CN104568116A - 光学传感器模块 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光学传感器模块，光学传感器模块包含两部分，包括光学模块与振动感测单元。振动感测单元配置于光学模块之上。光学模块包括一光源、一光检测器与一第二基板具有光学微反射表面。振动感测单元包括一第一基板、一振动薄膜以及一光学闸。振动薄膜配置于第一基板与光学闸之间。光源与光检测器配置于第二基板之上。
Description
技术领域
本发明关于光学传感器，特别涉及一种用于一光学感测系统中量测振动的光学传感器模块。
背景技术
一般而言，光学传感器是将光或电磁波的能量转换成电能。先前技术的光学传感器包括光电二极管、雪崩光电二极管、光电晶体管、光电MOS、具有半导体作为其主要组成部分的CCD传感器以及CMOS传感器、利用光电效应的光电倍增器等。
对于前述半导体光学传感器，有些是借由直接将载子转变为外部电流而提取输出信号作为电流，其中所述的载子是通过光照射而产生的电子或电穴。其他的是提取输出信号作为多数电流的调制，其中此调制是借由在一预定的区域中所积累的光生载子所产生的区域电场而形成。
近年来，光纤光学传感器模块的使用在感测方面的应用已经越来越普遍，特别是在那些应用中的传感器必须被放置在恶劣的环境中，其严重影响了相关的电子的性能/可靠性。光纤光学传感器模块具有一优势，即它们没有要求电子产品在或接近传感器。在光纤光学传感器模块中，光通过光纤而传送至一远程位置。
光纤传感器一般分为两类，那些专为高速动态测量所设计的传感器，以及那些专为低速、相对静态测量所设计的传感器。动态传感器的例子包括检波器、听音器与声波速度传感器，在信号变化率在1赫兹及其以上。低速(静态)传感器的例子包括温度、压力和结构的应变，其信号变化率可能在几秒钟、几分钟或几小时的数量级。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种新的具振动感测功能的光学传感器模块。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
本发明提供一种光学传感器模块。此光学传感器模块包含两部分，包括光学模块与振动感测单元。振动感测单元配置(附着)于光学模块之上。光学模块包括一光源、一光检测器与一第二基板，该第二基板具有光学微反射表面。振动感测单元包括一第一基板、一振动薄膜以及一光学闸。振动薄膜配置于第一基板与光学闸之间。光源与光检测器配置于第二基板之上。光学传感器模块可以为单一光学传感器或光学传感器阵列。
根据本发明的一观点，第二基板具有一光学微反射表面、凹槽平台结构与一定位销以利于对准。导光层形成(填入)于第二基板的凹槽平台结构之中以利于导光。导光层的材料为高分子材料或介电材料。振动薄膜为一可挠性薄膜。
根据本发明的另一观点，第一基板具有一开口以裸露振动薄膜，以及第一定位销，其形成于振动薄膜之下以利于对准。第二定位销形成于第二基板之上以支撑及对准第一定位销。
光源可以发射可见光与非可见光。在一实施例中，至少一凹槽形成于第二基板的凹槽结构之上。根据此至少一凹槽，光学组件(缆线)可以被动式地对准此至少一凹槽。
本发明的光学传感器模块具振动感测功能，本发明的优点从以下较佳实施例的叙述及权利要求将使读者得以清楚了解本发明。
附图说明
如下所述的对本发明的详细描述与实施例的示意图，应使本发明更被充分地理解；然而，应可理解此仅限于作为理解本发明应用的参考，而非限制本发明于一特定实施例之中。
图1显示根据本发明的一实施例的光学传感器模块；
图2显示图1的光学传感器模块的结构；
图3显示图1的光学传感器模块的结构；
图4显示根据本发明的一实施例的光学传感器模块；
图5显示图1的光学传感器模块的结构；
图6显示根据本发明的另一实施例的光学传感器模块的结构；
图7显示根据本发明的一实施例的光学传感器系统；
图8显示根据本发明的一实施例的光学传感器阵列。
附图标记说明
光学传感器模块 100、100a
第一基板101
开口 101a
定位销 101b、102d
第二基板 102
凹槽平台结构102a
第一光学微反射表面 102b
第二光学微反射表面 102c
振动薄膜 103
光学闸 104
光源 105
光路径105a、105b
导光层 106a、106b
光学检测器 107、107a
光学感测系统 200。
具体实施方式
此处本发明将针对发明具体实施例及其观点加以详细描述，此类描述为解释本发明的结构或步骤流程，其供以说明之用而非用以限制本发明的权利要求。因此，除说明书中的具体实施例与较佳实施例外，本发明亦可广泛施行于其它不同的实施例中。
图1显示根据本发明的一实施例的光学传感器模块。光学传感器模块可以用于作为一振动感测组件，其可以借由一标准的半导体工艺来制作。光学组件应用于振动感测组件以作为感测系统。感测系统可以用于检测声波、机械波、地震波或者其它任何介质振动所产生震动波能量。在本实施例中，光学传感器模块包含两部分，光学模块与振动感测单元。振动感测单元配置(附着)于光学模块之上。光学模块包括一光源105、一光检测器107、一第二基板102，该第二基板102具有凹槽平台结构102a与一定位销(guide pin)。振动感测单元包括一第一基板101、一振动薄膜103、一定位销101b以及一光学闸104。振动薄膜103配置于第一基板101与光学闸104之间。第一基板101配置(附着)于振动薄膜103之上。第一基板101具有一开口101a以裸露振动薄膜103的一区域。光学闸104形成(配置)于振动薄膜103之下。光学闸104位于第一基板101的开口101a之下。在一实施例中，光学闸104可以附着(预先形成)或固定于振动薄膜103之上。光源105以及光学检测器107可以配置于第二基板102之上。光源105可以发射可见光或非可见光。光源105例如为一激光光源、红外光源或发光二极管(LED)。红外光存在于红外光频带中，其可以借由激光或发光二极管所发射。
图2显示图1的光学传感器模块沿着一水平方向108的一截面图结构。第二基板102用以作为一微光学平台(optical bench)，并且具有一凹槽平台结构102a，以利于光学闸104配置于其中，以及具有一特定角度(例如45度角或其它角度)的光学微反射表面102b、102c。基于此凹槽结构，光学闸104得以配置于凹槽平台结构102a之中。在一实施例中，凹槽平台结构102a的大小是大于振动感测单元(第一基板101、振动薄膜103及光学闸104)的大小。在一实施例中，第二基板102具有一第一凹槽(凹槽结构)102a，位于其上表面之下一特定深度。一第一反射面定义于第二基板102的凹槽结构102a的一第一端，而一第二反射面定义于第二基板102的凹槽结构102a的一第二端。凹槽结构的一第一端构成一第一反射表面，而凹槽结构的一第二端构成一第二反射表面。第一凹槽102a具有一第一斜面与一第二斜面。在一实施例中，微光学平台(第二基板102）包括一具有一第一特定角度(例如45度角或其它角度)的一第一光学微反射表面(第一斜面)102b以及一具有一第二特定角度(例如45度角或其它角度)的一第二光学微反射表面(第二斜面)102c，其中微反射表面102b是相对(对面)于微反射表面102c。凹槽结构102a向上。
举例而言，光源105位于(附着于)第二基板102的左侧的上表面之上(靠近微反射表面102b)，而光检测器107系配置(附着)于第二基板102的右侧的上表面之上(靠近微反射表面102c)。因此，光源105的光路径105a(显示于图1)包括光源105发射而被第二基板102的第一反射表面102b所反射而前进到达至光学闸104的光讯号，或者被第二基板102的第一反射表面102b所反射而通过光学闸104而前进到达至第二基板102的第二反射表面102c的光讯号。
光源105发射的可见光或非可见光传播至第二基板102的第一反射表面102b以反射而前进至光学闸104，接着借由光学闸104的反射(或阻挡)或第二基板102的第二反射表面102c，以由光检测器107来接收。
当讯号波到达光学传感器模块(振动感测组件)100的振动薄膜103时，振动薄膜103即由于此讯号波而振动。由于光学闸104配置(附着)于振动薄膜103之上，光学闸104将同时跟着振动。举例而言，振动薄膜103与光学闸104将一起向上与向下振动，因而光源105所发射的光即被光学闸104所反射(阻挡)或被光检测器107所接收。因此，被光检测器107所检测到的光强度将随着光学闸104的振动而改变(逐渐增加)。检测光的强度将转变为电讯号而输出。结果，振动检测的功能可以被达成。
根据光学传感器模块(振动感测组件)100的感测，振动检测的功能可以被达成。振动感测组件100用以作为一振动侦测组件，其具有振动感测功能以用于检测声波、机械波、地震波或者其它任何介质振动所产生震动波能量。振动感测组件100整合光源105以及光检测器107以成为一光学感测系统。因此，本发明利用一光学感测系统作为振动感测系统。
此外，光学闸104的配置位置、数目、高度以及大小端视实际的应用(例如不同的讯号波、检测源)所需而定。第一基板101、第二基板102以及振动薄膜103的材料与厚度可以依照实际的应用(不同的讯号波、检测源)所需而选择。举例而言，第一基板101与第二基板102的材料为硅。因此，开口101a与凹槽平台结构102a可以利用一标准的半导体工艺(微影工艺、蚀刻工艺)来制作。举例而言，振动薄膜103的材料为可挠性薄膜。
此外，一导光层(light-guide layer)106a、106b形成(填入)于第二基板102的凹槽平台结构102a之中，如图3所示。光学闸104配置于导光层106a与导光层106b之间。导光层106a、106b的材料包括高分子材料或介电层材料。当讯号波到达光学传感器模(振动感测组件)100的振动薄膜103时，振动薄膜103与光学闸104即由于此讯号波而一起振动。从导光层106a传送至导光层106b的光信号系受到光学闸104的振动所影响。因此，被光检测器107所检测到的光强度将随着光学闸104的振动而改变(逐渐增加)。检测光的强度将转变为电讯号而输出。结果，振动检测的功能可以被达成。
图4显示图1的光学传感器模块沿着一垂直方向109的一截面图结构。定位销101b与定位销102d用于作为一对准基准，如图5所示。因此，借由对准定位销101b与第二基板的定位销102d，振动感测单元配置(附着)于光学模块之上。定位销102d为具有第一接触斜面的倾斜凸块。定位销101b为具有第二接触斜面。定位销101b的第二接触斜面的角度约略等于定位销102d的第一接触斜面的角度。对准之后，定位销101b与定位销102d的总高度(垂直方向)大于光学闸104的厚度(垂直方向)。因此当组合时，光学闸104的上部与底部的位置端视定位销101b与定位销102d的总高度(垂直方向)而定。定位销101b于接触斜面的方向而配置于定位销102d之上。在一实施例中，定位销101b借由黏胶而附着于定位销102d之上。举例而言，定位销101b为第一基板101的一部分，或为单独结构。另外，定位销102d为第二基板102的一部分，或为单独结构。定位销101b附着于振动薄膜103之上(下)。定位销101b与定位销102d可以利用一标准的半导体工艺(微影工艺、蚀刻工艺)来制作。在另一实施例中，振动薄膜103是借由胶体或金属凸块而配置(附着)于第二基板102之上，其无需利用上述的定位销101b与定位销102d来对准。
图6显示根据本发明的一实施例的一光学感测模块。在本实施例中，光源105的光路径借由一光学分光器的作用而分离以产生二个光路径，光路径105a与光路径105b。光学传感器模100a包括光检测器107与107a。光路径105a通过光学闸104而至光检测器107，其与图1相同。在另一例子中，光路径105b并无通过光学闸104而至光检测器107a。光路径105a与光路径105b的二个光信号可以彼此比较，并进一步执行数值分析以提升精确度。
图7显示根据一实施例的光学感测系统。在本实施例中，光学感测系统200包括2 x 2光学感测模块100，因此外界讯号波的振动感测可以进一步的提升。在另一实施例中，光学传感器可以为单一光学传感器或一光学传感器数组，如图8所示。光学传感器数组例如由(m × n)矩阵的光学传感器所构成，其中m与n为大于1的整数。
除描述于此之外，可借由叙述于本发明中的实施例及实施方式所达成的不同改良方式，皆应涵盖于本发明的范畴中。因此，揭露于此的附图及范例皆用以说明而非用以限制本发明，本发明的保护范畴仅应以列于其权利要求为主。
Claims (10)
1.一种光学传感器模块，其特征在于，包含：
一振动薄膜；
一第一基板，具有一开口以裸露该振动薄膜，其中该第一基板配置于该振动薄膜之上；以及
一光学闸，配置于该振动薄膜之下。
2.如权利要求1所述的光学传感器模块，其特征在于，该振动薄膜为一可挠性薄膜。
3.如权利要求1所述的光学传感器模块，其特征在于，更包括一第二基板，该第二基板具有一凹槽结构，一第一光学微反射表面与一第二光学微反射表面形成于该凹槽结构上，其中该光学闸配置于该凹槽结构之内。
4.如权利要求3所述的光学传感器模块，其特征在于，该振动薄膜通过一黏胶或导电凸块而配置于该第二基板之上。
5.如权利要求3所述的光学传感器模块，其特征在于，更包括一导光层，该导光层配置于该凹槽结构之内。
6.如权利要求3所述的光学传感器模块，其特征在于，更包括一第一定位销，该第一定位销形成于该振动薄膜之下，与一第二定位销形成于该第二基板之上。
7.如权利要求6所述的光学传感器模块，其特征在于，该第一定位销通过一黏胶而附着于该第二定位销之上。
8.如权利要求3所述的光学传感器模块，其特征在于，更包括一光源，该光源配置于该第二基板之上。
9.如权利要求8所述的光学传感器模块，其特征在于，更包括一光检测器，该光检测器配置于该第二基板之上。
10.如权利要求3所述的光学传感器模块，其特征在于，更包括一光学分光器，以及一第二光检测器，该第二光检测器配置于该第二基板之上。
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