的光学传感模块，其中所述出光面具有出光孔。

11.根据权利要求1所述的光学传感模块，其中所述透镜具有入光面、与所述入光面相对的出光面以及至少一个连接平面，所述连接平面连接所述入光面与所述出光面。

12.一种光学传感模块，该光学传感模块包括：

第一棱镜片，具有多个第一棱镜；

传感元件，配置在所述第一棱镜片的下方；以及

第一透镜，配置在所述第一棱镜片与所述传感元件之间，

其中所述传感元件适于接收依次通过所述第一棱镜片和所述第一透镜的物体光束。

13.根据权利要求12所述的光学传感模块，其中每一个所述第一棱镜的角度实质上介于20度至43度之间。

14.根据权利要求13所述的光学传感模块，其中每一个所述第一棱镜的角度实质上介于32度至34度之间。

15.根据权利要求12所述的光学传感模块，该光学传感模块还包括：

光源，适于提供从所述光学传感模块出射的照射光束，

其中当所述照射光束传递至物体时，所述物体适于将所述照射光束反射为所述物体光束。

16.根据权利要求12所述的光学传感模块，该光学传感模块还包括：

壳体，具有底面和与所述底面相对的入光面，

其中所述传感元件和所述第一透镜位于所述壳体内，所述传感元件设置在所述底面，且所述第一透镜位于所述传感元件与所述入光面之间。

17.根据权利要求16所述的光学传感模块，其中所述入光面具有入光孔。

18.根据权利要求16所述的光学传感模块，该光学传感模块还包括：

光源，设置在所述壳体内并适于提供从所述光学传感模块出射的照射光束，

其中当所述照射光束传递至物体时，所述物体适于将所述照射光束反射为所述物体光束。

19.根据权利要求18所述的光学传感模块，该光学传感模块还包括：

第二棱镜片，具有多个第二棱镜，

其中来自所述光源的所述照射光束适于依次通过第二透镜和所述第二棱镜片而从所述光学传感模块出射，所述第二透镜位于所述第二棱镜片与所述光源之间。

20.根据权利要求18所述的光学传感模块，该光学传感模块还包括：

第二透镜，具有光轴并配置在所述光源的上方，且所述第二透镜的所述光轴不通过所述光源的几何中心，而来自所述光源的所述照射光束适于通过所述第二透镜而从所述光学传感模块出射。

21.根据权利要求18所述的光学传感模块，其中所述壳体具有与所述底面相对且邻近所述入光面的出光面，所述照射光束适于从所述出光面离开所述光学传感模块。

22.根据权利要求21所述的光学传感模块，其中所述出光面具有出光孔。

23.一种电子装置，该电子装置包括：

显示装置，具有显示面；以及

光学传感模块，具有出光面和入光面，所述出光面与所述入光面位于所述显示面的周边，其中所述光学传感模块是使用根据权利要求1或12所述的光学传感模块。