TW201719154A - 光學感測模組 - Google Patents

Abstract

一種光學感測模組，藉由感測光束感測待測物的特性，其包括承載基板、透光蓋體、側壁、光柵以及光學感測器。透光蓋體上配置反射面，反射面具有透光開口。透光開口暴露出部分透光蓋體。側壁配置於承載基板的周圍，且位於承載基板與透光蓋體之間。光柵配置於承載基板上，且光柵的位置對應於透光開口。光學感測器配置於承載基板上，且位於光柵旁，其中承載基板、側壁以及透光蓋體形成真空腔室，且光柵與光學感測器配置於真空腔室內。

Description

光學感測模組

本發明是有關於一種感測模組，且特別是有關於一種光學感測模組。

近年來，隨著工業發展以及城市的現代化建設，導致大氣中大量的汙染物快速地增加，造成空氣品質惡化，並危害人類的健康。

因此，氣體感測器被開發並用以感測大氣中的汙染物。舉例來說，一般的氣體感測器中配置有特定的金屬氧化物，而此特定的金屬氧化物會與特定的氣體汙染物進行化學反應，以感測氣體污染物的存在或其特性。然而，上述利用金屬氧化物的氣體感測器由於僅能與特定的氣體污染物產生化學反應，並無法感測其他氣體。也就是說，利用金屬氧化物的氣體感測器僅能一對一地感測特定的氣體污染物，對於使用者來說並不具有使用上的便利性。另一方面，在濕度較高的環境下（例如浴室），金屬氧化物易受潮而變質，而此會導致氣體感測器無法達到感測氣體污染物的功能。

於是，光學氣體感測器則被開發出來以解決上述的問題，其原理主要是藉由感測光束經過氣體污染物後，光學氣體感測器接收感測光束以得到氣體污染物的物質特性。但是，現階段利用光學氣體感測器由於光傳遞路徑的距離長，模組的體積過大，攜帶不方便，缺乏即時監測的優勢。此外，由於光傳遞路徑的距離較長，而容易使得光強度衰減，影響感測結果的準確性。因此如何更進一步地降低氣體感測器的體積以提升氣體感測器的實用性且提升感測結果的準確性，實為目前研發人員亟欲尋求突破的議題之一。

本發明提供一種光學感測模組，其具有較小的體積與較高的準確性。

本發明提供一種光學感測模組，藉由感測光束感測待測物的特性，其包括承載基板、透光蓋體、側壁、光柵以及光學感測器。透光蓋體上配置反射面。反射面具有透光開口，且透光開口暴露出部分透光蓋體。側壁配置於承載基板的周圍，且位於承載基板與透光蓋體之間。光柵配置於承載基板上，且光柵的位置對應於透光開口。光學感測器配置於承載基板上，且位於光柵旁，其中承載基板、側壁以及透光蓋體形成真空腔室，且光柵與光學感測器配置於真空腔室內。

在本發明的一實施例中，上述的感測光束經由透光開口進入真空腔室並傳遞至光柵，光柵使在真空腔室中傳遞的感測光束產生繞射而傳遞至反射面，且產生繞射後的感測光束被反射面反射至光學感測器。

在本發明的一實施例中，上述的光柵包括繞射面，且繞射面具有多個繞射結構。

在本發明的一實施例中，上述的這些繞射結構的形狀為鋸齒狀或波浪狀。

在本發明的一實施例中，上述的這些繞射結構沿著曲面或平面排列，其中曲面為朝向透光蓋體的凹面或朝向透光蓋體的凸面。

在本發明的一實施例中，上述的光柵更包括第一端與相對於第一端的第二端。第一端遠離光學感測器。第二端鄰近於光學感測器，其中第一端與反射面的距離小於第二端與反射面的距離。

在本發明的一實施例中，上述的透光開口延伸的方向與這些繞射結構延伸的方向實質上相同。

在本發明的一實施例中，上述的承載基板更包括基材、線路層、多個接墊、鈍化層以及多個導電貫孔。基材具有第一表面與相對於第一表面的第二表面，其中側壁、光柵以及光學感測器配置於第一表面上。線路層配置於第二表面上。這些接墊電性連接於線路層。鈍化層配置於線路層上，且暴露出這些接墊。各導電貫孔貫穿基材，各導電貫孔的一端連接至光學感測器，且各導電貫孔的另一端則連接至線路層。

在本發明的一實施例中，上述的光學感測模組更包括吸光層，吸光層配置於未被側壁、光柵以及光學感測器覆蓋的第一表面上。

在本發明的一實施例中，上述的光學感測模組更包括控制單元，其儲存比對資訊。控制單元藉由線路層電性連接於光學感測器，控制單元用以接收由光學感測器傳送的光度資訊，且將光度資訊與該比對資訊進行比對，其中經過待測物的感測光束決定光度資訊。

在本發明的一實施例中，上述的光學感測模組更包括溫度感測器，溫度感測器藉由線路層電性連接於控制單元，溫度感測器用以感測光學感測模組的溫度資訊，並將溫度資訊傳送至控制單元，且控制單元依據溫度資訊決定比對資訊。

在本發明的一實施例中，上述的光學感測模組更包括透光腔體、光源以及聚焦透鏡。透光腔體包括進入口與排出口，其中進入口用以使待測物進入透光腔體，而排出口用以使待測物離開透光腔體。光源用以發出感測光束，其中光源配置於透光腔體的外表面上，且感測光束穿透透光腔體進入透光開口。聚焦透鏡配置於感測光束的傳遞路徑上，且位於光源與透光開口之間。

在本發明的一實施例中，上述的透光腔體更包括反射層，反射層配置於透光腔體的內表面上。

在本發明的一實施例中，上述的光學感測模組更包括類比數位轉換器，類比數位轉換器配置於承載基板與光學感測器之間。

在本發明的一實施例中，上述的光學感測模組更包括遮光件，遮光件配置於透光蓋體、側壁與承載基板的周邊。

在本發明的一實施例中，上述的真空腔體的氣體壓力範圍落在1x10^-2 托耳至1x10^-7 托耳的範圍內。

在本發明的一實施例中，上述的光學感測器為可見光感測器、紅外光感測器或紫外光感測器。

在本發明的一實施例中，上述的透光開口為狹縫。

在本發明的一實施例中，上述的側壁為氣體吸附層。

在本發明的一實施例中，上述的氣體吸附層的材料包括銅、鋁、釩、鋯、鈷或其組合。

基於上述，本發明實施例的光學感測模組藉由承載基板、側壁與透光腔體形成真空腔室，並將光柵與光學感測器配置於真空腔室內，此配置可使感測光束較不受殘留於真空腔室內的氣體影響感測結果。此外，光學感測器與光柵配置於基材的第一表面上，且光柵的位置對應於透光開口。此光路配置可使得感測光束以較短的光傳遞路徑傳遞至光學感測器，而具有體積較小、攜帶方便，更能夠達到即時監測的效果。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

為了詳細說明本發明多個實施例的光學感測模組的配置關係，在本發明多個實施例中，光學感測模組可視為處於由X軸、Y軸以及Z軸所建構的空間中。X軸方向沿著水平方向延伸，Z軸方向垂直於X軸方向且沿著垂直方向延伸，而Y軸方向垂直於X軸方向也垂直於Z軸方向。

圖1A繪示為本發明一實施例的光學感測模組100a的剖面示意圖，藉由感測光束B感測待測物G的特性。請參照圖1A。光學感測模組100a包括承載基板110、透光蓋體120、側壁130、光柵140以及光學感測器150。透光蓋體120上配置反射面122，反射面122具有透光開口122a，且透光開口122a暴露出部分透光蓋體120。側壁130配置於承載基板110的周圍，且位於承載基板110與透光蓋體120之間。光柵140配置於承載基板110上，且光柵140的位置對應於透光開口122a。光學感測器150配置於承載基板110上，且位於光柵140旁，其中承載基板110、側壁130以及透光蓋體120形成真空腔室160，且光柵140與光壆感測器150配置於真空腔室160內。

透光蓋體120的材料例如是玻璃或者是其他具有較高氣密性且高透光度的材料；而承載基板110的材料例如是玻璃、矽或者是其他具有較高氣密性的材料，本發明不以此為限。由於透光蓋體120與承載基板110為具有高氣密性的特性，不易使外部氣體或者是液體進入真空腔室160，可以維持真空腔室160維持在一定的氣壓範圍。此外，更可以避免光學感測器150受到雜質或微粒的汙染。

應注意的是，於此處所提到的真空腔室160中的『真空』一詞並非指絕對的真空（舉例而言，絕對的真空係指真空腔室160的氣體壓力為0托耳），而是相對於外部環境的真空。舉例來說，真空腔室160中在製造光學感測模組100a的過程中會有少許的殘存氣體留於真空腔室160中。在本實施例中，真空腔室160中的氣體壓力範圍落在1x10^-2 托耳至1x10^-7 托耳的範圍內。

接著，在本實施例中，側壁130例如是氣體吸附層，其中氣體吸附層的材料包括銅（Cu）、鋁（Al）、釩（V）、鋯（Zr）、鈷（Co）或其組合，本發明並不以此為限。換言之，氣體吸附層係為具有化學活性的金屬或其合金，其可以與真空腔室160中的部分氣體進行化學反應。也就是說，本實施例的側壁130（氣體吸附層）可以與真空腔室160中的不同氣體進行不同的化學反應，舉例而言： GM+O₂ →GMO； GM+N₂ →GMN； GM+CO₂ →CO+GMO→GMC+GMO； GM+CO→GMC+GMO； GM+H₂ O→H+GMO→GMO+H GM+ H₂ →GM+ H； GM+碳氫化合物（C_x H_x ）→GMC+ H； GM+惰性氣體→無反應 其中，上述化學方程式中註記的GM代表是側壁130（氣體吸附層）。由上述的化學方程式可知，側壁130（氣體吸附層）可以進一步地與真空腔室160中的氣體進行化學反應，並形成具有較低蒸氣壓的化合物於側壁130（氣體吸附層）的表面上。因此，藉由側壁130（氣體吸附層）不斷地與真空腔室160中的部分氣體進行化學反應，使真空腔室160內的氣壓動態平衡，而此可以使得真空腔室160相對於外部環境能夠維持在上述所提到的較低的氣體壓力範圍。值得一提的是，本實施例的光學感測模組100a由於側壁130（氣體吸附層）會與在真空腔室160中的氣體進行反應，因此當感測光束B由透光開口122a進入真空腔室160後可以有較少的機率經過殘留於真空腔室160中的氣體，以避免殘留於真空腔室160的氣體影響整體的感測結果。因此本實施例的光學感測模組100a可以有較高的準確性。

在接下來的段落中提供一比較實施例的光學感測模組與本實施例的光學感測模組100a做比較，兩者主要差異在於：比較實施例的側壁不具有氣體吸附的功能，而本實施例的光學感測模組100a具有氣體吸附的功能。下表一提供關於比較實施例的光學感測模組其腔室內的氣體特性與本實施例的光學感測模組100a的真空腔室160內的氣體特性，如下所示。 表一 由上表一可知，由於本實施例的側壁130（氣體吸附層）具有氣體吸附的功能，因此可以使得真空腔室160具有較低的氣體壓力。此外，側壁130（氣體吸附層）更能夠與殘留於真空腔室160中的氣體的碳氫化合物（例如是CH₄ 、C₂ H₆ 或C₃ H₈ ）進行化學反應，以避免其影響感測結果。值得一提的是，本實施例中的真空腔室160所殘留的氣體大部份為惰性氣體：氦（He）或氬（Ar），其化學性質穩定，並不會與感測光束B進行反應，因此本實施例的光學感測模組100a具有較高的準確性。

值得注意的是，本實施例的透光蓋體120與承載基板110的間距D可小於300μm。若間距D過大，進入真空腔室160的感測光束B的光強度會衰減，影響感測結果。

請再參照圖1A，本實施例的光學感測模組100a係藉由感測光束B來感測待測物G的特性，在本實施例中，待測物G例如是待測氣體。具體而言，光學感測模組100a更包括透光腔體170、光源180以及聚焦透鏡190。透光腔體170包括進入口172與排出口174，其中進入口172用以使待測物G進入透光腔體170，而排出口174用以使待測物G離開透光腔體170。光源180用以發出感測光束B，光源180配置於透光腔體170的外表面上，且感測光束B穿透透光腔體170進入透光開口122a。在本實施例中，透光開口122a例如是狹縫。聚焦透鏡190配置於偵側光束B的傳遞路徑上，且位於光源180與透光開口122a之間，聚焦透鏡190用以聚焦感測光束B，以避免感測光束B因光路徑過長而導致其光強度衰減，影響光學感測模組100a的感測結果。

值得一提的是，待測物G也可以是待測液體，本發明並不以待測物的形態為限。因此，本實施例的光學感測模組100a除了感測大氣中的待測氣體之外（大氣中污染物偵測），也可以用於感測待測液體中的不同成分（水質污染物偵測）。只要是能透光的待測物G，皆不脫離本實施例的光學感測模組所能感測的待測物。

在本實施例中，透光腔體170更包括反射層176，其中反射層176配置於透光腔體170的內表面上，且反射層176具有開口176a，開口176a使光源180所發出的感測光束B穿透透光腔體170，其中反射層176的材料可以是金屬或者是其他具有高光反射率的材料，本發明並不以此為限。值得一提的是，反射層176除了可以避免外在光束進入透光腔體170以影響光學感測模組100a的感測結果之外，更可以使得未進入透光開口122a的部分感測光束B再經過一至多次的反射，而進入透光開口122a。換言之，反射層172的配置可以提高感測光束B進入透光開口122a的機率。

應注意的是，透光開口122a與透光腔體170的『透光』一詞係指相對於感測光束B的波段來說可以穿透。此外，光源180所使用的發光裝置可以是發光二極體（Light Emitting Diode）、雷射（Laser）或者是任何類型的發光裝置，本發明並不以此為限。進一步來說，光源180所發出的感測光束B所發出的波段可以是可見光、紅外線、紫外線或者是其他不同的光波段，本發明並不以此為限。接著，根據不同的感測光束B所發出的波段，光學感測器150例如可以是可見光感測器、紅外光感測器、紫外光感測器或者是其他能夠感測不同波段的感測器，只要是光學感測器150能夠感應到感測光束B即可。另一方面，關於光學感測器150所使用的種類，例如是互補式金氧半導體（Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS）影像感測器、電荷耦合元件（Charge Coupled Device，CCD）等固體光學攝像元件或其他類似裝置，本發明並不以此為限。而對於光學感測器150所感測的維度來說，光學感測器150可以是一維影像感測器或二維影像感測器，本發明並不以此為限。

為了更清楚地說明本實施例的感測光束B在真空腔室160中的光傳遞路徑，圖1B繪示的是本實施例的部分光學感測模組100a。請參照圖1B，在本實施例中，感測光束B經由透光開口122a（狹縫）進入真空腔室160並傳遞至光柵140，光柵140使在真空腔室160中傳遞的感測光束B產生繞射，而使感測光束B形成多道具有不同波長的繞射光B1、B2、B3（在圖1A與圖1B中繪示為三道不同的繞射光，其僅為示意），而傳遞至反射面122，且產生繞射後的感測光束B（繞射光B1、B2、B3）被反射面122反射至光學感測器150。至少部分的繞射光B1、B2、B3傳遞至光學感測器150上形成光譜。詳言之，光學感測器150所量測到的光譜為待測物G的吸收光譜。應注意的是，在本實施例中，由於光學感測器150所量測到的光譜為待測物G的吸收光譜。因此，在本實施例中，感測光束B所感測的待測物G的特性例如是待測物G的分子吸收特徵光譜。換言之，在此處待測物G的特性係以待測物G的吸收光譜為例。在其他實施例中，也可以是待測物G的發射光譜、光調制光譜、光激發螢光光譜、拉曼光譜、穿透光譜、反射光譜或者是其他的光譜種類，本發明並不以此為限。當然，待測物G的特性也不僅是光譜本身，也可以是由光譜中得到的關於待測物G的各種特性，本發明並不以此為限。

值得一提的是，由於本實施例的光學感測器150與光柵140配置於第一表面112a上，光柵140的位置對應於透光開口122a，且光柵140位於光學感測器150旁。感測光束B由透光開口122a進入真空腔體160後，再經由上述所提到的光傳遞路徑被反射面122反射至光學感測器150。所以本實施例的感測光束B可以以較短的光傳遞路徑傳遞至光學感測器150，而具有體積較小、攜帶方便，更能夠達到即時監測的效果。此外，也可以大幅地降低光傳遞路徑，可提升感測結果的準確性。

具體來說，本實施例的光學感測器150包括多個像素（Pixel，未繪示），且這些像素例如是以陣列的方式排列，例如是M x N 個像素陣列，其中M、N為大於等於1的正整數，且M≠N。每一個像素更包括光二極體（Photo Diode，PD，未繪示）與訊號輸出端（未繪示），光二極體可將光訊號轉換成電訊號，並將電訊號由訊號輸出端輸出。當繞射光B1、B2、B3傳遞至光學感測器150上的不同位置時，各像素可以感測上述繞射光（B1、B2、B3）所對應不同波長的光強度，而光二極體可以針對不同的光強度對應發出不同強度的電訊號，電訊號並由對應的訊號輸出端輸出。因此，光學感測器150量測出經過待測物G的感測光束B的光度資訊。詳細來說，光學感測器150根據各繞射光（B1、B2、B3）的光強度，所量測出經過待測物G的感測光束B的光度資訊。

在本實施例中，光學感測模組100a更包括類比數位轉換器（Analog/Digital Converter）102，其中類比數位轉換器102配置於承載基板110與光學感測器150之間。具體來說，光學感測器150將上述所量測到的光度資訊轉換成類比訊號，並輸出至類比數位轉換器102。類比數位轉換器102對光學感測器150所輸出之類比訊號（光度資訊）進行數位訊號處理（Digital Signal Processing，DSP）。也就是將光度資訊由類比訊號轉換成數位訊號。

另一方面，請再參照圖1A。在本實施例中，承載基板110更包括基材112、線路層114、多個接墊116、鈍化層118以及多個導電貫孔113。基材112具有第一表面112a與相對於第一表面112a的第二表面112b。為簡化說明，基材112的內部連結結構並未繪示出來，基材112例如是單面線路板、雙面線路板或多層線路板，本發明並不以此為限。側壁130、光柵140以及光學感測器150配置於第一表面112a上。換言之，光柵140以及光學感測器150配置於第一表面112a、側壁130與承載基板110所定義出的真空腔室160內。線路層114則配置於第二表面112b上。這些接墊116電性連接於線路層114。鈍化層118配置於線路層114上，且暴露出這些接墊116，其中鈍化層118的材料例如是氧化物絕緣材料或者是高分子絕緣材料，本發明並不以此為限。各導電貫孔113貫穿基材112，且各導電貫孔113的一端連接至光學感測器150，而各導電貫孔113的另一端則連接至線路層114。此外，承載基板110更包括多個凸塊115，其中各凸塊115一對一地對應配置於各接墊116上。

應注意的是，接墊116可以是積體電路晶片（integrated circuit chip）上的輸入輸出接墊（Input/Output pad）。而對應於配置在接墊116上的各凸塊115則是輸入輸出凸塊（Input/Output pad）。此外，凸塊115的材料例如是選自錫（Sn）、銀（Ag）、銅（Cu）或是其合金所構成族群中的其中一種材質，或者是其他非鉛（Pb）或無鉛的合金，以避免造成環境污染，本發明並不以此為限。接著，在本實施例中，光學感測模組100a更包括控制單元101，其儲存比對資訊。具體而言，控制單元101可以是計算器、微處理器（Micro Controller Unit, MCU）、中央處理單元（Central Processing Unit，CPU），或是其他可程式化之控制器（Microprocessor）、數位訊號處理器（Digital Signal Processor，DSP）、可程式化控制器、特殊應用積體電路（Application Specific Integrated Circuits，ASIC）、可程式化邏輯裝置（Programmable Logic Device，PLD）或其他類似裝置，本發明並不以此為限。控制單元101藉由線路層114、接墊116以及凸塊115電性連接於光學感測器150。控制單元101用以接收光學感測器150傳送的光度資訊。具體而言，控制單元101是接收由類比數位轉換器102轉換的光度資訊（數位訊號）。控制單元101將光度資訊與比對資訊進行比對，其中經過待測物G的感測光束B決定光度資訊。於下方的段落中會具體的說明光度資訊與比對資訊的具體比對過程。

此外，在本實施例中，光學感測模組100a更包括溫度感測器103。溫度感測器103藉由線路層114、接墊116以及凸塊115電性連接於控制單元101。溫度感測器103感測光學感測模組100a的溫度資訊，且溫度資訊例如是光學感測模組100a的溫度。控制單元101根據此溫度資訊決定比對資訊。

具體而言，在本實施例中，控制單元101所儲存的比對資訊例如是不同的化學鍵鍵結形式對應的吸收波長或者是針對各種氣體的吸收波段。由於不同的化學鍵鍵結形式對應的吸收波長或者是針對各種氣體的吸收波段係為溫度的函數。因此，當控制單元101接收溫度資訊後，得知光學感測模組100a的溫度，並且根據光學感測模組100a的溫度來選出在此溫度下所對應的比對資訊。而當控制單元101接收到光度資訊後，會與上述選出的比對資訊進行比對，以確定待測物G的性質。下表二與下表三是在環境溫度（室溫，T=300K），比對資訊的具體實施例。 表二 表三 應注意的是，此處所揭示的比對資訊僅為範例，比對資訊還可以是其他上表二所未提到的氣體、固體、液體或不同化學鍵鍵結形式的吸收波長，本發明並不以此為限。

值得一提的是，由於部分傳遞於真空腔室160中的感測光束B並不一定會直接經由反射面122反射至光學感測器150。而是有可能先傳遞至未被側壁130、光柵140以及光學感測器150覆蓋的第一表面112a上再反射至反射面122，並再經由反射面122反射至光學感測器150，而此會影響光學感測模組100a的感測結果。在本實施例中，光學感測模組100a更包括吸光層104，其配置於未被側壁130、光柵140以及光學感測器150覆蓋的第一表面112a上。吸光層104用以吸收部分感測光束B。因此，吸光層104的配置可以有效地降低整體感測光束B的反射次數，以使光學感測模組100a的感測結果更為準確。

在本實施例中，光學感測模組100a更包括遮光件105，其中遮光件105配置於透光蓋體120、側壁130以及承載基板110的周邊。在本實施例中，遮光件105例如是塑膠製成的殼體，殼體用以使透光蓋體120、側壁130以及承載基板110固定。遮光件105用以遮蔽由透光蓋體120、側壁130以及承載基板110的周邊，而此配置可以避免環境光束進入真空腔室160，以避免環境光束影響光學感測模組100a的感測結果。在其他的實施例中，遮光件105例如是金屬薄膜，其可以藉由蒸鍍或濺鍍的方式沉積金屬薄膜於透光蓋體120、側壁130以及承載基板110組成的周邊。當然，遮光件105並不限於上述的實施例，只要是具有遮住光束功能的構件都可當作本發明的遮光件105，本發明並不以此為限。

請再參照圖1B，在本實施例中，光柵140包括繞射面142、第一端S1與第二端S2。繞射面142具有多個繞射結構142a，其中這些繞射結構142a的形狀為鋸齒狀。在其他的實施例中，這些繞射結構142a的形狀則為波浪狀，本發明並不以此為限。第一端S1遠離光學感測器150。第二端S2相對於第一端S1，第二端S2鄰近光學感測器150，其中第一端S1與反射面122的距離等於第二端S2與反射面122的距離。換言之，繞射面142的巨觀輪廓包括圖1B所示的平面，且這些繞射結構142a沿著平面排列。接著，在本實施例中，透光開口122a延伸的方向例如是沿著Z軸方向延伸，而這些繞射結構142a延伸的方向同樣沿著Z軸方向延伸。也就是說，透光開口122a延伸的方向與這些繞射結構142a延伸的方向實質上相同。

當然，在本實施例中，光學感測模組100a更可包括如運算模組、儲存模組、通訊模組、電源模組等適當的功能性元件，本發明並不加以限制。

在此必須說明的是，下述實施例沿用前述實施例的元件標號與部分內容，其中採用相同的標號來表示相同或近似的元件，並且省略了相同技術內容的說明。關於省略部分的說明可參考前述實施例，下述實施例不再重複贅述。

圖1C與圖1D分別繪示為本發明不同實施例的部分光學感測模組100b與100c，此兩者分別對圖1A與圖1B所繪示的部分光學感測模組100a的主要差異在於：光學感測模組100b與100c的繞射面142的巨觀輪廓包括圖1C與圖1D所繪示的曲面，且這些繞射結構142a沿著曲面排列。更具體來說，光學感測模組100b與100c的曲面朝向透光蓋體120，其中光學感測模組100b朝向透光蓋體120的曲面係為凹面，而光學感測模組100c朝向透光蓋體120的曲面係為凸面。

圖1E與圖1F分別繪示為本發明不同實施例的部分光學感測模組100d與100e，其中光學感測模組100d與光學感測模組100b主要差異在於：第一端S1與反射面122的距離小於第二端S2與反射面122的距離。換言之，曲面由離反射面122較小的距離的第一端S1往離反射面122較大的距離的第二端S2傾斜。而光學感測模組100e與光學感測模組100c的主要差異與上述光學感測模組100d與光學感測模組100b主要差異相同，在此不再贅述。

以下舉出利用上述任一光學感測模組（100a、100b、100c、100d、100e）的一種量測待測物G的方法。首先，關閉進入口172與排出口174，並使光源180發出感測光束B，以量測出尚未帶有待測物G的透光腔體170內的光度資訊，以作為校正。也就是先對原本透光腔體170內部的氣體偵測其光度資訊。接著，關閉光源180。然後，開啟進入口172並關閉排出口174，以使待測物G藉由進入口172進入透光腔體170內部。接著，再一次開啟光源180開關以使光源180發出感測光束B，使感測光束B經過待測物G，以量測出帶有待測物G的透光腔體170內的光度資訊。為方便起見，以下將未帶有待測物G的透光腔體170內的光度資訊稱作校正資訊，而帶有待測物G的透光腔體170內的光度資訊仍稱作光度資訊。由於透光腔體170內也可能帶有影響感測結果的物體（例如是氣體或液體），因此在控制單元101對光度資訊與比對資訊進行比對之前，控制單元101會根據校正資訊對光度資訊做校正。以避免原本在透光腔體170內的帶有影響感測結果的物體（例如是氣體或液體）影響光學感測模組的感測結果，因此可以更進一步地提升本實施例的光學感測模組的準確性。此外，一般的氣體感測器在量測時需要抽氣裝置，抽氣裝置用以將容置待測物G的腔室中的氣體抽出，以避免原先在腔室中的氣體影響感測結果的準確性。相對於一般的氣體感測器，本發明上述提到的多個實施例的光學感測模組更具有節省成本，且具有較小的體積的優勢。

因此，當控制單元101將光度資訊與校正資訊進行校正後，再把光度資訊校正後的結果與比對資訊進行比對。若控制單元101感測到光度資訊校正後的結果後在特定波段的吸收光譜的光強度較弱，則代表待測物G吸收了待測光束B於此波段的光束。舉例來說，若控制單元101感測到在波長4.3μm有一吸收波峰，則代表待測物G中包括二氧化碳。進一步來說，比對資訊包括不同待測物G的吸收係數，因此控制單元101可以針對吸收波峰百分比下降的程度，進一步地計算出待測物G的濃度。當然，上述的實施例僅為舉例，本發明並不以此為限。

值得一提的是，經過一定的時間之後，光源180所發出的感測光束B的光強度會隨著時間衰減。若依據上述的量測方式，也就是先以校正資訊對光度資訊進行校正，可以避免透光腔體170內的帶有影響感測結果的物體（例如是氣體或液體）影響光學感測模組的感測結果，且同時也避免因為光源180的光強度衰減而影響到光學感測模組的感測結果。

圖2A至圖2F係為製作上述任一部分光學感測模組（100a、100b、100c、100d、100e）的製作流程示意圖，此處以光學感測模組100a為例。請先參照圖2A，提供承載基板110。承載基板110包括基材112、多個導電貫孔113、線路層114、多個接墊116以及鈍化層118。具體而言，這些導電貫孔113的形成方式例如是對基材112進行微影製程，利用微影製程定義出這些導電貫孔113在基材112上的位置。接著，針對上述利用微影製程定義出導電貫孔113的位置進行蝕刻製程，蝕刻並貫穿基材112，以形成多個貫孔。然後，填入導電性佳的金屬或金屬合金於這些貫孔中，形成這些導電貫孔113，並除去微影製程留下來的光阻。

請再參照圖2A，基材112包括相對的第一表面112a與第二表面112b。形成線路層114的方式例如是利用微影製程在第二表面上112b定義出線路層114的位置。接著，針對上述利用微影製程定義出線路層114的位置，並利用蒸鍍、濺鍍或其他沉積技術以沉積導電性佳的金屬或金屬合金，以在第二表面112b上形成線路層114，並除去微影製程留下來的光阻。

在本實施例中，形成鈍化層118的方式例如是利用微影製程在第二表面112b上定義出鈍化層118的位置，並且利用蒸鍍、濺鍍或其他沉積技術以沉積鈍化層118，其中鈍化層118的材料例如是氧化物絕緣材料或者是高分子絕緣材料，本發明並不以此為限。並除去微影製程留下來的光阻。應注意的是，除去光阻後，鈍化層118暴露出這些接墊116。

請參照圖2B，在承載基板110的周邊配置側壁130，其中側壁130材料例如是銅（Cu）、鋁（Al）、釩（V）、鋯（Zr）、鈷（Co）或其組合，且側壁130具有氣體吸附的功能。

請參照圖2C，提供透光蓋體120，其中透光蓋體120的材料例如是玻璃或者是其他具有較高氣密性且高透光度的材料，本發明並不以此為限。接著，利用微影製程定義出透光開口122a的位置，並且利用蒸鍍、濺鍍或其他沉積技術以沉積反射層176。並除去微影製程留下的光阻。

請參照圖2D，利用晶片晶圓接合技術（chip-to-wafer，C2W）將光學感測器150與類比數位轉換器102接合於第一表面112a上，其中類比數位轉換器102位於光學感測器150與承載基板110之間。各導電貫孔113的一端連接至光學感測器150，且各導電貫孔113的另一端連接至線路層114。接著，使這些凸塊115分別形成於這些接墊116上，其中形成這些凸塊115的方式例如是利用電鍍或焊接的方式形成，且這些凸塊115的材料是選自錫（Sn）、銀（Ag）、銅（Cu）或是其合金所構成族群中的其中一種材質，或者是其他非鉛（Pb）或無鉛的合金，以避免造成環境污染，本發明並不以此為限。

請參照圖2E，利用晶片晶圓接合技術將具有多個繞射結構142a的光柵140接合於第一表面112a上，且光柵140位於光學感測器150旁。應注意的是，由於在此處係以光學感測模組100a為例。在其他的實施例中，光柵140也可以是如同圖1B、圖1C、圖1D或圖1E所繪示的任一部分光學感測模組中的光柵140，本發明並不以此為限。

最後，請參照圖2F，利用微蓋接合技術（Cap Chip Bonding）將透光蓋體120接合於側壁130上，其中透光開口122a的位置對應於光柵140的位置，完成光學感測模組100a的製作。

綜上所述，本發明上述多個實施例的光學感測模組藉由承載基板、側壁與透光腔體形成真空腔室，並將光柵與光學感測器配置於真空腔室內，其中真空腔室的氣體壓力範圍在1x10^-2 托耳至1x10^-7 托耳的範圍內，此配置可使感測光束較不受殘留於真空腔室內的氣體影響感測結果。接著，側壁為氣體吸附層，此配置可以與殘留於真空腔室中的不同氣體進行不同的化學反應，以形成具有較低蒸氣壓的化合物於側壁的表面上，因此可以將真空腔室內的壓力維持在上述的氣體壓力範圍。值得一提的是，遮光件與反射面的配置可以避免環境光束進入真空腔體中，避免環境光束影響感測結果，因此本發明上述多個實施例的光學感測模組的量測結果具有較高的準確性。此外，光學感測器與光柵配置於基材的第一表面上，且光柵的位置對應於透光開口。此光路配置可使得感測光束以較短的光傳遞路徑傳遞至光學感測器，而具有體積較小、攜帶方便，更能夠達到即時監測的效果。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100a、100b、100c、100d、100e‧‧‧光學感測模組
101‧‧‧控制單元
102‧‧‧類比數位轉換器
103‧‧‧溫度感測器
104‧‧‧吸光層
105‧‧‧遮光件
110‧‧‧承載基板
112‧‧‧基材
112a‧‧‧第一表面
112b‧‧‧第二表面
113‧‧‧導電貫孔
114‧‧‧線路層
115‧‧‧凸塊
116‧‧‧接墊
118‧‧‧鈍化層
120‧‧‧透光蓋體
122‧‧‧反射面
122a‧‧‧透光開口
130‧‧‧側壁
140‧‧‧光柵
142‧‧‧繞射面
142a‧‧‧繞射結構
150‧‧‧光學感測器
160‧‧‧真空腔室
170‧‧‧透光腔體
172‧‧‧進入口
174‧‧‧排出口
176‧‧‧反射層
176a‧‧‧開口
180‧‧‧光源
190‧‧‧聚焦透鏡
X‧‧‧X軸
Y‧‧‧Y軸
Z‧‧‧Z軸
D‧‧‧間距
G‧‧‧待測物
S1‧‧‧第一端
S2‧‧‧第二端
B‧‧‧感測光束
B1、B2、B3‧‧‧繞射光

圖1A繪示為本發明一實施例的光學感測模組的剖面示意圖。 圖1B繪示為圖1A的實施例的部分光學感測模組的剖面示意圖。 圖1C至圖1F為本發明不同實施例的部分光學感測模組的剖面示意圖。 圖2A至圖2F為本發明一實施例的部分光學感測模組的製作流程示意圖。

100a‧‧‧光學感測模組

101‧‧‧控制單元

102‧‧‧類比數位轉換器

103‧‧‧溫度感測器

104‧‧‧吸光層

105‧‧‧遮光件

110‧‧‧承載基板

112‧‧‧基材

112a‧‧‧第一表面

112b‧‧‧第二表面

113‧‧‧導電貫孔

114‧‧‧線路層

115‧‧‧凸塊

116‧‧‧接墊

118‧‧‧鈍化層

120‧‧‧透光蓋體

122‧‧‧反射面

122a‧‧‧透光開口

130‧‧‧側壁

140‧‧‧光柵

142‧‧‧繞射面

142a‧‧‧繞射結構

150‧‧‧光學感測器

160‧‧‧真空腔室

176‧‧‧反射層

X‧‧‧X軸

Y‧‧‧Y軸

Z‧‧‧Z軸

D‧‧‧間距

S1‧‧‧第一端

S2‧‧‧第二端

B‧‧‧感測光束

B1、B2、B3‧‧‧繞射光

Claims (20)

1. 一種光學感測模組，藉由一感測光束感測一待測物的特性，包括： 一承載基板；               一透光蓋體，該透光蓋體上配置一反射面，該反射面具 有一透光開口，且該透光開口暴露出部分該透光蓋體； 一側壁，該側壁配置於該承載基板的周圍，且位於該承載 基板與該透光蓋體之間； 一光柵，該光柵配置於該承載基板上，且該光柵的位置 對應於該透光開口；以及      一光學感測器，該光學感測器配置於該承載基板上，且位於該光柵旁，其中該承載基板、該側壁與該透光蓋體形成一真空腔室，且該光柵與該光學感測器配置於該真空腔室內。
2. 如申請專利範圍第1項所述的光學感測模組，其中該感測光束經由該透光開口進入該真空腔室並傳遞至該光柵，該光柵使在該真空腔室中傳遞的該感測光束產生繞射而傳遞至該反射面，且產生繞射後的該感測光束被該反射面反射至該光學感測器。
3. 如申請專利範圍第1項所述的光學感測模組，其中該光柵包括一繞射面，且該繞射面具有多個繞射結構。
4. 如申請專利範圍第3項所述的光學感測模組，其中該些繞射結構的形狀為鋸齒狀或波浪狀。
5. 如申請專利範圍第3項所述的光學感測模組，其中該些繞射結構沿著一曲面或一平面排列，其中該曲面為朝向該透光蓋體的一凹面或朝向該透光蓋體的一凸面。
6. 如申請專利範圍第5項所述的光學感測模組，其中該光柵更包括： 一第一端，遠離該光學感測器；以及 一第二端，相對於該第一端，該第二端鄰近於該光學感測 器，其中該第一端與該反射面的距離小於該第二端與該反射面的距離。
7. 如申請專利範圍第3項所述的光學感測模組，其中該透光開口延伸的方向與該些繞射結構延伸的方向實質上相同。
8. 如申請專利範圍第1項所述的光學感測模組，其中該承載基板更包括： 一基材，具有一第一表面與相對於該第一表面的一第二表 面，其中該側壁、該光柵以及該光學感測器配置於該第一表面上；            一線路層，該線路層配置於該第二表面上； 多個接墊，電性連接於該線路層； 一鈍化層，配置於該線路層上，且暴露出該些接墊；以及            多個導電貫孔，各該導電貫孔貫穿該基材，各該導電貫孔的一端連接至該光學感測器，且各該導電貫孔的另一端則連接至該線路層。
9. 如申請專利範圍第8項所述的光學感測模組，其中該光學感測模組更包括： 一吸光層，該吸光層配置於未被該側壁、該光柵以及該 光學感測器覆蓋的該第一表面上。
10. 如申請專利範圍第8項所述的光學感測模組，其中該光學感測模組更包括： 一控制單元，儲存一比對資訊，該控制單元藉由該線路層電性連接於該光學感測器，該控制單元用以接收由該光學感測器傳送的一光度資訊，且將該光度資訊與該比對資訊進行比對，其中經過該待測物的該感測光束決定該光度資訊。
11. 如申請專利範圍第10項所述的光學感測模組，其中該光學感測模組更包括： 一溫度感測器，該溫度感測器藉由該線路層電性連接於該控制單元，該溫度感測器用以感測該光學感測模組的一溫度資訊，並將該溫度資訊傳送至該控制單元，且該控制單元依據該溫度資訊決定該比對資訊。
12. 如申請專利範圍第1項所述的光學感測模組，其中該光學感測模組更包括： 一透光腔體，包括：      一進入口，用以使該待測物進入該透光腔體；      一排出口，用以使該待測物離開該透光腔體； 一光源，用以發出該感測光束，其中該光源配置於該透光 腔體的外表面上，且該感測光束穿透該透光腔體進入該透光開口；以及 一聚焦透鏡，該聚焦透鏡配置於該感測光束的傳遞路徑 上，且位於該光源與該透光開口之間。
13. 如申請專利範圍第12項所述的光學感測模組，其中該透光腔體更包括一反射層，該反射層配置於該透光腔體的內表面上。
14. 如申請專利範圍第1項所述的光學感測模組，其中光學感測模組更包括一類比數位轉換器，該類比數位轉換器配置於該承載基板與該光學感測器之間。
15. 如申請專利範圍第1項所述的光學感測模組，其中該光學感測模組更包括： 一遮光件，該遮光件配置於該透光蓋體、該側壁與該承載基板的周邊。
16. 如申請專利範圍第1項所述的光學感測模組，其中該真空腔體的氣體壓力範圍落在1x10^-2 托耳至1x10^-7 托耳的範圍內。
17. 如申請專利範圍第1項所述的光學感測模組，其中該光學感測器為可見光感測器、紅外光感測器或紫外光感測器。
18. 如申請專利範圍第1項所述的光學感測模組，其中該透光開口為一狹縫。
19. 如申請專利範圍第1項所述的光學感測模組，其中該側壁為一氣體吸附層。
20. 如申請專利範圍第19項所述的光學感測模組，其中該氣體吸附層的材料包括銅、鋁、釩、鋯、鈷或其組合。