CN106802280A - 光学感测模块 - Google Patents

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CN106802280A
CN106802280A CN201510958313.2A CN201510958313A CN106802280A CN 106802280 A CN106802280 A CN 106802280A CN 201510958313 A CN201510958313 A CN 201510958313A CN 106802280 A CN106802280 A CN 106802280A
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optical
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王钦宏
柯正达
杨省枢
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    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands

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Abstract

本发明公开一种光学感测模块，通过感测光束感测待测物的特性，其包括承载基板、透光盖体、侧壁、光栅以及光学感测器。透光盖体上配置反射面，反射面具有透光开口。透光开口暴露出部分透光盖体。侧壁配置于承载基板的周围，且位于承载基板与透光盖体之间。光栅配置于承载基板上，且光栅的位置对应于透光开口。光学感测器配置于承载基板上，且位于光栅旁，其中承载基板、侧壁以及透光盖体形成真空腔室，且光栅与光学感测器配置于真空腔室内。

Description

光学感测模块
技术领域
本发明涉及一种感测模块，且特别是涉及一种光学感测模块。
背景技术
近年来，随着工业发展以及城市的现代化建设，导致大气中大量的污染物快速地增加，造成空气品质恶化，并危害人类的健康。
因此，气体感测器被开发并用以感测大气中的污染物。举例来说，一般的气体感测器中配置有特定的金属氧化物，而此特定的金属氧化物会与特定的气体污染物进行化学反应，以感测气体污染物的存在或其特性。然而，上述利用金属氧化物的气体感测器由于仅能与特定的气体污染物产生化学反应，并无法感测其他气体。也就是说，利用金属氧化物的气体感测器仅能一对一地感测特定的气体污染物，对于使用者来说并不具有使用上的便利性。另一方面，在湿度较高的环境下(例如浴室)，金属氧化物易受潮而变质，而此会导致气体感测器无法达到感测气体污染物的功能。
于是，光学气体感测器则被开发出来以解决上述的问题，其原理主要是通过感测光束经过气体污染物后，光学气体感测器接收感测光束以得到气体污染物的物质特性。但是，现阶段利用光学气体感测器由于光传递路径的距离长，模块的体积过大，携带不方便，缺乏即时监测的优势。此外，由于光传递路径的距离较长，而容易使得光强度衰减，影响感测结果的准确性。因此如何更进一步地降低气体感测器的体积以提升气体感测器的实用性且提升感测结果的准确性，实为目前研发人员亟欲寻求突破的议题之一。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光学感测模块，其具有较小的体积与较高的准确性。
为达上述目的，本发明提供一种光学感测模块，通过感测光束感测待测物的特性，其包括承载基板、透光盖体、侧壁、光栅以及光学感测器。透光盖体上配置反射面。反射面具有透光开口，且透光开口暴露出部分透光盖体。侧壁配置于承载基板的周围，且位于承载基板与透光盖体之间。光栅配置于承载基板上，且光栅的位置对应于透光开口。光学感测器配置于承载基板上，且位于光栅旁，其中承载基板、侧壁以及透光盖体形成真空腔室，且光栅与光学感测器配置于真空腔室内。
在本发明的一实施例中，上述的感测光束经由透光开口进入真空腔室并传递至光栅，光栅使在真空腔室中传递的感测光束产生绕射而传递至反射面，且产生绕射后的感测光束被反射面反射至光学感测器。
在本发明的一实施例中，上述的光栅包括绕射面，且绕射面具有多个绕射结构。
在本发明的一实施例中，上述的这些绕射结构的形状为锯齿状或波浪状。
在本发明的一实施例中，上述的这些绕射结构沿着曲面或平面排列，其中曲面为朝向透光盖体的凹面或朝向透光盖体的凸面。
在本发明的一实施例中，上述的光栅还包括第一端与相对于第一端的第二端。第一端远离光学感测器。第二端邻近于光学感测器，其中第一端与反射面的距离小于第二端与反射面的距离。
在本发明的一实施例中，上述的透光开口延伸的方向与这些绕射结构延伸的方向实质上相同。
在本发明的一实施例中，上述的承载基板还包括基材、线路层、多个接垫、钝化层以及多个导电贯孔。基材具有第一表面与相对于第一表面的第二表面，其中侧壁、光栅以及光学感测器配置于第一表面上。线路层配置于第二表面上。这些接垫电连接于线路层。钝化层配置于线路层上，且暴露出这些接垫。各导电贯孔贯穿基材，各导电贯孔的一端连接至光学感测器，且各导电贯孔的另一端则连接至线路层。
在本发明的一实施例中，上述的光学感测模块还包括吸光层，吸光层配置于未被侧壁、光栅以及光学感测器覆盖的第一表面上。
在本发明的一实施例中，上述的光学感测模块还包括控制单元，其存储比对信息。控制单元通过线路层电连接于光学感测器，控制单元用以接收由光学感测器传送的光度信息，且将光度信息与该比对信息进行比对，其中经过待测物的感测光束决定光度信息。
在本发明的一实施例中，上述的光学感测模块还包括温度感测器，温度感测器通过线路层电连接于控制单元，温度感测器用以感测光学感测模块的温度信息，并将温度信息传送至控制单元，且控制单元依据温度信息决定比对信息。
在本发明的一实施例中，上述的光学感测模块还包括透光腔体、光源以及聚焦透镜。透光腔体包括进入口与排出口，其中进入口用以使待测物进入透光腔体，而排出口用以使待测物离开透光腔体。光源用以发出感测光束，其中光源配置于透光腔体的外表面上，且感测光束穿透透光腔体进入透光开口。聚焦透镜配置于感测光束的传递路径上，且位于光源与透光开口之间。
在本发明的一实施例中，上述的透光腔体还包括反射层，反射层配置于透光腔体的内表面上。
在本发明的一实施例中，上述的光学感测模块还包括模拟数字转换器，模拟数字转换器配置于承载基板与光学感测器之间。
在本发明的一实施例中，上述的光学感测模块还包括遮光件，遮光件配置于透光盖体、侧壁与承载基板的周边。
在本发明的一实施例中，上述的真空腔体的气体压力范围落在1×10-2托耳至1×10-7托耳的范围内。
在本发明的一实施例中，上述的光学感测器为可见光感测器、红外光感测器或紫外光感测器。
在本发明的一实施例中，上述的透光开口为狭缝。
在本发明的一实施例中，上述的侧壁为气体吸附层。
在本发明的一实施例中，上述的气体吸附层的材料包括铜、铝、钒、锆、钴或其组合。
基于上述，本发明实施例的光学感测模块通过承载基板、侧壁与透光腔体形成真空腔室，并将光栅与光学感测器配置于真空腔室内，此配置可使感测光束较不受残留于真空腔室内的气体影响感测结果。此外，光学感测器与光栅配置于基材的第一表面上，且光栅的位置对应于透光开口。此光路配置可使得感测光束以较短的光传递路径传递至光学感测器，而具有体积较小、携带方便，更能够达到即时监测的效果。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附的附图作详细说明如下。
附图说明
图1A为本发明一实施例的光学感测模块的剖面示意图；
图1B为图1A的实施例的部分光学感测模块的剖面示意图；
图1C至图1F为本发明不同实施例的部分光学感测模块的剖面示意图；
图2A至图2F为本发明一实施例的部分光学感测模块的制作流程示意图。
符号说明
100a、100b、100c、100d、100e：光学感测模块
101：控制单元
102：模拟数字转换器
103：温度感测器
104：吸光层
105：遮光件
110：承载基板
112：基材
112a：第一表面
112b：第二表面
113：导电贯孔
114：线路层
115：凸块
116：接垫
118：钝化层
120：透光盖体
122：反射面
122a：透光开口
130：侧壁
140：光栅
142：绕射面
142a：绕射结构
150：光学感测器
160：真空腔室
170：透光腔体
172：进入口
174：排出口
176：反射层
176a：开口
180：光源
190：聚焦透镜
X：X轴
Y：Y轴
Z：Z轴
D：间距
G：待测物
S1：第一端
S2：第二端
B：感测光束
B1、B2、B3：绕射光
具体实施方式
为了详细说明本发明多个实施例的光学感测模块的配置关系，在本发明多个实施例中，光学感测模块可视为处于由X轴、Y轴以及Z轴所建构的空间中。X轴方向沿着水平方向延伸，Z轴方向垂直于X轴方向且沿着垂直方向延伸，而Y轴方向垂直于X轴方向也垂直于Z轴方向。
图1A绘示为本发明一实施例的光学感测模块100a的剖面示意图，通过感测光束B感测待测物G的特性。请参照图1A。光学感测模块100a包括承载基板110、透光盖体120、侧壁130、光栅140以及光学感测器150。透光盖体120上配置反射面122，反射面122具有透光开口122a，且透光开口122a暴露出部分透光盖体120。侧壁130配置于承载基板110的周围，且位于承载基板110与透光盖体120之间。光栅140配置于承载基板110上，且光栅140的位置对应于透光开口122a。光学感测器150配置于承载基板110上，且位于光栅140旁，其中承载基板110、侧壁130以及透光盖体120形成真空腔室160，且光栅140与光学感测器150配置于真空腔室160内。
透光盖体120的材料例如是玻璃或者是其他具有较高气密性且高透光度的材料；而承载基板110的材料例如是玻璃、硅或者是其他具有较高气密性的材料，本发明不以此为限。由于透光盖体120与承载基板110为具有高气密性的特性，不易使外部气体或者是液体进入真空腔室160，可以维持真空腔室160维持在一定的气压范围。此外，更可以避免光学感测器150受到杂质或微粒的污染。
应注意的是，于此处所提到的真空腔室160中的“真空”一词并非指绝对的真空(举例而言，绝对的真空是指真空腔室160的气体压力为0托耳)，而是相对于外部环境的真空。举例来说，真空腔室160中在制造光学感测模块100a的过程中会有少许的残存气体留于真空腔室160中。在本实施例中，真空腔室160中的气体压力范围落在1×10-2托耳至1×10-7托耳的范围内。
接着，在本实施例中，侧壁130例如是气体吸附层，其中气体吸附层的材料包括铜(Cu)、铝(Al)、钒(V)、锆(Zr)、钴(Co)或其组合，本发明并不以此为限。换言之，气体吸附层为具有化学活性的金属或其合金，其可以与真空腔室160中的部分气体进行化学反应。也就是说，本实施例的侧壁130(气体吸附层)可以与真空腔室160中的不同气体进行不同的化学反应，举例而言：
GM+O2→GMO；
GM+N2→GMN；
GM+CO2→CO+GMO→GMC+GMO；
GM+CO→GMC+GMO；
GM+H2O→H+GMO→GMO+H
GM+H2→GM+H；
GM+碳氢化合物(CxHx)→GMC+H；
GM+惰性气体→无反应
其中，上述化学方程式中注记的GM代表是侧壁130(气体吸附层)。由上述的化学方程式可知，侧壁130(气体吸附层)可以进一步地与真空腔室160中的气体进行化学反应，并形成具有较低蒸气压的化合物于侧壁130(气体吸附层)的表面上。因此，通过侧壁130(气体吸附层)不断地与真空腔室160中的部分气体进行化学反应，使真空腔室160内的气压动态平衡，而此可以使得真空腔室160相对于外部环境能够维持在上述所提到的较低的气体压力范围。值得一提的是，本实施例的光学感测模块100a由于侧壁130(气体吸附层)会与在真空腔室160中的气体进行反应，因此当感测光束B由透光开口122a进入真空腔室160后可以有较少的机率经过残留于真空腔室160中的气体，以避免残留于真空腔室160的气体影响整体的感测结果。因此本实施例的光学感测模块100a可以有较高的准确性。
在接下来的段落中提供一比较实施例的光学感测模块与本实施例的光学感测模块100a做比较，两者主要差异在于：比较实施例的侧壁不具有气体吸附的功能，而本实施例的光学感测模块100a具有气体吸附的功能。下表一提供关于比较实施例的光学感测模块其腔室内的气体特性与本实施例的光学感测模块100a的真空腔室160内的气体特性，如下所示。
表一
由上表一可知，由于本实施例的侧壁130(气体吸附层)具有气体吸附的功能，因此可以使得真空腔室160具有较低的气体压力。此外，侧壁130(气体吸附层)更能够与残留于真空腔室160中的气体的碳氢化合物(例如是CH4、C2H6或C3H8)进行化学反应，以避免其影响感测结果。值得一提的是，本实施例中的真空腔室160所残留的气体大部份为惰性气体：氦(He)或氩(Ar)，其化学性质稳定，并不会与感测光束B进行反应，因此本实施例的光学感测模块100a具有较高的准确性。
值得注意的是，本实施例的透光盖体120与承载基板110的间距D可小于300μm。若间距D过大，进入真空腔室160的感测光束B的光强度会衰减，影响感测结果。
请再参照图1A，本实施例的光学感测模块100a是通过感测光束B来感测待测物G的特性，在本实施例中，待测物G例如是待测气体。具体而言，光学感测模块100a还包括透光腔体170、光源180以及聚焦透镜190。透光腔体170包括进入口172与排出口174，其中进入口172用以使待测物G进入透光腔体170，而排出口174用以使待测物G离开透光腔体170。光源180用以发出感测光束B，光源180配置于透光腔体170的外表面上，且感测光束B穿透透光腔体170进入透光开口122a。在本实施例中，透光开口122a例如是狭缝。聚焦透镜190配置于侦侧光束B的传递路径上，且位于光源180与透光开口122a之间，聚焦透镜190用以聚焦感测光束B，以避免感测光束B因光路径过长而导致其光强度衰减，影响光学感测模块100a的感测结果。
值得一提的是，待测物G也可以是待测液体，本发明并不以待测物的形态为限。因此，本实施例的光学感测模块100a除了感测大气中的待测气体之外(大气中污染物侦测)，也可以用于感测待测液体中的不同成分(水质污染物侦测)。只要是能透光的待测物G，都不脱离本实施例的光学感测模块所能感测的待测物。
在本实施例中，透光腔体170还包括反射层176，其中反射层176配置于透光腔体170的内表面上，且反射层176具有开口176a，开口176a使光源180所发出的感测光束B穿透透光腔体170，其中反射层176的材料可以是金属或者是其他具有高光反射率的材料，本发明并不以此为限。值得一提的是，反射层176除了可以避免外在光束进入透光腔体170以影响光学感测模块100a的感测结果之外，更可以使得未进入透光开口122a的部分感测光束B再经过一至多次的反射，而进入透光开口122a。换言之，反射层172的配置可以提高感测光束B进入透光开口122a的机率。
应注意的是，透光开口122a与透光腔体170的“透光”一词是指相对于感测光束B的波段来说可以穿透。此外，光源180所使用的发光装置可以是发光二极管(Light Emitting Diode)、激光(Laser)或者是任何类型的发光装置，本发明并不以此为限。进一步来说，光源180所发出的感测光束B所发出的波段可以是可见光、红外线、紫外线或者是其他不同的光波段，本发明并不以此为限。接着，根据不同的感测光束B所发出的波段，光学感测器150例如可以是可见光感测器、红外光感测器、紫外光感测器或者是其他能够感测不同波段的感测器，只要是光学感测器150能够感应到感测光束B即可。另一方面，关于光学感测器150所使用的种类，例如是互补式金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)影像感测器、电荷耦合元件(Charge Coupled Device，CCD)等固体光学摄像元件或其他类似装置，本发明并不以此为限。而对于光学感测器150所感测的维度来说，光学感测器150可以是一维影像感测器或二维影像感测器，本发明并不以此为限。
为了更清楚地说明本实施例的感测光束B在真空腔室160中的光传递路径，图1B绘示的是本实施例的部分光学感测模块100a。请参照图1B，在本实施例中，感测光束B经由透光开口122a(狭缝)进入真空腔室160并传递至光栅140，光栅140使在真空腔室160中传递的感测光束B产生绕射，而使感测光束B形成多道具有不同波长的绕射光B1、B2、B3(在图1A与图1B中绘示为三道不同的绕射光，其仅为示意)，而传递至反射面122，且产生绕射后的感测光束B(绕射光B1、B2、B3)被反射面122反射至光学感测器150。至少部分的绕射光B1、B2、B3传递至光学感测器150上形成光谱。详言之，光学感测器150所测量到的光谱为待测物G的吸收光谱。应注意的是，在本实施例中，由于光学感测器150所测量到的光谱为待测物G的吸收光谱。因此，在本实施例中，感测光束B所感测的待测物G的特性例如是待测物G的分子吸收特征光谱。换言之，在此处待测物G的特性是以待测物G的吸收光谱为例。在其他实施例中，也可以是待测物G的发射光谱、光调制光谱、光激发荧光光谱、拉曼光谱、穿透光谱、反射光谱或者是其他的光谱种类，本发明并不以此为限。当然，待测物G的特性也不仅是光谱本身，也可以是由光谱中得到的关于待测物G的各种特性，本发明并不以此为限。
值得一提的是，由于本实施例的光学感测器150与光栅140配置于第一表面112a上，光栅140的位置对应于透光开口122a，且光栅140位于光学感测器150旁。感测光束B由透光开口122a进入真空腔体160后，再经由上述所提到的光传递路径被反射面122反射至光学感测器150。所以本实施例的感测光束B可以以较短的光传递路径传递至光学感测器150，而具有体积较小、携带方便，更能够达到即时监测的效果。此外，也可以大幅地降低光传递路径，可提升感测结果的准确性。
具体来说，本实施例的光学感测器150包括多个像素(Pixel，未绘示)，且这些像素例如是以阵列的方式排列，例如是M×N个像素阵列，其中M、N为大于等于1的正整数，且M≠N。每一个像素还包括光二极管(PhotoDiode，PD，未绘示)与信号输出端(未绘示)，光二极管可将光信号转换成电信号，并将电信号由信号输出端输出。当绕射光B1、B2、B3传递至光学感测器150上的不同位置时，各像素可以感测上述绕射光(B1、B2、B3)所对应不同波长的光强度，而光二极管可以针对不同的光强度对应发出不同强度的电信号，电信号并由对应的信号输出端输出。因此，光学感测器150测量出经过待测物G的感测光束B的光度信息。详细来说，光学感测器150根据各绕射光(B1、B2、B3)的光强度，所测量出经过待测物G的感测光束B的光度信息。
在本实施例中，光学感测模块100a还包括模拟数字转换器(Analog/Digital Converter)102，其中模拟数字转换器102配置于承载基板110与光学感测器150之间。具体来说，光学感测器150将上述所测量到的光度信息转换成模拟信号，并输出至模拟数字转换器102。模拟数字转换器102对光学感测器150所输出的模拟信号(光度信息)进行数字信号处理(Digital Signal Processing，DSP)。也就是将光度信息由模拟信号转换成数字信号。
另一方面，请再参照图1A。在本实施例中，承载基板110还包括基材112、线路层114、多个接垫116、钝化层118以及多个导电贯孔113。基材112具有第一表面112a与相对于第一表面112a的第二表面112b。为简化说明，基材112的内部连结结构并未绘示出来，基材112例如是单面线路板、双面线路板或多层线路板，本发明并不以此为限。侧壁130、光栅140以及光学感测器150配置于第一表面112a上。换言之，光栅140以及光学感测器150配置于第一表面112a、侧壁130与承载基板110所定义出的真空腔室160内。线路层114则配置于第二表面112b上。这些接垫116电连接于线路层114。钝化层118配置于线路层114上，且暴露出这些接垫116，其中钝化层118的材料例如是氧化物绝缘材料或者是高分子绝缘材料，本发明并不以此为限。各导电贯孔113贯穿基材112，且各导电贯孔113的一端连接至光学感测器150，而各导电贯孔113的另一端则连接至线路层114。此外，承载基板110还包括多个凸块115，其中各凸块115一对一地对应配置于各接垫116上。
应注意的是，接垫116可以是集成电路芯片(integrated circuit chip)上的输入输出接垫(Input/Output pad)。而对应于配置在接垫116上的各凸块115则是输入输出凸块(Input/Output pad)。此外，凸块115的材料例如是选自锡(Sn)、银(Ag)、铜(Cu)或是其合金所构成族群中的其中一种材质，或者是其他非铅(Pb)或无铅的合金，以避免造成环境污染，本发明并不以此为限。接着，在本实施例中，光学感测模块100a还包括控制单元101，其存储比对信息。具体而言，控制单元101可以是计算器、微处理器(MicroController Unit,MCU)、中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，或是其他可编程的控制器(Microprocessor)、数字信号处理器(Digital SignalProcessor，DSP)、可编程控制器、特殊应用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuits，ASIC)、可编程逻辑装置(Programmable Logic Device，PLD)或其他类似装置，本发明并不以此为限。控制单元101通过线路层114、接垫116以及凸块115电连接于光学感测器150。控制单元101用以接收光学感测器150传送的光度信息。具体而言，控制单元101是接收由模拟数字转换器102转换的光度信息(数字信号)。控制单元101将光度信息与比对信息进行比对，其中经过待测物G的感测光束B决定光度信息。在下方的段落中会具体的说明光度信息与比对信息的具体比对过程。
此外，在本实施例中，光学感测模块100a还包括温度感测器103。温度感测器103通过线路层114、接垫116以及凸块115电连接于控制单元101。温度感测器103感测光学感测模块100a的温度信息，且温度信息例如是光学感测模块100a的温度。控制单元101根据此温度信息决定比对信息。
具体而言，在本实施例中，控制单元101所存储的比对信息例如是不同的化学键键结形式对应的吸收波长或者是针对各种气体的吸收波段。由于不同的化学键键结形式对应的吸收波长或者是针对各种气体的吸收波段为温度的函数。因此，当控制单元101接收温度信息后，得知光学感测模块100a的温度，并且根据光学感测模块100a的温度来选出在此温度下所对应的比对信息。而当控制单元101接收到光度信息后，会与上述选出的比对信息进行比对，以确定待测物G的性质。下表二与下表三是在环境温度(室温，T＝300K)，比对信息的具体实施例。
表二
表三
应注意的是，此处所揭示的比对信息仅为范例，比对信息还可以是其他上表二所未提到的气体、固体、液体或不同化学键键结形式的吸收波长，本发明并不以此为限。
值得一提的是，由于部分传递于真空腔室160中的感测光束B并不一定会直接经由反射面122反射至光学感测器150。而是有可能先传递至未被侧壁130、光栅140以及光学感测器150覆盖的第一表面112a上再反射至反射面122，并再经由反射面122反射至光学感测器150，而此会影响光学感测模块100a的感测结果。在本实施例中，光学感测模块100a还包括吸光层104，其配置于未被侧壁130、光栅140以及光学感测器150覆盖的第一表面112a上。吸光层104用以吸收部分感测光束B。因此，吸光层104的配置可以有效地降低整体感测光束B的反射次数，以使光学感测模块100a的感测结果更为准确。
在本实施例中，光学感测模块100a还包括遮光件105，其中遮光件105配置于透光盖体120、侧壁130以及承载基板110的周边。在本实施例中，遮光件105例如是塑胶制成的壳体，壳体用以使透光盖体120、侧壁130以及承载基板110固定。遮光件105用以遮蔽由透光盖体120、侧壁130以及承载基板110的周边，而此配置可以避免环境光束进入真空腔室160，以避免环境光束影响光学感测模块100a的感测结果。在其他的实施例中，遮光件105例如是金属薄膜，其可以通过蒸镀或溅镀的方式沉积金属薄膜于透光盖体120、侧壁130以及承载基板110组成的周边。当然，遮光件105并不限于上述的实施例，只要是具有遮住光束功能的构件都可当作本发明的遮光件105，本发明并不以此为限。
请再参照图1B，在本实施例中，光栅140包括绕射面142、第一端S1与第二端S2。绕射面142具有多个绕射结构142a，其中这些绕射结构142a的形状为锯齿状。在其他的实施例中，这些绕射结构142a的形状则为波浪状，本发明并不以此为限。第一端S1远离光学感测器150。第二端S2相对于第一端S1，第二端S2邻近光学感测器150，其中第一端S1与反射面122的距离等于第二端S2与反射面122的距离。换言之，绕射面142的巨观轮廓包括图1B所示的平面，且这些绕射结构142a沿着平面排列。接着，在本实施例中，透光开口122a延伸的方向例如是沿着Z轴方向延伸，而这些绕射结构142a延伸的方向同样沿着Z轴方向延伸。也就是说，透光开口122a延伸的方向与这些绕射结构142a延伸的方向实质上相同。
当然，在本实施例中，光学感测模块100a还可包括如运算模块、存储模块、通讯模块、电源模块等适当的功能性元件，本发明并不加以限制。
在此必须说明的是，下述实施例沿用前述实施例的元件标号与部分内容，其中采用相同的标号来表示相同或近似的元件，并且省略了相同技术内容的说明。关于省略部分的说明可参考前述实施例，下述实施例不再重复赘述。
图1C与图1D分别绘示为本发明不同实施例的部分光学感测模块100b与100c，此两者分别对图1A与图1B所绘示的部分光学感测模块100a的主要差异在于：光学感测模块100b与100c的绕射面142的巨观轮廓包括图1C与图1D所绘示的曲面，且这些绕射结构142a沿着曲面排列。更具体来说，光学感测模块100b与100c的曲面朝向透光盖体120，其中光学感测模块100b朝向透光盖体120的曲面为凹面，而光学感测模块100c朝向透光盖体120的曲面为凸面。
图1E与图1F分别绘示为本发明不同实施例的部分光学感测模块100d与100e，其中光学感测模块100d与光学感测模块100b主要差异在于：第一端S1与反射面122的距离小于第二端S2与反射面122的距离。换言之，曲面由离反射面122较小的距离的第一端S1往离反射面122较大的距离的第二端S2倾斜。而光学感测模块100e与光学感测模块100c的主要差异与上述光学感测模块100d与光学感测模块100b主要差异相同，在此不再赘述。
以下举出利用上述任一光学感测模块(100a、100b、100c、100d、100e)的一种测量待测物G的方法。首先，关闭进入口172与排出口174，并使光源180发出感测光束B，以测量出尚未带有待测物G的透光腔体170内的光度信息，以作为校正。也就是先对原本透光腔体170内部的气体侦测其光度信息。接着，关闭光源180。然后，开启进入口172并关闭排出口174，以使待测物G通过进入口172进入透光腔体170内部。接着，再一次开启光源180开关以使光源180发出感测光束B，使感测光束B经过待测物G，以测量出带有待测物G的透光腔体170内的光度信息。为方便起见，以下将未带有待测物G的透光腔体170内的光度信息称作校正信息，而带有待测物G的透光腔体170内的光度信息仍称作光度信息。由于透光腔体170内也可能带有影响感测结果的物体(例如是气体或液体)，因此在控制单元101对光度信息与比对信息进行比对之前，控制单元101会根据校正信息对光度信息做校正。以避免原本在透光腔体170内的带有影响感测结果的物体(例如是气体或液体)影响光学感测模块的感测结果，因此可以更进一步地提升本实施例的光学感测模块的准确性。此外，一般的气体感测器在测量时需要抽气装置，抽气装置用以将容置待测物G的腔室中的气体抽出，以避免原先在腔室中的气体影响感测结果的准确性。相对于一般的气体感测器，本发明上述提到的多个实施例的光学感测模块更具有节省成本，且具有较小的体积的优势。
因此，当控制单元101将光度信息与校正信息进行校正后，再把光度信息校正后的结果与比对信息进行比对。若控制单元101感测到光度信息校正后的结果后在特定波段的吸收光谱的光强度较弱，则代表待测物G吸收了待测光束B于此波段的光束。举例来说，若控制单元101感测到在波长4.3μm有一吸收波峰，则代表待测物G中包括二氧化碳。进一步来说，比对信息包括不同待测物G的吸收系数，因此控制单元101可以针对吸收波峰百分比下降的程度，进一步地计算出待测物G的浓度。当然，上述的实施例仅为举例，本发明并不以此为限。
值得一提的是，经过一定的时间之后，光源180所发出的感测光束B的光强度会随着时间衰减。若依据上述的测量方式，也就是先以校正信息对光度信息进行校正，可以避免透光腔体170内的带有影响感测结果的物体(例如是气体或液体)影响光学感测模块的感测结果，且同时也避免因为光源180的光强度衰减而影响到光学感测模块的感测结果。
图2A至图2F为制作上述任一部分光学感测模块(100a、100b、100c、100d、100e)的制作流程示意图，此处以光学感测模块100a为例。请先参照图2A，提供承载基板110。承载基板110包括基材112、多个导电贯孔113、线路层114、多个接垫116以及钝化层118。具体而言，这些导电贯孔113的形成方式例如是对基材112进行光刻制作工艺，利用光刻制作工艺定义出这些导电贯孔113在基材112上的位置。接着，针对上述利用光刻制作工艺定义出导电贯孔113的位置进行蚀刻制作工艺，蚀刻并贯穿基材112，以形成多个贯孔。然后，填入导电性佳的金属或金属合金于这些贯孔中，形成这些导电贯孔113，并除去光刻制作工艺留下来的光致抗蚀剂。
请再参照图2A，基材112包括相对的第一表面112a与第二表面112b。形成线路层114的方式例如是利用光刻制作工艺在第二表面上112b定义出线路层114的位置。接着，针对上述利用光刻制作工艺定义出线路层114的位置，并利用蒸镀、溅镀或其他沉积技术以沉积导电性佳的金属或金属合金，以在第二表面112b上形成线路层114，并除去光刻制作工艺留下来的光致抗蚀剂。
在本实施例中，形成钝化层118的方式例如是利用光刻制作工艺在第二表面112b上定义出钝化层118的位置，并且利用蒸镀、溅镀或其他沉积技术以沉积钝化层118，其中钝化层118的材料例如是氧化物绝缘材料或者是高分子绝缘材料，本发明并不以此为限。并除去光刻制作工艺留下来的光致抗蚀剂。应注意的是，除去光致抗蚀剂后，钝化层118暴露出这些接垫116。
请参照图2B，在承载基板110的周边配置侧壁130，其中侧壁130材料例如是铜(Cu)、铝(Al)、钒(V)、锆(Zr)、钴(Co)或其组合，且侧壁130具有气体吸附的功能。
请参照图2C，提供透光盖体120，其中透光盖体120的材料例如是玻璃或者是其他具有较高气密性且高透光度的材料，本发明并不以此为限。接着，利用光刻制作工艺定义出透光开口122a的位置，并且利用蒸镀、溅镀或其他沉积技术以沉积反射层176。并除去光刻制作工艺留下的光致抗蚀剂。
请参照图2D，利用芯片晶片接合技术(chip-to-wafer，C2W)将光学感测器150与模拟数字转换器102接合于第一表面112a上，其中模拟数字转换器102位于光学感测器150与承载基板110之间。各导电贯孔113的一端连接至光学感测器150，且各导电贯孔113的另一端连接至线路层114。接着，使这些凸块115分别形成于这些接垫116上，其中形成这些凸块115的方式例如是利用电镀或焊接的方式形成，且这些凸块115的材料是选自锡(Sn)、银(Ag)、铜(Cu)或是其合金所构成族群中的其中一种材质，或者是其他非铅(Pb)或无铅的合金，以避免造成环境污染，本发明并不以此为限。
请参照图2E，利用芯片晶片接合技术将具有多个绕射结构142a的光栅140接合于第一表面112a上，且光栅140位于光学感测器150旁。应注意的是，由于在此处以光学感测模块100a为例。在其他的实施例中，光栅140也可以是如同图1B、图1C、图1D或图1E所绘示的任一部分光学感测模块中的光栅140，本发明并不以此为限。
最后，请参照图2F，利用微盖接合技术(Cap Chip Bonding)将透光盖体120接合于侧壁130上，其中透光开口122a的位置对应于光栅140的位置，完成光学感测模块100a的制作。
综上所述，本发明上述多个实施例的光学感测模块通过承载基板、侧壁与透光腔体形成真空腔室，并将光栅与光学感测器配置于真空腔室内，其中真空腔室的气体压力范围在1×10-2托耳至1×10-7托耳的范围内，此配置可使感测光束较不受残留于真空腔室内的气体影响感测结果。接着，侧壁为气体吸附层，此配置可以与残留于真空腔室中的不同气体进行不同的化学反应，以形成具有较低蒸气压的化合物于侧壁的表面上，因此可以将真空腔室内的压力维持在上述的气体压力范围。值得一提的是，遮光件与反射面的配置可以避免环境光束进入真空腔体中，避免环境光束影响感测结果，因此本发明上述多个实施例的光学感测模块的测量结果具有较高的准确性。此外，光学感测器与光栅配置于基材的第一表面上，且光栅的位置对应于透光开口。此光路配置可使得感测光束以较短的光传递路径传递至光学感测器，而具有体积较小、携带方便，更能够达到即时监测的效果。
虽然结合以上实施例公开了本发明，然而其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围应当以附上的权利要求所界定的为准。

Claims (20)

1.一种光学感测模块，其特征在于，通过感测光束感测待测物的特性，该光学感测模块包括：
承载基板；
透光盖体，该透光盖体上配置反射面，该反射面具有透光开口，且该透光开口暴露出部分该透光盖体；
侧壁，该侧壁配置于该承载基板的周围，且位于该承载基板与该透光盖体之间；
光栅，该光栅配置于该承载基板上，且该光栅的位置对应于该透光开口；以及
光学感测器，该光学感测器配置于该承载基板上，且位于该光栅旁，其中该承载基板、该侧壁与该透光盖体形成真空腔室，且该光栅与该光学感测器配置于该真空腔室内。
2.如权利要求1所述的光学感测模块，其特征在于，该感测光束经由该透光开口进入该真空腔室并传递至该光栅，该光栅使在该真空腔室中传递的该感测光束产生绕射而传递至该反射面，且产生绕射后的该感测光束被该反射面反射至该光学感测器。
3.如权利要求1所述的光学感测模块，其特征在于，该光栅包括绕射面，且该绕射面具有多个绕射结构。
4.如权利要求3所述的光学感测模块，其特征在于，该些绕射结构的形状为锯齿状或波浪状。
5.如权利要求3所述的光学感测模块，其特征在于，该些绕射结构沿着曲面或平面排列，其中该曲面为朝向该透光盖体的一凹面或朝向该透光盖体的凸面。
6.如权利要求5所述的光学感测模块，其特征在于，该光栅还包括：
第一端，远离该光学感测器；以及
第二端，相对于该第一端，该第二端邻近于该光学感测器，其中该第一端与该反射面的距离小于该第二端与该反射面的距离。
7.如权利要求3所述的光学感测模块，其特征在于，该透光开口延伸的方向与该些绕射结构延伸的方向实质上相同。
8.如权利要求1所述的光学感测模块，其特征在于，该承载基板还包括：
基材，具有第一表面与相对于该第一表面的第二表面，其特征在于，该侧壁、该光栅以及该光学感测器配置于该第一表面上；
线路层，该线路层配置于该第二表面上；
多个接垫，电连接于该线路层；
钝化层，配置于该线路层上，且暴露出该些接垫；以及
多个导电贯孔，各该导电贯孔贯穿该基材，各该导电贯孔的一端连接至该光学感测器，且各该导电贯孔的另一端则连接至该线路层。
9.如权利要求8所述的光学感测模块，其特征在于，该光学感测模块还包括：
吸光层，该吸光层配置于未被该侧壁、该光栅以及该光学感测器覆盖的该第一表面上。
10.如权利要求8所述的光学感测模块，其特征在于，该光学感测模块还包括：
控制单元，存储比对信息，该控制单元通过该线路层电连接于该光学感测器，该控制单元用以接收由该光学感测器传送的光度信息，且将该光度信息与该比对信息进行比对，其中经过该待测物的该感测光束决定该光度信息。
11.如权利要求10所述的光学感测模块，其特征在于，该光学感测模块还包括：
温度感测器，该温度感测器通过该线路层电连接于该控制单元，该温度感测器用以感测该光学感测模块的温度信息，并将该温度信息传送至该控制单元，且该控制单元依据该温度信息决定该比对信息。
12.如权利要求1所述的光学感测模块，其特征在于，该光学感测模块还包括：
透光腔体，包括：
进入口，用以使该待测物进入该透光腔体；
排出口，用以使该待测物离开该透光腔体；
光源，用以发出该感测光束，其中该光源配置于该透光腔体的外表面上，且该感测光束穿透该透光腔体进入该透光开口；以及
聚焦透镜，该聚焦透镜配置于该感测光束的传递路径上，且位于该光源与该透光开口之间。
13.如权利要求12所述的光学感测模块，其特征在于，该透光腔体还包括反射层，该反射层配置于该透光腔体的内表面上。
14.如权利要求1所述的光学感测模块，其特征在于，光学感测模块还包括模拟数字转换器，该模拟数字转换器配置于该承载基板与该光学感测器之间。
15.如权利要求1所述的光学感测模块，其特征在于，该光学感测模块还包括：
遮光件，该遮光件配置于该透光盖体、该侧壁与该承载基板的周边。
16.如权利要求1所述的光学感测模块，其中该真空腔体的气体压力范围落在1×10-2托耳至1×10-7托耳的范围内。
17.如权利要求1所述的光学感测模块，其特征在于，该光学感测器为可见光感测器、红外光感测器或紫外光感测器。
18.如权利要求1所述的光学感测模块，其特征在于，该透光开口为狭缝。
19.如权利要求1所述的光学感测模块，其特征在于，该侧壁为气体吸附层。
20.如权利要求19所述的光学感测模块，其特征在于，该气体吸附层的材料包括铜、铝、钒、锆、钴或其组合。
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