CN111736231B - 邻近感测器及其运作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种邻近感测器及其运作方法，邻近感测器包含第一基板、第一光源、第一指状电极、第一主动层与第一透明电极层。第一基板具有相对的顶面与底面。第一光源朝向第一基板的底面。第一指状电极位于第一基板的顶面上，且具有多个第一指部与多个位于第一指部之间的第一间隙。第一主动层覆盖第一指状电极且位于第一间隙中。第一透明电极层位于第一主动层上。当第一光源发出第一光线时，第一光线经第一间隙依序通过第一主动层与第一透明电极层至反射面，第一光线经反射面反射而形成第一反射光线，第一反射光线通过第一透明电极层而由第一主动层接收。借此，在邻近感测时可大幅增加反射光线的利用效率，能有效的提升邻近感测的解析度。

Description

邻近感测器及其运作方法

技术领域

本发明是有关于一种邻近感测器与一种邻近感测器的运作方法。

背景技术

传统的邻近感测器通常设计为光源与感测器分开设置，因此光源发出的光线在经反射面反射时，形成的反射光很多无法被光源旁边的感测器接收，造成反射光的利用效率难以提升。如此一来，反射面与邻近感测器之间需要有明显的距离变化，感测器测得的光电流值才会有明显的改变，使得邻近感测的解析度不佳。

此外，对于未知种类的反射面，由于对光源的反射率可能会因反射面的种类(材质)而异，距离判读方式亦可能会有所差异。传统的邻近感测器难以测得不同反射面种类的距离，无法用在精密邻近感测的应用，例如机器人手指夹取鸡蛋而不至破裂的应用。

发明内容

本发明的一个目的为一种邻近感测器，由于其第一光源位于第一基板下方，因此在邻近感测时可大幅增加反射光线的利用效率，能有效的提升邻近感测的解析度。

根据本发明一实施方式，一种邻近感测器包含第一基板、第一光源、第一指状电极、第一主动层与第一透明电极层。第一基板具有相对的顶面与底面。第一光源朝向第一基板的底面。第一指状电极位于第一基板的顶面上，且具有多个第一指部与多个位于第一指部之间的第一间隙。第一主动层覆盖第一指状电极且位于第一间隙中。第一透明电极层位于第一主动层上。当第一光源发出第一光线时，第一光线经第一间隙依序通过第一主动层与第一透明电极层至反射面，第一光线经反射面反射而形成第一反射光线，第一反射光线通过第一透明电极层而由第一主动层接收。

在本发明一实施方式中，上述第一主动层与第一光源重叠。

在本发明一实施方式中，上述第一指状电极为不透光的。

在本发明一实施方式中，上述第一透明电极层的材质包含银与铝。

在本发明一实施方式中，上述邻近感测器还包含第二基板、第二光源、第二指状电极、第二主动层与第二透明电极层。第二基板与第一基板分开。第二基板具有相对的顶面与底面。第二光源朝向第二基板的底面。第二指状电极位于第二基板的顶面上。第二指状电极具有多个第二指部与多个位于第二指部之间的第二间隙。第二主动层覆盖第二指状电极且位于第二间隙中。第二透明电极层位于第二主动层上。当第二光源发出第二光线时，第二光线经第二间隙依序通过第二主动层与第二透明电极层至反射面，第二光线经反射面反射而形成第二反射光线，第二反射光线通过第二透明电极层而由第二主动层接收。

在本发明一实施方式中，上述第二透明电极层较第一透明电极层接近反射面。

在本发明一实施方式中，上述第二主动层较第一主动层接近反射面。

在本发明一实施方式中，上述第一光源的光强度与第二光源的光强度大致相同，且第一透明电极层与第二透明电极层之间具有高度差。

在本发明一实施方式中，上述第二主动层与第二光源重叠。

在本发明一实施方式中，上述第二指状电极为不透光的。

在本发明一实施方式中，上述第二透明电极层的材质包含银与铝。

本发明的另一个目的为一种邻近感测器的运作方法。

根据本发明一实施方式，一种邻近感测器的运作方法包含使用朝向第一基板的底面的第一光源发出第一光线，使得第一光线经第一指状电极的多个第一间隙依序通过覆盖第一指状电极的第一主动层与位于第一主动层上的第一透明电极层；使用反射面反射第一光线以形成第一反射光线；以及使用第一主动层接收通过第一透明电极层的第一反射光线，而得到第一光电流值。

在本发明一实施方式中，上述邻近感测器的运作方法还包含根据第一光电流值比对光电流-光强度关系，得到反射面与第一主动层之间的距离。

在本发明一实施方式中，上述邻近感测器的运作方法还包含：使用朝向第二基板的底面的第二光源发出第二光线，使得第二光线经第二指状电极的多个第二间隙依序通过覆盖第二指状电极的第二主动层与位于第二主动层上的第二透明电极层，其中第一光源的光强度与第二光源的光强度大致相同，且第二主动层较第一主动层接近反射面；使用反射面反射第二光线以形成第二反射光线；以及使用第二主动层接收通过第二透明电极层的第二反射光线，而得到第二光电流值。

在本发明一实施方式中，上述邻近感测器的运作方法还包含改变该反射面与该邻近感测器之间的距离，而得到距离差；分别使用第一光源与第二光源发出第三光线与第四光线；分别使用第一主动层与第二主动层接收通过第一透明电极层的第三反射光线与通过第二透明电极层的第四反射光线，而得到第三光电流值与第四电流值；以及根据第一光电流值与第二光电流值的第一差值、第三光电流值与第四光电流值的第二差值与距离差，判定反射面的种类。

在本发明一实施方式中，上述第一透明电极层与第二透明电极层之间具有高度差，运作方法还包含根据第一光电流值与第二光电流值的差值与高度差，判定反射面的种类。

在本发明上述实施方式中，由于邻近感测器的第一光源朝向第一基板的底面，且第一主动层覆盖第一指状电极且位于第一指状电极的第一间隙中，因此当第一光源发出第一光线时，第一光线可经第一间隙通过第一主动层与第一透明电极层至反射面。接着，第一光线经可经反射面反射而形成第一反射光线，且第一反射光线可通过第一透明电极层而由第一主动层接收。由于第一光源位于第一基板下方，因此在邻近感测时将可大幅增加反射光线的利用效率，因此反射面仅需微小的距离变化，邻近感测器测得的光电流值就会有明显的改变，能有效的提升邻近感测的解析度。

附图说明

图1绘示根据本发明一实施方式的邻近感测器的剖面图。

图2绘示根据本发明一实施方式的第一指状电极形成于第一基板上时的俯视图。

图3至图5绘示根据本发明一实施方式的邻近感测器的制造方法在各阶段的剖面图。

图6绘示图1的邻近感测器运作时的剖面图。

图7绘示根据本发明一实施方式的邻近感测器对于已知反射面在不同距离区间下的光电流-光强度关系。

图8绘示图7光电流与光强度的斜率-距离区间关系。

图9绘示根据本发明另一实施方式的邻近感测器的剖面图。

图10绘示图9的邻近感测器运作时的剖面图。

图11绘示图10的邻近感测器与反射面之间的距离改变时的剖面图。

图12绘示根据本发明一实施方式的邻近感测器对于未知反射面的光电流与距离的斜率-光强度关系。

具体实施方式

以下将以附图公开本发明的多个实施方式，为明确说明，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说，在本发明部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化附图起见，一些公知惯用的结构与元件在附图中将以简单示意的方式绘示。

图1绘示根据本发明一实施方式的邻近感测器100的剖面图。图2绘示根据本发明一实施方式的第一指状电极130形成于第一基板110上时的俯视图。同时参阅图1与图2。邻近感测器100包含第一基板110、第一光源120、第一指状电极130、第一主动层140与第一透明电极层150。第一基板110具有相对的顶面112与底面114。第一光源120朝向第一基板110的底面114。在本实施方式中，第一光源120设置于第一基板110的底面114上。第一指状电极130位于第一基板110的顶面112上，且具有多个第一指部132与多个位于第一指部132之间的第一间隙d1。第一间隙d1可供光线通过。第一主动层140覆盖第一指状电极130且位于第一间隙d1中。第一透明电极层150位于第一主动层140上。此外，由图1可知，第一主动层140与第一光源120重叠。

在以下叙述中，将说明邻近感测器100的制造方法。

图2绘示根据本发明一实施方式的第一指状电极130形成于第一基板110上时的俯视图。图3至图5绘示根据本发明一实施方式的邻近感测器100的制造方法在各阶段的剖面图。其中图3为图2沿线段3-3的剖面图。同时参阅图2与图3，第一指状电极130的第一指部132具有宽度W1，第一间隙d1具有宽度W2。在本实施方式中，宽度W1约为50μm，宽度W2约为110μm，但并不用以限制本发明。在另一实施例中，每个第一指部132的宽度可以是不相同的。在另一实施例中，每个第一间隙d1的宽度可以是不相同的。第一指状电极130可采热蒸镀的方式形成于第一基板110上，为不透光的电极。

请参阅图4，待第一指状电极130形成后，可用例如刮刀涂布的方式将具光吸收特性的主动层材料覆盖第一指状电极130，使第一间隙d1被主动层材料填满，而形成第一主动层140。

接着，请参阅图5，第一透明电极层150可采例如热蒸镀的方式形成于第一主动层140上，为可透光的电极。在本实施方式中，第一透明电极层150的材质可以包含银与铝，例如厚度约10nm的银与厚度约2nm的铝，但并不用以限制本发明。待第一透明电极层150形成后，便可在第一基板110的底面114上设置第一光源120，而得到图1的邻近感测器100。

应了解到，已叙述过的元件连接关系、制造方法与材料将不再重复赘述，合先叙明。在以下叙述中，将说明邻近感测器100的运作方法。

图6绘示图1的邻近感测器100运作时的剖面图。图6意指邻近感测器100接近反射物210的反射面212，或者反射物210的反射面212接近邻近感测器100。邻近感测器100的运作方法包含使用第一光源120发出第一光线L1，使得第一光线L1经第一指状电极130的第一间隙d1依序通过第一主动层140与第一透明电极层150。接着，反射面212可反射第一光线L1以形成第一反射光线L1R。接着，可使用第一主动层140接收通过第一透明电极层150的第一反射光线L1R，而得到第一光电流值。如此一来，若反射面212与邻近感测器100之间的距离产生改变，就可以由邻近感测器100测得的第一光电流值反映出来，完成邻近感测。

由于第一光源120位于第一基板110下方，因此在邻近感测时将可大幅增加第一反射光线L1R的利用效率，因此反射面212与邻近感测器100之间仅需微小的距离变化，邻近感测器100测得的第一光电流值就会有明显的改变，能有效的提升邻近感测的解析度。

图7绘示根据本发明一实施方式的邻近感测器100对于已知反射面212在不同距离区间A、B、C、D下的光电流-光强度关系。同时参阅图6与图7，针对已知种类(如材质、反射率)反射面212，可先建立不同区间A、B、C、D下邻近感测器100光电流值对应强度变化的关系。由于不同的反射面212距离，即有不同的光电流值对应光强度变化的趋势，因而利用两个强度差异较大(如图7的1150lux与7700lux)的光源以及其所对应的光电流值进行斜率换算，即可得到图8的光电流与光强度的斜率-距离区间关系。

图8绘示图7光电流与光强度的斜率-距离区间关系。同时参阅图6与图8，当第一主动层140接收通过第一透明电极层150的第一反射光线L1R，而得到第一光电流值时，可根据第一光电流值比对如图7的光电流-光强度关系，可于图8不同的斜率范围得到反射面212与邻近感测器100(例如第一主动层140)之间的距离区间A、B、C或D。

图9绘示根据本发明另一实施方式的邻近感测器100a的剖面图。邻近感测器100a包含第一基板110、第一光源120、第一指状电极130、第一主动层140与第一透明电极层150。与图1实施方式不同的地方在于，邻近感测器100a还包含第二基板110a、第二光源120a、第二指状电极130a、第二主动层140a与第二透明电极层150a。第二基板110a与第一基板110分开。第二基板110a具有相对的顶面112a与底面114a。第二光源120a朝向第二基板110a的底面114a。第二指状电极130a位于第二基板110a的顶面112a上。第二指状电极130a具有多个第二指部132a与多个位于第二指部132a之间的第二间隙d2。第二主动层140a覆盖第二指状电极130a且位于第二间隙d2中。第二透明电极层150a位于第二主动层140a上。此外，由图9可知，第二主动层140a与第二光源120a重叠。

在本实施方式中，第一光源120的光强度与第二光源120a的光强度大致相同。第一透明电极层150与第二透明电极层150a之间具有高度差H。第二指状电极130a为不透光的。第二透明电极层150a的材质包含银与铝。此外，第二基板110a、第二光源120a、第二指状电极130a、第二主动层140a与第二透明电极层150a的结构的制造方法与第一基板110、第一光源120、第一指状电极130、第一主动层140与第一透明电极层150的结构的制造方法(如图3至图5的描述)雷同，不重复赘述。

图10绘示图9的邻近感测器100a运作时的剖面图。图10意指邻近感测器100a接近反射物210a的反射面212a，或者反射物210a的反射面212a接近邻近感测器100a。第二透明电极层150a较第一透明电极层150接近反射面212a，且第二主动层140a也较第一主动层140接近反射面212a。与图6实施方式不同的地方在于，邻近感测器100a的运作方法还包含使用朝向第二基板110a的底面114a的第二光源120a发出第二光线L2，使得第二光线L2经第二指状电极130a的第二间隙d2依序通过第二主动层140a与第二透明电极层150a；使用反射面212a反射第二光线L2以形成第二反射光线L2R；以及使用第二主动层140a接收通过第二透明电极层150a的第二反射光线L2R，而得到第二光电流值。

由于邻近感测器100a为具有固定高度差H的两个图1的邻近感测器100，因此可同时分别对反射面212a反射的第一反射光线L1R与第二反射光线L2R进行光电流侦测，进而测得两个不同的第一电流值与第二光电流值。当反射面212a与邻近感测器100a之间的距离产生改变时，通过高度差H及读取第一电流值与第二光电流值差值的变化，可以更进一步判定反射面212a的反射性质，辅助进行更精准的距离判读。

图11绘示图10的邻近感测器100a与反射面212a之间的距离改变时的剖面图。邻近感测器100a与反射面212a之间的距离D1(见图10)改变为距离D2，但高度差H相同。邻近感测器100a的运作方法还包含改变反射面212a与邻近感测器100a之间的距离，如距离D1改变为距离D2，而得到距离差；分别使用第一光源120与第二光源120a发出第三光线L3与第四光线L4；分别使用第一主动层140与第二主动层140a接收通过第一透明电极层150的第三反射光线L3R与通过第二透明电极层150a的第四反射光线L4R，而得到第三光电流值与第四电流值；以及根据第一光电流值与第二光电流值的第一差值、第三光电流值与第四光电流值的第二差值与距离差，判定反射面212a的种类(如材质、反射率)。在本实施方式中，在反射面212a与邻近感测器100a之间的距离变更时进行光电流量测，通过分析光电流差值的变化，即可判定反射面212a的种类，更精确地对邻近感测器100a与反射面212a之间的距离判读。邻近感测器100a可用在精密邻近感测的应用，例如机器人手指夹取鸡蛋而不至破裂的应用。

图12绘示根据本发明一实施方式的邻近感测器100a对于未知反射面212a(见图10、图11)的光电流与距离的斜率-光强度关系。因不同种类的反射面，对同种光源可能有不同的反射率。当反射面212a与邻近感测器100a之间的距离改变时，光强度的变化会有所不同，而具有固定高度差H的邻近感测器100a，即可在固定的反射面212a距离D1差异得到两个不一样的光电流值(如前述第一光电流值与第二光电流值)，而通过移动反射面212a(或移动邻近感测器100a)分析两个光电流值差的变化，或是电流值差与高度差H的斜率关系的变化，即可判定这个反射面212a的种类(如反射率大小)。如图12所示，调整反射面212a的距离时，如果反射面212a的反射率较低，光电流差值的变化较小；若是反射面212a的反射率较高，则光电流差值会有较为明显的差异。也就是说，邻近感测器100a具有鉴别反射面212a的功能，如可判定为反射面种类A、B、C或D，可辅助进行更精确的距离判定。

虽然本发明已以实施方式公开如上，然其并非用以限定本发明，任何所属领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定的为准。

Claims (16)

1.一种邻近感测器，其特征在于，包含：

第一基板，具有相对的顶面与底面；

第一光源，朝向所述第一基板的所述底面；

第一指状电极，位于所述第一基板的所述顶面上，且具有多个第一指部与多个位于所述多个第一指部之间的第一间隙；

第一主动层，覆盖所述第一指状电极且位于所述多个第一间隙中；以及

第一透明电极层，位于所述第一主动层上，其中当所述第一光源发出第一光线时，所述第一光线经所述多个第一间隙依序通过所述第一主动层与所述第一透明电极层至反射面，所述第一光线经所述反射面反射而形成第一反射光线，所述第一反射光线通过所述第一透明电极层而由所述第一主动层接收。

2.如权利要求1所述的邻近感测器，其特征在于，所述第一主动层与所述第一光源重叠。

3.如权利要求1所述的邻近感测器，其特征在于，所述第一指状电极为不透光的。

4.如权利要求1所述的邻近感测器，其特征在于，所述第一透明电极层的材质包含银与铝。

5.如权利要求1所述的邻近感测器，其特征在于，还包含：

第二基板，与所述第一基板分开，所述第二基板具有相对的顶面与底面；

第二光源，朝向所述第二基板的所述底面；

第二指状电极，位于所述第二基板的所述顶面上，且具有多个第二指部与多个位于所述多个第二指部之间的第二间隙；

第二主动层，覆盖所述第二指状电极且位于所述多个第二间隙中；以及

第二透明电极层，位于所述第二主动层上，其中当所述第二光源发出第二光线时，所述第二光线经所述多个第二间隙依序通过所述第二主动层与所述第二透明电极层至所述反射面，所述第二光线经所述反射面反射而形成第二反射光线，所述第二反射光线通过所述第二透明电极层而由所述第二主动层接收。

6.如权利要求5所述的邻近感测器，其特征在于，所述第二透明电极层较所述第一透明电极层接近所述反射面。

7.如权利要求5所述的邻近感测器，其特征在于，所述第二主动层较所述第一主动层接近所述反射面。

8.如权利要求5所述的邻近感测器，其特征在于，所述第一光源的光强度与所述第二光源的光强度相同，且所述第一透明电极层与所述第二透明电极层之间具有高度差。

9.如权利要求5所述的邻近感测器，其特征在于，所述第二主动层与所述第二光源重叠。

10.如权利要求5所述的邻近感测器，其特征在于，所述第二指状电极为不透光的。

11.如权利要求5所述的邻近感测器，其特征在于，所述第二透明电极层的材质包含银与铝。

12.一种邻近感测器的运作方法，其特征在于，包含：

使用朝向第一基板的底面的第一光源发出第一光线，使得所述第一光线经第一指状电极的多个第一间隙依序通过覆盖所述第一指状电极的第一主动层与位于所述第一主动层上的第一透明电极层；

使用反射面反射所述第一光线以形成第一反射光线；以及

使用所述第一主动层接收通过所述第一透明电极层的所述第一反射光线，而得到第一光电流值。

13.如权利要求12所述的邻近感测器的运作方法，其特征在于，还包含：

根据所述第一光电流值比对光电流-光强度关系，得到所述反射面与所述第一主动层之间的距离。

14.如权利要求12所述的邻近感测器的运作方法，其特征在于，还包含：

使用朝向第二基板的底面的第二光源发出第二光线，使得所述第二光线经第二指状电极的多个第二间隙依序通过覆盖所述第二指状电极的第二主动层与位于所述第二主动层上的第二透明电极层，其中所述第一光源的光强度与所述第二光源的光强度相同，且所述第二主动层较所述第一主动层接近所述反射面；

使用所述反射面反射所述第二光线以形成第二反射光线；以及

使用所述第二主动层接收通过所述第二透明电极层的所述第二反射光线，而得到第二光电流值。

15.如权利要求14所述的邻近感测器的运作方法，其特征在于，还包含：

改变所述反射面与所述邻近感测器之间的距离，而得到距离差；

分别使用所述第一光源与所述第二光源发出第三光线与第四光线；

分别使用所述第一主动层与所述第二主动层接收通过所述第一透明电极层的第三反射光线与通过所述第二透明电极层的第四反射光线，而得到第三光电流值与第四电流值；以及

根据所述第一光电流值与所述第二光电流值的第一差值、所述第三光电流值与所述第四光电流值的第二差值与所述距离差，判定所述反射面的种类。

16.如权利要求14所述的邻近感测器的运作方法，其特征在于，所述第一透明电极层与所述第二透明电极层之间具有高度差，所述运作方法还包含：

根据所述第一光电流值与所述第二光电流值的差值与所述高度差，判定所述反射面的种类。

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