TWI570400B - 可防止漏光的光學偵測裝置 - Google Patents

可防止漏光的光學偵測裝置 Download PDF

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Description

可防止漏光的光學偵測裝置
本發明係提供一種光學偵測裝置，尤指一種可防止漏光的光學偵測裝置。
傳統的光感測模組容易因漏光問題造成感測精度不佳，究其原因，通常是光感測模組的隔光機制設計不佳，發光單元的感測光在未投映到待測物體前，會有部分光訊號直接傳遞到光接收元件，光接收元件讀取到非感測光以外的光訊號，使得訊號品質下降而影響感測精度。例如美國專利US 8,888,701，依其第7-8圖所示，光感測模組係將訊號發射器(元件編號102)與訊號接收器(元件編號103)緊鄰設置。雖然光感測模組利用兩組透鏡結構(元件編號715)分別引導訊號發射器射出感測光、以及引導從待測物體反射的感測光為訊號接收器所讀取，但是訊號接收器與訊號發射器中間沒有任何隔間結構，訊號接收器會接收到部分的直接從訊號發射器發出的外漏感測光。該些外漏的部分感測光不帶有待測物體的特徵資訊，會顯著降低光感測模組的感測精度。因此，如何有效解決傳統光感測模組的漏光問題，便為相關產業的發展課題之一。
本發明係提供一種可防止漏光的光學偵測裝置，以解決上述之問題。
本發明之申請專利範圍係揭露一種可防止漏光的光學偵測裝置，裝設於一穿戴式裝置上。該光學偵測裝置包含有一光源、一光偵測元件、一封裝結構以及一遮光件。該光源輸出一取樣訊號以照射一待測物件。該光偵測元件鄰設於該光源旁，並與該光源具有一間隔距離。該光偵測元件用以接收自該待測物件反射的該取樣訊號以分析該待測物件之參數。該封裝結構包覆該光源與該光偵測元件。該封裝結構包含一出光面單元以及一入光面單元，分別對應設置於該光源與該光偵測元件。該封裝結構另包含一區隔件，設置在該出光面單元以及該入光面單元之間。該遮光件設置於該區隔件上，用來阻擋該取樣訊號未經該待測物件之反射就投映到該入光面單元。
本發明之申請專利範圍另揭露該封裝結構另包含多個側壁，分設於該區隔件周圍，該出光面單元以及該入光面單元形成在該區隔件和該多個側壁之間。該區隔件與該多個側壁之間係灌入透光膠。該遮光件包含複數個止擋部，分別設置於該區隔件以及該多個側壁上，用來止擋溢出該出光面單元和/或該入光面單元的該透光膠。該複數個止擋部之二相鄰止擋部的距離相同或相異於該出光面單元和/或該入光面單元的寬度。
本發明之申請專利範圍另揭露該遮光件具有一第一裝配部，該區隔件上具有一第二裝配部，該第一裝配部與該第二裝配部相嵌合以阻擋該出光面單元與該入光面單元之間的漏光路徑。該第一裝配部以及該第二裝配部分別為一凸塊和一凹陷槽。該光學偵測裝置另包含一不透光彈性件，設置在該第一裝配部與該第二裝配部之間。
本發明之申請專利範圍另揭露該光學偵測裝置另包含一外觀件，壓附於該遮光件以連接該封裝結構。該外觀件包含一主體以及多個透光部，該多個透光部安裝於該主體之多個破孔內，且分別對應該出光面單元以及該入光面單元。該遮光件設置在該主體與該區隔件之間。該遮光件由不透光彈性材料製作。該光學偵測裝置另包含一突出部，位於該區隔件上方，且其位置介於該光源與該光偵測元件之間。該突出部係選擇性經由一物件設置在該區隔件上。該遮光件的側面具有凹凸結構，可用以置放一硬質透光蓋板，以遮蔽該光源或者該光偵測元件的至少其中之一。
本發明之光學偵測裝置在封裝結構內設置區隔件形成兩個腔室，分別容置光源以及光偵測元件，讓光源輸出的取樣訊號不會在封裝結構內直接傳遞到光偵測元件。光學偵測裝置另於封裝結構上設置遮光件，遮光件較佳位於區隔件之上方，可以阻擋透出封裝結構的取樣訊號未經待測物件之反射而投映到封裝結構內的光偵測元件。本發明提出三種實施例介紹光學偵測裝置的防漏光機制，例如遮光件可為區隔件之縱向延伸，既防止取樣訊號的直射，也可止擋透光膠的溢流；或者遮光件可搭配區隔件形成重疊嵌合結構，阻擋在取樣訊號的直線傳遞路徑上；又或者遮光件可以是不透光彈性體，利用結構體的彈性變形充分填塞在外觀件與區隔件之間隙。本發明光學偵測裝置的防漏光機制具有簡易組裝手段和低製造成本之優點，有效防止光線外漏而能提高光學偵測裝置的精確度。
請參閱第1圖與第2圖，第1圖與第2圖分別為本發明第一實施例之光學偵測裝置10在不同製造過程之示意圖。光學偵測裝置10包含電路基板12、光源14、光偵測元件16、封裝結構18以及遮光件20。光學偵測裝置10一般裝設在例如智慧型手錶、智慧型手環等穿戴式裝置上，電路基板12可以獨立於穿戴式裝置，也可以是穿戴式裝置的部分零組件，端視設計需求而定。光源14設置在電路基板12上，用來輸出取像訊號以照射待測物件22。待測物件22是使用者的部分皮膚組織，例如指頭或腕部。光偵測元件16鄰設於光源14旁，並與光源14具有間隔距離D1，意即兩者並非緊鄰設置。光偵測元件16用來接收自待測物件22反射的取像訊號，以根據取像訊號的光學特性變化分析待測物件22之參數(即使用者的生理特徵)。
封裝結構18主要包含出光面單元24、入光面單元26、區隔件28以及側壁30。多個側壁30較佳以對稱方式分設在區隔件28周圍，且出光面單元24與入光面單元26分別形成在區隔件28和該些側壁30之間。出光面單元24與入光面 單元26可為破孔結構，且位置分別對應於光源14以及光偵測元件16。光源14輸出的取像訊號可通過出光面單元24投射到待測物件22，待測物件22反射的取像訊號另通過入光面單元26為光偵測元件16所接收。如第1圖與第2圖所示，封裝結構18能完整包覆光源14與光偵測元件16，多個側壁30分設在光源14和光偵測元件16外圍，區隔件28設置在出光面單元24及入光面單元26之間，意即位於光源14和光偵測元件16之間的間隔距離D1的範圍內，可避免光源14輸出的取像訊號未經待測物件22的反射，在封裝結構18內部就直接投射到光偵測元件16上。
遮光件20至少設置於區隔件28上且突出於封裝結構18之外表面，用來阻擋透出出光面單元24的取像訊號在未經待測物件22之反射前，就投映到入光面單元26為光偵測元件16所接收。藉由區隔件28與遮光件20之結構設計，光學偵測裝置10可以有效防止取像訊號外漏的風險。在本發明第一實施例中，如第1圖所示，遮光件20主要由複數個止擋部32組成，該些止擋部32分別設置在區隔件28以及側壁30上。如第2圖所示，封裝結構18另在區隔件28與該些側壁30之間的各腔室(用以容置光源14和光偵測元件16的空間)內灌入透光膠34。透光膠34的膠量約略相等於各腔室之容積，設置在區隔件28與側壁30上方的止擋部32就是用來止擋溢出出光面單元24和/或入光面單元26的部分透光膠34。
如第1圖及第2圖所示第一實施例，複數個止擋部32中的任兩個相鄰止擋部32的邊界距離D2相異於(例如大於，然不限於此)出光面單元24和/或入光面單元26的寬度D3，意即止擋部32與區隔件28或側壁30形成階梯狀結構，提供緩衝空間以容納該些溢出出光面單元24和/或入光面單元26的部分透光膠34。此外，距離D2也可實質相同於寬度D3，表示止擋部32的結構寬度約略相當於區隔件28和側壁30的結構寬度。如第3圖所示，第3圖為本發明第一實施例之光學偵測裝置10在另一變形態樣之示意圖，止擋部32可視為區隔件28與側壁30的縱向延伸結構。
請參閱第4圖與第5圖，第4圖與第5圖分別為本發明第二實施例之光學偵測裝置10’在不同安裝過程之示意圖。第二實施例中，與第一實施例具有相同編號的元件具有相同的結構與功能，於此不再重複敘明。第二實施例和第一實施例之差異在於，光學偵測裝置10’的遮光件20’具有兩個透光區40，其位置分別對應於出光面單元24與入光面單元26。透光區40係在遮光件20’的破孔內填充透光隔絕材料，讓取像訊號能經由透光區40投射或反射於待測物件22。遮光件20’另具有第一裝配部36，區隔件28’具有第二裝配部38。如第5圖所示，遮光件20’設置於區隔件28’上方時，第一裝配部36會嵌合第二裝配部38形成重疊，可以阻擋出光面單元24與入光面單元26之間的漏光路徑，防止透出出光面單元24的取樣訊號未經待測物件22的反射就投映到入光面單元26。
為了進一步提高光學偵測裝置10’之防漏光效能，光學偵測裝置10’另選擇性包含不透光彈性件42，其係設置在第一裝配部36與第二裝配部38之間。不透光彈性件42受到外力擠壓時產生結構變形，能充分填塞在第一裝配部36和第二裝配部38之間空隙，有效阻隔取樣訊號經由該空隙的傳遞路徑。如第4圖與第5圖所示，第一裝配部36以及第二裝配部38可分別為凸塊和凹陷槽，然不限於此；例如兩裝配部可為相反於本實施例的結構配置、或為任意樣式的嵌合結構。凡可用來阻隔取樣訊號直線傳遞的各種嵌合結構皆屬於本發明之設計範疇。
請參閱第6圖與第7圖，第6圖與第7圖分別為本發明第三實施例之光學偵測裝置10”在不同安裝過程之示意圖。第三實施例中，與前述實施例具有相同編號的元件具有相同的結構與功能，於此不再重複敘明。第三實施例和前述實施例之差異在於，光學偵測裝置10”另包含外觀件44，壓附遮光件20”且利用雙面膠連接封裝結構18。外觀件44包含主體46以及多個透光部48。透光部48安裝於主體46之多個破孔50內，且位置分別對應出光面單元24以及入光面單元26。遮光件20”主要由不透光彈性材料製作。遮光件20”可依封裝結構18的外形設計成環狀或矩形，遮光件20”的實體部分置放在區隔件28與側壁30上，遮光件20”的中空部分則對齊出光面單元24及入光面單元26。外觀件44壓附遮光件20”以連接封裝結構18時，遮光件20”產生結構變形而密合於主體46及區隔件28之間隙，能有效防止透出出光面單元24的取樣訊號經由該間隙投映到入光面單元26。
請參閱第8圖，第8圖為本發明第四實施例之光學偵測裝置100之示意圖。光學偵測裝置100進一步可包含突出部52，位於區隔件28的上方。光學偵測裝置100的觸控操作面通常為一平面，若該觸控操作面不夠平整，待測物件22按壓該觸控操作面時，光源14輸出的取像訊號仍可能通過待測物件22與該觸控操作面之間縫隙直接傳送(意即未經由待測物件22的反射)到光偵測元件16。因此，將突出部52設在區隔件28上，除了可以延伸區隔件28作為光源14與光偵測元件16之間的隔光構件的整體長度，突出部52還能實質止頂於待測物件22，填補待測物件22與區隔件28之間可能的微小縫隙。突出部52的最高高度通常不超過1毫米(mm)，較佳高度為0.4毫米(mm)以下，然不限於此。突出部52的形狀、寬度與長度亦不限於第8圖所示態樣，可以是長條形、波浪形、不連續段結構等，端視實際需求而定。
突出部52並未侷限要密接於區隔件28，例如突出部52可以選擇性經由特定物件設置在區隔件28上。在第四實施例中，突出部52係通過止擋部32設置在區隔件28上方，前述的物件在此即為止擋部32；然另可根據設計需求而表現為其它形式。舉例來說，若將突出部52應用在第二實施例，突出部52可經由遮光件20’(物件)間接設置在區隔件28上，且突出部52的位置介於兩個透光區40之間；若將突出部52應用在第三實施例，突出部52可經由外觀件44(物件)間接設置在區隔件28上，且突出部52的位置介於兩個透光部48之間。
或者，光學偵測裝置可選擇既不在封裝結構內灌入透光膠、也不在封裝結構上放置外觀件，而另以其他元件作替換。請參閱第9圖，第9圖為本發明第五實施例之光學偵測裝置100’之示意圖。光學偵測裝置100’的遮光件20的側面可具有凹凸結構54，用來置放硬質透光蓋板56。透光蓋板56可為透明玻璃或透明/茶色塑料板等材質。透光蓋板56嵌入凹凸結構54且直接覆蓋在出光面單元24和/或入光面單元26上，藉此遮蔽光源14或者光偵測元件16的至少其中之一。
綜上所述，本發明之光學偵測裝置在封裝結構內設置區隔件形成兩個腔室，分別容置光源以及光偵測元件，讓光源輸出的取樣訊號不會在封裝結構內直接傳遞到光偵測元件。光學偵測裝置另於封裝結構上設置遮光件，遮光件較佳位於區隔件之上方，可以阻擋透出封裝結構的取樣訊號未經待測物件之反射而投映到封裝結構內的光偵測元件。本發明提出三種實施例介紹光學偵測裝置的防漏光機制，例如遮光件可為區隔件之縱向延伸，既防止取樣訊號的直射，也可止擋透光膠的溢流；或者遮光件可搭配區隔件形成重疊嵌合結構，阻擋在取樣訊號的直線傳遞路徑上；又或者遮光件可以是不透光彈性體，利用結構體的彈性變形充分填塞在外觀件與區隔件之間隙。相較於先前技術，本發明光學偵測裝置的防漏光機制具有簡易組裝手段和低製造成本之優點，有效防止光線外漏而能提高光學偵測裝置的精確度。   以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
10、10’、10”、100、100’‧‧‧光學偵測裝置
12‧‧‧電路基板
14‧‧‧光源
16‧‧‧光偵測元件
18‧‧‧封裝結構
20、20’、20”‧‧‧遮光件
22‧‧‧待測物件
24‧‧‧出光面單元
26‧‧‧入光面單元
28、28’‧‧‧區隔件
30‧‧‧側壁
32‧‧‧止擋部
34‧‧‧透光膠
36‧‧‧第一裝配部
38‧‧‧第二裝配部
40‧‧‧透光區
42‧‧‧不透光彈性件
44‧‧‧外觀件
46‧‧‧主體
48‧‧‧透光部
50‧‧‧破孔
52‧‧‧突出部
54‧‧‧凹凸結構
56‧‧‧透光蓋板
D1‧‧‧間隔距離
D2‧‧‧相鄰止擋部的距離
D3‧‧‧出光面單元或入光面單元的寬度
第1圖與第2圖分別為本發明第一實施例之光學偵測裝置在不同製造過程之示意圖。
第3圖為本發明第一實施例之光學偵測裝置於另一變形態樣之示意圖。
第4圖與第5圖分別為本發明第二實施例之光學偵測裝置在不同安裝過程之示意圖。
第6圖與第7圖分別為本發明第三實施例之光學偵測裝置在不同安裝過程之示意圖。
第8圖為本發明第四實施例之光學偵測裝置之示意圖。
第9圖為本發明第五實施例之光學偵測裝置之示意圖。
10‧‧‧光學偵測裝置
12‧‧‧電路基板
14‧‧‧光源
16‧‧‧光偵測元件
18‧‧‧封裝結構
20‧‧‧遮光件
22‧‧‧待測物件
24‧‧‧出光面單元
26‧‧‧入光面單元
28‧‧‧區隔件
30‧‧‧側壁
32‧‧‧止擋部
34‧‧‧透光膠
D1‧‧‧間隔距離
D2‧‧‧相鄰止擋部的距離
D3‧‧‧出光面單元或入光面單元的寬度

Claims (13)

  1. 一種可防止漏光的光學偵測裝置，裝設於一穿戴式裝置上，該光學偵測裝置包含有：一光源，輸出一取樣訊號以照射一待測物件；一光偵測元件，鄰設於該光源旁，並與該光源具有一間隔距離，該光偵測元件用以接收自該待測物件反射的該取樣訊號以分析該待測物件之參數；一封裝結構，包覆該光源與該光偵測元件，該封裝結構包含一出光面單元以及一入光面單元，分別對應設置於該光源與該光偵測元件，該封裝結構另包含一區隔件，設置在該出光面單元以及該入光面單元之間；以及一遮光件，設置於該區隔件上且突出於該封裝結構之外表面，用來阻擋該取樣訊號未經該待測物件之反射就沿著該封裝結構的邊緣投映到該入光面單元。
  2. 如請求項1所述之光學偵測裝置，其中該封裝結構另包含多個側壁，分設於該區隔件周圍，該出光面單元以及該入光面單元形成在該區隔件和該多個側壁之間。
  3. 如請求項1所述之光學偵測裝置，其中該區隔件與該封裝結構之多個側壁之間係灌入透光膠，該遮光件包含複數個止擋部，分別設置於該區隔件以及該多個側壁上，用來止擋溢出該出光面單元和/或該入光面單元的該透光膠。
  4. 如請求項3所述之光學偵測裝置，其中該複數個止擋部之二相鄰止擋 部的距離相同或相異於該出光面單元和/或該入光面單元的寬度。
  5. 如請求項1所述之光學偵測裝置，其中該遮光件具有一第一裝配部，該區隔件上具有一第二裝配部，該第一裝配部與該第二裝配部相嵌合以阻擋該出光面單元與該入光面單元之間的漏光路徑。
  6. 如請求項5所述之光學偵測裝置，其中該第一裝配部以及該第二裝配部分別為一凸塊和一凹陷槽。
  7. 如請求項5所述之光學偵測裝置，其另包含：一不透光彈性件，設置在該第一裝配部與該第二裝配部之間。
  8. 如請求項1所述之光學偵測裝置，其另包含：一外觀件，壓附於該遮光件以連接該封裝結構，該外觀件包含一主體以及多個透光部，該多個透光部安裝於該主體之多個破孔內，且分別對應該出光面單元以及該入光面單元。
  9. 如請求項8所述之光學偵測裝置，其中該遮光件設置在該主體與該區隔件之間。
  10. 如請求項8所述之光學偵測裝置，其中該遮光件由不透光彈性材料製作。
  11. 如請求項1所述之光學偵測裝置，其另包含： 一突出部，位於該區隔件上方，且其位置介於該光源與該光偵測元件之間。
  12. 如請求項11所述之光學偵測裝置，其中該突出部係選擇性經由一物件設置在該區隔件上。
  13. 如請求項1所述之光學偵測裝置，其中該遮光件的側面具有凹凸結構，可用以置放一硬質透光蓋板，以遮蔽該光源或者該光偵測元件的至少其中之一。
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