CN106546515A - 检测装置、检测模块及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种检测装置，用以检测流体内的待测物。检测装置包括影像提取单元、至少一个透镜、检测区以及光源。影像提取单元具有至少一个镜头。透镜设置于影像提取单元的一侧，并对应于镜头，透镜与影像提取单元共同形成景深区，且具有第一光轴。检测区位于景深区内，且检测区被配置为被流体所通过。光源沿第二光轴发射光束至景深区且至少部分照亮检测区。影像提取单元提取经过检测区的待测物所反射、折射或激发的至少部分光束，以形成至少一个待测物影像。

Description

检测装置、检测模块及检测方法

技术领域

本发明涉及一种检测装置、检测模块及检测方法，特别是涉及一种用于检测流体内的微粒的检测装置、检测模块及检测方法。

背景技术

随着现代人对于健康意识的提升，除了对于食品安全的要求以外，进一步的，对于空气环境、或是环境水质、或饮用水的质量也有一定程度的需求。

以空气环境质量检测为例，市面上有多种粉尘检测仪，用以检测空气中的微粒浓度。而目前粉尘检测仪的工作原理主要是利用光吸收、β射线和交流静电感应原理等。其中，光吸收法需先利用抽气泵抽取一定体积的含尘空气并通过滤纸，使粉尘(微粒)被阻留在滤纸上。之后再以光束通过滤纸照到硅光电池上，以检测粉尘的浓度。但是，光吸收法操作繁琐，且不能通过网络远程监测。β射线法则具有一定的放射性，对测量人员的素质程度要求较高，难以供一般民众使用。而交流静电感应方法同样有操作繁琐的缺点，且准确度不高。

因此，应用新的技术，探索新的粉尘浓度检测方法非常必要。另外，为使一般民众可随时检测空气环境、环境水质及饮用水的质量，如何提供一种可检测流体内微粒浓度的检测装置，也是相当重要的。

发明内容

有鉴于上述课题，本发明的目的为提供一种检测装置、检测模块及检测方法，其通过透镜与影像提取单元的相对位置，以及光源的光束路径的设计，组成小体积的检测装置及检测模块，且操作简便，以达到可简易侦测流体内微粒浓度的目的。

为达上述目的，本发明提供一种检测装置，用以检测流体内的待测物。检测装置包括影像提取单元、至少一个透镜、检测区以及光源。影像提取单元具有至少一个镜头。透镜设置于影像提取单元的一侧，并对应于镜头，透镜与影像提取单元共同形成景深区，且具有第一光轴。检测区位于景深区内，且检测区被配置为被流体所通过。光源沿第二光轴发射光束至景深区且至少部分照亮检测区。影像提取单元提取经过检测区的待测物所反射、折射或激发的至少部分光束，以形成至少一个待测物影像。

为达上述目的，本发明另提供一种检测模块，与影像提取单元搭配使用，用以检测流体内的待测物。影像提取单元具有至少一个镜头。检测模块包括至少一个透镜、检测区以及光源。透镜对应于影像提取单元的镜头，透镜与影像提取单元共同形成景深区，且具有第一光轴。检测区位于景深区内，且检测区被配置为被流体所通过。光源沿第二光轴发射光束至景深区且至少部分照亮检测区。影像提取单元提取经过检测区的待测物所反射、折射或激发的至少部分光束，以形成至少一个待测物影像。

为达上述目的，本发明另提供一种应用检测装置以检测流体内的待测物的浓度的检测方法，且检测装置包含有影像提取单元、透镜、检测区、光源以及处理单元，影像提取单元具有镜头，透镜设置于影像提取单元的一侧并对应于镜头，透镜与影像提取单元共同形成景深区且透镜具有第一光轴，检测区位于景深区内，且检测区被配置为被流体所通过，处理单元连接于影像提取单元，其中检测区具有视野深度，待测物具有密度，检测方法包括以下步骤：光源沿第二光轴发射光束至景深区且至少部分照亮检测区；影像提取单元提取经过检测区且与第一光轴平行并朝透镜入射的待测物所反射、折射或激发的至少部分光束，以形成至少一个待测物影像；处理单元接收至少一个待测物影像，且待测物影像包括待测物经过检测区的至少一个路径，路径包括起始点、终点及路径宽度；以及处理单元通过路径的起始点、终点与路径宽度得出待测物的粒径，并由粒径、视野深度与密度计算取得待测物的浓度。

在一个实施例中，透镜具有凸部，检测区对应于凸部。

在一个实施例中，检测装置还包括通道，流体流动于通道内，且检测区置于通道中。

在一个实施例中，通道的长轴方向与第二光轴垂直或平行。

在一个实施例中，检测装置还包括处理单元，连接于影像提取单元，并接收至少一个待测物影像。

在一个实施例中，待测物影像包括待测物经过检测区的路径，路径包括起始点、终点及路径宽度。

在一个实施例中，检测区具有视野深度，该待测物具有密度，且处理单元通过路径的起始点、终点与路径宽度得出待测物的粒径，并由粒径、视野深度与密度计算取得待测物的浓度。

在一个实施例中，镜头具有快门，镜头开启快门快门时间，处理单元通过路径的起始点、终点与快门时间计算取得待测物的移动速度。

在一个实施例中，快门时间介于1/5秒～1/250秒之间。

在一个实施例中，检测装置还包括传输单元，传输至少一个待测物影像至一个外部电子装置，通过外部电子装置计算取得待测物的粒径、浓度或移动速度。

综上所述，依据本发明的检测装置、检测模块及检测方法，其通过透镜与影像提取单元的相对位置，以及检测区位于景深区内，且光源的光束路径同样射至景深区内的设计，使检测装置及检测模块相较于传统的粉尘检测仪可达到体积小，且便于携带的目的。

另外，本发明的检测装置及检测模块可计算取得流体内的待测物的浓度、尺寸、甚至是移动速度，故可广泛的应用在空气中微粒或粉尘的检测，水源的杂质检测、也可应用在生物样本，例如应用在细胞计数、细菌计数、鱼苗计数、或是检测男性精子的数量及活动力等等。

附图说明

图1为本发明的一个实施例的检测装置的示意图。

图2为图1所示的检测区另一个实施形态的示意图。

图3为图1所示的检测装置所形成的待测物影像的示意图。

图4为本发明另一个实施例中的一种检测装置的示意图。

图5为本发明的一个实施例的检测模块的示意图。

图6为本发明的一个实施例的检测装置的检测方法的流程步骤图。

具体实施方式

以下将参照相关附图，说明依据本发明优选实施例的一种检测装置及检测模块，其中相同的元件将以相同的附图标记加以说明。

图1为本发明的一个实施例的检测装置的示意图，请参考图1所示。首先，本实施例的检测装置1是用以检测流体内的待测物S，本实施例的流体可包含气体、或液体。具体而言，当流体为空气时，待测物S则可以为空气中的微粒，如粉尘等，故本实施例的检测装置1可以检测空气中的微粒(粉尘)浓度。当流体为液体时，例如饮用水或液态的生物样本，待测物S则可以为饮用水或生物样本中的微小粒子。因此，本实施例的检测装置1也可应用在检测饮用水中的悬浮物浓度，或是应用在细菌计数、细胞计数、鱼苗计数、或精子含量的计数等等。

如图1所示，本实施例的检测装置1包括影像提取单元11、至少一个透镜12、检测区13以及光源14。其中，影像提取单元11具有至少一个镜头111，而透镜12设置影像提取单元11的一侧，并对应于镜头111。换言之，透镜12设置于靠近镜头111的一侧，使待测物S所反射的光束可于通过透镜12后，再由影像提取单元11的镜头111接收，其细节在后面进一步说明。另外，本实施例的影像提取单元11是与透镜12一同封装于壳体15内。本实施例的透镜12具有凸部121，另外，透镜12凸起的非球面镜为本实施例所称的凸部121。在其他实施例中，透镜12也可以为双凸透镜，本发明并不限制。本实施例的壳体15的其中一侧具有开口151，而透镜12的凸部121对应于开口151，使待测物S所反射的光束可入射至透镜12。

在一个实施例中，影像提取单元11、透镜12、检测区13以及光源14可以封装为一体的结构。当然，在其他实施例中，也可以将透镜12、检测区13及光源14与影像提取单元11分开设置，而透镜12可直接与其他电子装置的影像提取单元11搭配使用，例如将透镜12直接置放于靠近移动电话或数字相机的镜头的一侧，本发明并不限制。

在本实施例中，透镜12与影像提取单元11共同形成景深区DOF(depth of field)。具体而言，当透镜12与影像提取单元11对焦完成之后，在成像物品置于对焦平面的前或后的一段距离内，在照片中会看起来是清晰的，故此对焦平面的前后一段距离之间，在本实施例即称为景深区DOF。换言之，透镜12与影像提取单元11对焦完成后，若成像物品(本实施例为待测物S)配置在景深区DOF内，才可清楚成像，若配置在景深区DOF外，则无法清楚成像(模糊)。另外，本实施例的景深区DOF优选小于25μm，例如介于1μm～25μm之间，优选为介于1μm～10μm。另外，本实施例的透镜12为一般的显微镜组，故其焦距(focal length)可为10mm以下或5mm以下，优选可介于0.5mm～3mm之间。在其他实施例中，透镜12也可以为望远镜组，此时，焦距则可大于10mm，例如为焦距可以为公分等级、或是公尺等级。

在本实施例中，将检测区13配置在于景深区DOF内，且检测区13为可与外部连通的结构或空间而同时被流体所通过。此外，本实施例的检测区13的范围对应于透镜12的凸部121的区域，亦或是对应于壳体15的开口151的区域。详细而言，如图1所示，本实施例的检测区13可直接为开放的空间，并将开放空间中，景深区DOF与凸部121所对应的区域界定为检测区13。进而言之，本实施例的光源14同样对应于景深区DOF而设置，使光源14所发出的光束可照射至景深区DOF，且至少部分照亮检测区13，也照亮至少部分的流体，并可同时照亮流体内的待测物S。待测物S被光束照射后，将光束经反射、折射或激发后入射至透镜12，本实施例将透镜12光轴称为第一光轴141。因此，本实施例的检测区13除了界定在可清楚成像的景深区DOF范围内，同时必须对应于透镜12的凸部121，以排除离开口151或凸部121较远的区域，该区域的待测物S被光束照射后所反射的光也无法经由开口151入射至透镜12。

图2为图1所示的检测区另一个实施形态的示意图，请参考图2所示。在本实施例中，检测装置1还包括管柱16，管柱16为透光且管柱16的二端为开放的结构，管柱16内部形成未封闭的通道161，且管柱16还可限制流体流动于所形成的通道161之内，且检测区13设置于通道161中。此外，本实施例的检测区13为通道结构，且同样可与外部的流体相互流通。同样的，如图2所示，本实施例将检测区13界定在透镜12的凸部121所对应的区域，亦或是壳体15的开口151所对应的区域。

优选地，本实施例的光源14可发射出指向性高的光束，例如光源14可以为雷射光源，可发出指向性高的雷射光、或光源14所发出的光束可先经准直器后，再发射出指向性高的光束，本发明并不限制。在此，并将该指向性高的光束的光轴称为第二光轴142，实际应用时，通道161的长轴方向可以与第二光轴142垂直或平行，本发明并不限制。在本实施例中，光源14所发出的光束，其宽度优选介于0.5mm～1mm之间。另外，优选地，第一光轴141与第二光轴142实质上相互垂直。也就是说，由待测物S所反射、折射或激发的光束中，将与第二光轴142实质上相互垂直的光束称为具有第一光轴141的光束。

接着，影像提取单元11可提取经过检测区13的待测物S所反射、折射或激发的至少部分光束，以形成至少一个待测物影像I。具体而言，光源14沿第二光轴142发射光束至景深区DOF，且至少部分照亮检测区13。光源14发射的光束(第二光轴142)照射至检测区13的待测物S后，由待测物S所反射、折射或激发的至少部分光束，在此所述的至少部分光束指前述的第一光轴141的光束再入射至透镜12，最后由影像提取单元11的镜头111所提取，并可通过影像提取单元11形成至少一个待测物影像I。而本实施例的影像提取单元11的快门可介于1/5秒～1/250秒之间，其所提取的待测物影像I示意图，如图3所示。图3为图1所示的检测装置所观察到的复数待测物S影像示意图，该待测物影像I中具有多个待测物S所形成的路径，本实施例中，待测物S是指空气中的微粒(粉尘)。关于待测物影像I，须说明的是，微粒或粉尘于流体中以三维动作路径而通过检测区13。不过，影像提取单元11则是提取微粒或粉尘三维动作路径往景深区DOF方向投影所得到微粒或粉尘的二维动作路径影像，再进一步由获得的二维动作路径影像形成二维平面影像，也就是待测物影像I。

另外，由于本实施例的检测装置1，其检测区13的位置及范围固定，故可推测出待测物影像I所提取的范围，并可由待测物影像I所具有的待测物S计算出单位面积的微粒(待测物S)浓度。具体而言，本实施例的检测装置1还包括处理单元17，连接于影像提取单元11，接收该待测物影像I，以计算取得待测物S的浓度或重量。首先，待测物影像I中所呈现的为多个待测物S所经过检测区13的路径，故可通过待测物S的起始点或终点(或平均值)所呈现的路径宽度，计算取得待测物S的尺寸大小，例如为空气中的微粒粒径。得知粒径后，可再将所见视野(field)大小及深度，加上待测物S的密度，即可估算出待测物S的浓度。另外，处理单元17也可通过影像中待测物S所经过检测区13的路径P长短，再配合快门时间，以计算取得待测物S移动的速度。当然，在其他实施例中，检测装置1也可包括传输单元，将一张或多张的待测物影像I送至外部的电子装置(例如智能型手机等)，并由外部的电子装置计算取得待测物S的浓度、尺寸或移动速度等等。因此，本实施例的检测装置1可将空气中的微小悬浮粒子影像数字化，并搭配处理单元17执行软件，以提供相关科学数据。

前述实施例的检测装置1是以一个透镜12为例说明，在其他实施例中，透镜也可以为多个透镜12a、12b、12c、12d所形成的组合，如图4所示，图4为本发明另一个实施例中的一种检测装置的示意图。其余元件与前述实施例相同，故沿用其元件标记。

图5为本发明的实施例的检测模块的示意图，请参考图5所示。本实施例的一种检测模块M可与影像提取单元11搭配使用，举例而言，可直接搭配手机或数码相机的影像提取单元11使用。并同样用于检测体内的待测物S。其中，检测模块M包括至少一个透镜12、检测区13以及光源14。影像提取单元11具有至少一个镜头111。透镜12对应于影像提取单元11的镜头111，透镜12与影像提取单元11共同形成景深区DOF，且具有第一光轴141。检测区13位于景深区DOF内，且检测区13被配置为被流体所通过。光源14沿第二光轴142发射光束至景深区DOF且至少部分照亮检测区13。影像提取单元11提取经过检测区13的待测物S所反射、折射或激发的至少部分光束，以形成至少一个待测物影像I。而检测模块M与影像提取单元11之间的元件链接关系可参考前述，在此不加赘述。

在实施上，本发明的检测装置1可直接结合于智能型手机、相机或可携式电子装置等，或是将检测模块M与智能型手机或是相机的影像提取单元11搭配使用。当然，检测装置1也可以单机使用。因此，使用者可经由智能型手机或是相机的影像提取单元11取得的微粒路径影像画面(如待测物影像I或待测物的路径P影像)。并通过智能型手机或相机的处理单元计算取的待测物S的浓度、移动速度、单位重量、或尺寸等等，并将数据指数显示在智能型手机或是相机的显示画面，以供用户了解目前空气质量，进而作健康预防处理，像是建议使用者立即离开此场所、开启或关闭空气清净机、戴口罩…等。除此之外，还通过智能型手机、相机或检测装置1所具有的传输单元，将数据上传至云端、分享亦或是发送信号给邻近的智能型手机作通知，或是启动相关空气清净设备。

在一个实施例中，使用者也可经由智能型手机、相机或检测装置1所提供的空气影像画面或数据指数，进一步计算取得相关空气质量等级，以提供给用户参考。在一个实施例中，还可设计超出特定等级时，便自动提出警示，通知使用者做健康预防处理。在一个实施例中，使用者经由智能型手机、相机或检测装置1提供长时间的空气数据指数统计(24hr或时间累计)，智能型手机、相机或检测装置1会进一步计算取得个人呼吸累积量，并可计算取得对应的图表，以供用户作个人健康管理，提醒使用者健康呼吸情境与建议。除上述的应用以外，本实施例的检测装置1或检测模块M，也可用于检测男性精子、水源、生化、医药或食安等应用。

另外，请参照图1并配合图6所示，以说明本发明的检测装置的检测方法。其中，图6为本发明实施例的检测装置的检测方法的流程步骤图。

检测方法应用检测装置1以检测流体内的待测物S的浓度。如图6所示，检测装置1的检测方法可包括步骤S01～步骤S04。

首先，光源沿第二光轴发射光束至景深区且至少部分照亮检测区(步骤S01)；接着，影像提取单元提取经过检测区且与第一光轴平行并朝透镜入射的待测物所反射、折射或激发的至少部分光束，以形成至少一个待测物影像(步骤S02)；再者，处理单元接收至少一个待测物影像，且待测物影像包括待测物经过检测区的至少一个路径，路径包括起始点、终点及路径宽度(步骤S03)；最后，处理单元通过路径的起始点、终点与路径宽度得出待测物的粒径，并由粒径、视野深度与密度计算取得待测物的浓度(步骤S04)。

此外，检测装置1的检测方法的其他技术特征可参照上述检测装置1的相关说明，不再赘述。

综上所述，依据本发明的检测装置、检测模块及检测方法，其通过透镜与影像提取单元的相对位置，以及检测区位于景深区内，且光源的光束路径同样射至景深区内的设计，使检测装置及检测模块相较于传统的粉尘检测仪可达到体积小，且便于操作的目的。

另外，本发明的检测装置、检测模块及检测方法可计算取得流体内的待测物的浓度、尺寸、甚至是移动速度，故可广泛的应用在空气中微粒或粉尘的检测，水源的杂质检测、也可应用在生物样本，例如应用在细胞计数、或是检测男性精子的数量及活动力等等。

以上所述仅为举例性，而非为限制性者。任何未脱离本发明的精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包含在后附的权利要求中。

Claims (11)

1.一种检测装置，用以检测流体内的待测物，该检测装置包括：

影像提取单元，具有至少一个镜头；

至少一个透镜，设置于该影像提取单元的一侧，并对应于该镜头，该透镜与该影像提取单元共同形成景深区，且具有第一光轴；

检测区，该检测区位于该景深区内，且该检测区被配置为被该流体所通过；以及

光源，沿第二光轴发射光束至该景深区且至少部分照亮该检测区，

其中该影像提取单元提取经过该检测区的该待测物所反射、折射或激发的至少部分该光束，以形成至少一个待测物影像。

2.根据权利要求1所述的检测装置，其中该透镜具有凸部，该检测区对应于该凸部。

3.根据权利要求1所述的检测装置，还包括：

通道，该流体流动于该通道内，且该检测区设置于该通道中。

4.根据权利要求1所述的检测装置，还包括：

处理单元，连接于该影像提取单元，并接收该至少一个待测物影像。

5.根据权利要求4所述的检测装置，其中该待测物影像包括该待测物经过该检测区的路径，该路径包括起始点、终点及路径宽度，且该检测区具有视野深度，该待测物具有密度，且该处理单元通过该路径的该起始点、该终点与该路径宽度得出该待测物的粒径，并由该粒径、该视野深度与该密度计算取得该待测物的浓度。

6.一种检测模块，与影像提取单元搭配使用，用以检测流体内的待测物，该影像提取单元具有至少一个镜头，该检测模块包括：

至少一个透镜，对应于该影像提取单元的该镜头，该透镜与该影像提取单元共同形成景深区，且具有第一光轴；

检测区，该检测区位于该景深区，且该检测区被配置为被该流体所通过；以及

光源，沿第二光轴发射光束至该景深区且至少部分照亮该检测区，

其中该影像提取单元提取经过该检测区的该待测物所反射、折射或激发的至少部分该光束，以形成至少一个待测物影像。

7.根据权利要求6所述的检测模块，其中该透镜具有凸部，该检测区对应于该凸部。

8.根据权利要求6所述的检测模块，还包括：

通道，该流体流动于该通道内，且该检测区设置于该通道中。

9.根据权利要求6所述的检测模块，还包括：

处理单元，连接于该影像提取单元，并接收该至少一个待测物影像。

10.根据权利要求9所述的检测模块，其中该待测物影像包括该待测物经过该检测区的至少一个路径，该路径包括起始点、终点及路径宽度，且该检测区具有视野深度，该待测物具有密度，且该处理单元通过该路径该起始点、该终点与该路径宽度得出该待测物的粒径，并由该粒径、该视野深度与该密度计算取得该待测物的浓度。

11.一种检测方法，应用检测装置以检测流体内的待测物的浓度，且该检测装置包含有影像提取单元、透镜、检测区、光源以及处理单元，该影像提取单元具有镜头，该透镜设置于该影像提取单元的一侧并对应于该镜头，该透镜与该影像提取单元共同形成景深区且该透镜具有第一光轴，该检测区位于该景深区内，且该检测区被配置为被该流体所通过，该处理单元连接于该影像提取单元，其中该检测区具有视野深度，该待测物具有密度，该检测方法包括以下步骤：

该光源沿第二光轴发射光束至该景深区且至少部分照亮该检测区；

该影像提取单元提取经过该检测区且与该第一光轴平行并朝该透镜入射的该待测物所反射、折射或激发的至少部分该光束，以形成至少一个待测物影像；

该处理单元接收该至少一个待测物影像，且该待测物影像包括该待测物经过该检测区的至少一个路径，该路径包括起始点、终点及路径宽度；以及

该处理单元通过该路径的该起始点、该终点与该路径宽度得出该待测物的粒径，并由该粒径、该视野深度与该密度计算取得该待测物的浓度。