TW201741618A - 光學感測裝置 - Google Patents

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黃庭緯
鄭浩志
何政霖
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Abstract

一種光學感測裝置包含反射元件、本體、光源與複數個感光元件。反射元件具有反射面。本體具有安裝面，安裝面至少部分朝向反射面，本體配置以相對反射元件沿移動方向移動，移動方向實質上平行於反射面。光源設置於安裝面，並配置以向反射面射出光線。感光元件設置於安裝面，感光元件接近光源之一側環繞而成光源區，光源至少部分位於光源區中。

Description

光學感測裝置
本發明是關於一種光學感測裝置。
隨著現今電子科技的進步，測量系統的精準度也變得越來越重要，而微奈米級別之測量系統的需求更是日益增加，因此，光學感測的應用也變得越來越普及。
故此，如何能夠進一步提高光學感測的精準度，無疑是業界一個重要的課題。
本發明之一技術態樣在於提供一種光學感測裝置，其能準確量測於二維方向上移動的幅度。
根據本發明的一實施方式，一種光學感測裝置包含反射元件、本體、光源與複數個感光元件。反射元件具有反射面。本體具有安裝面，安裝面至少部分朝向反射面，本體配置以相對反射元件沿移動方向移動，移動方向實質上平行於反射面。光源設置於安裝面，並配置以向反射面射出光線。感光元件設置於安裝面，感光元件接近光源之 一側環繞而成光源區，光源至少部分位於光源區中。
在本發明一或多個實施方式中，上述之反射元件包含複數個凸出結構，位於反射面。
在本發明一或多個實施方式中，上述之感光元件呈輻射狀排列而圍繞光源。
在本發明一或多個實施方式中，上述之感光元件呈螺旋狀排列而圍繞光源。
在本發明一或多個實施方式中，上述之感光元件彼此分離。
在本發明一或多個實施方式中，上述之感光元件彼此連接，並共同形成至少一感光環。
在本發明一或多個實施方式中，上述之感光元件共同形成複數個感光環，感光環的圓心位於光源區。
在本發明一或多個實施方式中，上述之感光環與相鄰的感光環之間具有距離。
在本發明一或多個實施方式中，上述之光學感測裝置更包含處理器。此處理器電性連接感光元件。
本發明上述實施方式與已知先前技術相較，至少具有以下優點：
(1)由於光源至少部分位於感光元件接近光源之一側所環繞而成的光源區中，當本體相對反射元件沿移動方向移動時，感光元件能夠接收被反射面朝二維方向反射而產生反射方向變化、反射角度變化及/或強弱變化的光線，因此，光學感測裝置能夠達到二維感測的效果，使得光學感測裝 置的感測效果能夠更精準。再者，藉由感光元件接收被反射面朝二維方向反射而產生反射方向變化、反射角度變化及/或強弱變化的光線，處理器可根據感光元件所接收到的訊號，準確地計算出本體相對反射元件於軸向X與軸向Y所形成的平面上沿移動方向移動的幅度，也就是說，光學感測裝置能夠準確量測於二維方向上移動的幅度。
(2)由於在感光元件於安裝面上沿通過光源的方向延伸的實施方式中，感光元件能夠接收於反射面具有不同反射角度的光線，也就是說，當感光元件接收被反射面反射的光線時，感光元件並不受到光線於反射面的反射角度所限制。
(3)由於在感光元件彼此連接，並共同形成感光環的實施方式中，感光元件能夠接收於反射面朝不同方向反射的光線，也就是說，當感光元件接收被反射面反射的光線時，感光元件並不受到光線於反射面的反射方向所限制。
100‧‧‧光學感測裝置
110‧‧‧反射元件
111‧‧‧反射面
112‧‧‧凸出結構
120‧‧‧本體
121‧‧‧安裝面
130‧‧‧光源
140‧‧‧感光元件
141a、141b、141c‧‧‧感光環
150‧‧‧處理器
D1、D2‧‧‧距離
LA‧‧‧光源區
LR‧‧‧光線
MD‧‧‧移動方向
X、Y‧‧‧軸向
θ‧‧‧反射角度
第1圖繪示依照本發明一實施方式之光學感測裝置的應用示意圖。
第2圖繪示第1圖的感光元件相對光源的下視分佈圖。
第3圖繪示依照本發明另一實施方式的感光元件相對光源的下視分佈圖。
第4圖繪示依照本發明再一實施方式的感光元件相對光源的下視分佈圖。
第5圖繪示依照本發明又一實施方式的感光元件相對光源的下視分佈圖。
第6圖繪示依照本發明另一實施方式的感光元件相對光源的下視分佈圖。
以下將以圖式揭露本發明之複數個實施方式，為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本發明。也就是說，在本發明部分實施方式中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之。
除非另有定義，本文所使用的所有詞彙(包括技術和科學術語)具有其通常的意涵，其意涵係能夠被熟悉此領域者所理解。更進一步的說，上述之詞彙在普遍常用之字典中之定義，在本說明書的內容中應被解讀為與本發明相關領域一致的意涵。除非有特別明確定義，這些詞彙將不被解釋為理想化的或過於正式的意涵。
請參照第1圖，其繪示依照本發明一實施方式之光學感測裝置100的應用示意圖。如第1圖所示，一種光學感測裝置100包含反射元件110、本體120、光源130與複數個感光元件140。反射元件110具有反射面111。本體120 具有安裝面121，安裝面121至少部分朝向反射面111，本體120配置以相對反射元件110沿移動方向MD移動，而移動方向MD實質上平行於反射面111。光源130設置於安裝面121，並配置以向反射面111射出光線LR。感光元件140設置於安裝面121。請參照第2圖，其繪示第1圖的感光元件140相對光源130的下視分佈圖。如第2圖所示，感光元件140接近光源130之一側環繞而成光源區LA，光源130至少部分位於光源區LA中。
當光學感測裝置100操作時，光源130向反射元件110的反射面111射出光線LR，光線LR在抵達反射面111時被反射面111朝反射角度θ反射，反射角度θ為被反射的光線LR與反射面111的法線之間所形成之角度，而被反射面111朝反射角度θ反射的光線LR，則朝向對應的感光元件140射出，並被對應的感光元件140接收。如上所述，光源130至少部分位於感光元件140接近光源130之一側所環繞而成的光源區LA中，也就是說，光源130實質上被感光元件140所圍繞。如此一來，感光元件140能夠接收被反射面111朝不同方向反射的光線LR，包括彼此垂直的軸向X以及軸向Y。換句話說，光學感測裝置100能夠達到二維(即軸向X及軸向Y)感測的效果，使得光學感測裝置100的感測能夠更精準。具體而言，移動方向MD位於軸向X與軸向Y所形成的平面上，而移動方向MD亦可根據實際狀況而相同於軸向X或軸向Y。如第1圖所示，移動方向MD相同於軸向Y。
更具體而言，反射元件110包含複數個凸出結構112，在本實施方式中，凸出結構112位於反射面111。在第1圖中，凸出結構112並非按照實際的比例繪示。舉例而言，凸出結構112的尺寸係以微米或奈米為單位，但本發明並不以此為限。當本體120相對反射元件110沿移動方向MD移動時，抵達反射面111的光線LR，會隨著反射面111上的凸出結構112而產生繞射(diffraction)繼而干涉(interference)的光學現象，因此，被反射面111反射的光線LR，將會出現反射方向、反射角度θ及/或強弱的變化。光學現象包括繞射與干涉為本技術領域中之通常知識，在此不作詳述。
如上所述，光源130至少部分位於感光元件140接近光源130之一側所環繞而成的光源區LA中，如此一來，感光元件140能夠接收被反射面111朝不同方向反射而產生反射方向變化、反射角度θ變化及/或強弱變化的光線LR。也就是說，感光元件140能夠接收被反射面111朝軸向X反射而產生反射方向變化、反射角度θ變化及/或強弱變化的光線LR，以及被反射面111朝軸向Y反射而產生反射方向變化、反射角度θ變化及/或強弱變化的光線LR。換句話說，當本體120相對反射元件110沿移動方向MD移動時，感光元件140能夠接收被反射面111朝二維方向反射而產生反射方向變化、反射角度θ變化及/或強弱變化的光線LR，因此，光學感測裝置100能夠達到二維感測的效果，使得光學感測裝置100的感測效果能夠更精準。
再者，在本實施方式中，如第1圖所示，光學感測裝置100更包含處理器150。處理器150電性連接感光元件140。藉由感光元件140接收被反射面111朝二維方向反射而產生反射方向變化、反射角度θ變化及/或強弱變化的光線LR，處理器150可根據感光元件140所接收到的訊號，準確地計算出本體120相對反射元件110於軸向X與軸向Y所形成的平面上沿移動方向MD移動的幅度，也就是說，光學感測裝置100能夠準確量測於二維方向上移動的幅度。
在本實施方式中，如第2圖所示，感光元件140於安裝面121上呈扇狀。然而，應了解到，以上所舉感光元件140於安裝面121上的形狀僅為例示，並非用以限制本發明，本發明所屬技術領域中具有通常知識者，應視實際需要，適當選擇感光元件140於安裝面121上的形狀，例如圓形、橢圓形、長方形、正方形、三角形、菱形以及其他多邊形等。
更具體而言，如第2圖所示，感光元件140呈輻射狀排列而圍繞光源130。換句話說，光源130位於呈輻射狀排列的感光元件140內。再者，感光元件140彼此分離，亦即感光元件140之間不具有物理接觸。如此一來，使用者可根據實際狀況，使感光元件140接收依特定方向被反射面111反射的光線LR。
再者，在本實施方式中，如第2圖所示，感光元件140於安裝面121上更沿通過光源130的方向延伸。如此一 來，感光元件140能夠接收於反射面111具有不同反射角度θ的光線LR。也就是說，當感光元件140接收被反射面111反射的光線LR時，感光元件140並不受到光線LR於反射面111的反射角度θ所限制。
在實務的應用中，感光元件140可平均地圍繞光源130分佈，而感光元件140的數量，可根據實際狀況設定成偶數或奇數。
在實務的應用中，光源130可為發光二極管(light-emitting diode；LED)、雷射二極管(laser diode)或垂直共振腔面射型雷射(vertical-cavity surface-emitting laser；VCSEL)等，但本發明並不以此為限。
請參照第3圖，其繪示依照本發明另一實施方式的感光元件140相對光源130的下視分佈圖。如第3圖所示，感光元件140彼此連接，並共同形成感光環141a。如此一來，感光元件140能夠接收於反射面111朝不同方向反射的光線LR。也就是說，在本實施方式中，當感光元件140接收被反射面111反射的光線LR時，感光元件140並不受到光線LR於反射面111的反射方向所限制。
再者，感光元件140亦可共同形成複數個感光環，而每個感光環上感光元件140的數量，可根據實際狀況設計成彼此相同或彼此不同。在本實施方式中，如第3圖所示，感光環的數量為三個，包括感光環141a、141b、141c，而感光環141a、141b、141c的圓心均位於光源區LA。舉例而言，感光環141a、141b、141c上感光元件140的數量， 彼此並不相同。如第3圖所示，形成感光環141c的感光元件140，比形成感光環141b的感光元件140多，而形成感光環141b的感光元件140，則比形成感光環141a的感光元件140多。另外，感光環與相鄰的感光環之間具有距離，具體而言，感光環141a與感光環141b之間具有距離D1，而感光環141b與感光環141c之間則具有距離D2。如此一來，使用者可根據實際狀況，除了使感光元件140能夠接收於反射面111朝不同方向反射的光線LR外，更可使感光元件140能夠接收依特定反射角度θ被反射面111反射的光線LR。
請參照第4圖，其繪示依照本發明再一實施方式的感光元件140相對光源130的下視分佈圖。在本實施方式中，如第4圖所示，使用者可根據實際狀況，使靠近光源130的感光元件140彼此連接而共同形成感光環141a，而使遠離光源130的感光元件140彼此分離，以使光學感測裝置100的應用更具靈活性。
請參照第5圖，其繪示依照本發明又一實施方式的感光元件140相對光源130的下視分佈圖。相對而言，在本實施方式中，如第5圖所示，使用者亦可根據實際狀況，使靠近光源130的感光元件140彼此分離，而使遠離光源130的感光元件140彼此連接而共同形成感光環141a，以使光學感測裝置100的應用更具靈活性。
請參照第6圖，其繪示依照本發明另一實施方式的感光元件140相對光源130的下視分佈圖。在本實施方式 中，如第6圖所示，使用者亦可根據實際狀況，使感光元件140於安裝面121上呈螺旋狀排列而圍繞光源130，如此一來，光學感測裝置100的應用能夠更具靈活性。
綜上所述，本發明的技術方案與現有技術相比具有明顯的優點和有益效果。通過上述技術方案，可達到相當的技術進步，並具有產業上的廣泛利用價值，其至少具有以下優點：
(1)由於光源至少部分位於感光元件接近光源之一側所環繞而成的光源區中，當本體相對反射元件沿移動方向移動時，感光元件能夠接收被反射面朝二維方向反射而產生反射方向變化、反射角度變化及/或強弱變化的光線，因此，光學感測裝置能夠達到二維感測的效果，使得光學感測裝置的感測效果能夠更精準。再者，藉由感光元件接收被反射面朝二維方向反射而產生反射方向變化、反射角度變化及/或強弱變化的光線，處理器可根據感光元件所接收到的訊號，準確地計算出本體相對反射元件於軸向X與軸向Y所形成的平面上沿移動方向移動的幅度，也就是說，光學感測裝置能夠準確量測於二維方向上移動的幅度。
(2)在感光元件於安裝面上沿通過光源的方向延伸的實施方式中，感光元件能夠接收於反射面具有不同反射角度的光線，也就是說，當感光元件接收被反射面反射的光線時，感光元件並不受到光線於反射面的反射角度所限制。
(3)在感光元件彼此連接，並共同形成感光環的實 施方式中，感光元件能夠接收於反射面朝不同方向反射的光線，也就是說，當感光元件接收被反射面反射的光線時，感光元件並不受到光線於反射面的反射方向所限制。
雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
120‧‧‧本體
121‧‧‧安裝面
130‧‧‧光源
140‧‧‧感光元件
LA‧‧‧光源區
X、Y‧‧‧軸向

Claims (9)

  1. 一種光學感測裝置，包含：一反射元件，具有一反射面；一本體，具有一安裝面，該安裝面至少部分朝向該反射面，該本體配置以相對該反射元件沿一移動方向移動，該移動方向實質上平行於該反射面；一光源，設置於該安裝面，並配置以向該反射面射出一光線；以及複數個感光元件，設置於該安裝面，每一該些感光元件接近該光源之一側環繞而成一光源區，該光源至少部分位於該光源區中。
  2. 如請求項1所述之光學感測裝置，其中該反射元件包含複數個凸出結構，位於該反射面。
  3. 如請求項1所述之光學感測裝置，其中該些感光元件呈輻射狀排列而圍繞該光源。
  4. 如請求項1所述之光學感測裝置，其中該些感光元件呈螺旋狀排列而圍繞該光源。
  5. 如請求項1所述之光學感測裝置，其中該些感光元件彼此分離。
  6. 如請求項1所述之光學感測裝置，其中該些感光元件彼此連接，並共同形成至少一感光環。
  7. 如請求項6所述之光學感測裝置，其中該些感光元件共同形成複數個該感光環，該些感光環的圓心位於該光源區。
  8. 如請求項7所述之光學感測裝置，其中每一該些感光環與相鄰的該感光環之間具有一距離。
  9. 如請求項1所述之光學感測裝置，更包含一處理器，電性連接該些感光元件。
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