可挠性光学传感器模块.pdf

本发明公开了一种可挠性光学传感器模块，可挠性光学传感器模块包括一支撑基板与一可挠性波导。支撑基板具有一第一凹槽与一第二凹槽，其中第一凹槽具有一第一光学微反射表面与一第二光学微反射表面位于其二侧。可挠性波导配置于支撑基板的第一凹槽之上。支撑基板可以包括一第一基板具有第一凹槽与一第二基板具有第二凹槽，第一基板配置于第二基板之上。一振动薄膜形成于第一基板与第二基板之间。光源与光检测器配置于第一基板之上。本发明的可挠性光学传感器模块可具有振动感测功能的。

权利要求书1.  一种可挠性光学传感器模块，其特征在于，其包含：一支撑基板，具有一第一凹槽结构与一第二凹槽结构，其中该第一凹槽结构具有一第一光学微反射表面与一第二光学微反射表面，位于该第一凹槽结构的二侧；以及一可挠性波导，配置于该支撑基板的该第一凹槽结构之上。2.  如权利要求1所述的可挠性光学传感器模块，其特征在于，该支撑基板包括一第一基板与一第二基板，该第一基板具有该第一凹槽结构，该第二基板具有该第二凹槽结构，其中该第一基板配置于该第二基板之上。3.  如权利要求2所述的可挠性光学传感器模块，其特征在于，更包括一振动薄膜，配置于该第一基板与该第二基板之间。4.  如权利要求1所述的可挠性光学传感器模块，其特征在于，更包括一光源与一光检测器配置于该第一基板之上。5.  一种可挠性光学传感器模块，其特征在于，其包含：一振动薄膜；以及一可挠性波导，配置于该振动薄膜之下，其中该可挠性波导具有一第一光学微反射表面与一第二光学微反射表面，位于该可挠性波导的二侧。6.  如权利要求5所述的可挠性光学传感器模块，其特征在于，更包括一光源与一光检测器，配置于该振动薄膜之上。7.  一种可挠性光学传感器模块，其特征在于，包含：一可挠性印刷电路板，具有一第一开口形成于其中；以及一光学波导，配置于该可挠性印刷电路板之下，其中该光学波导具有一第一光学微反射表面与一第二光学微反射表面。8.  如权利要求7所述的可挠性光学传感器模块，其特征在于，该光学波导为一可挠性波导，其中该可挠性波导包括一第一V型凹槽结构与一第二V型凹槽结构，使得该第一光学微反射表面与该第二光学微反射表面分别形成于该可挠性波导的该第一V型凹槽结构的一侧与该第二V型凹槽结构的另一侧。9.  如权利要求7所述的可挠性光学传感器模块，其特征在于，更包括一光源与一光检测器，配置于该可挠性印刷电路板之上。10.  如权利要求7所述的可挠性光学传感器模块，其特征在于，该光学波导具有一第二开口形成于其中，更包括一惯性传感器，配置于该可挠性印刷电路板之上而延伸至该第一开口与该第二开口。

说明书可挠性光学传感器模块
技术领域
 本发明关于光学传感器，特别涉及一种用于一光学感测系统中测量振动的可挠性光学传感器模块。
背景技术
一般而言，光学传感器是将光或电磁波的能量转换成电能。先前技术的光学传感器包括光电二极管、雪崩光电二极管、光电晶体管、光电MOS、具有半导体作为其主要组成部分的CCD感测器以及CMOS感测器、利用光电效应的光电倍增器等。 
对于前述半导体光学传感器，有些是借由直接将载流子转变为外部电流而提取输出信号作为电流，其中所述的载流子是通过光照射而产生的电子或电穴。其他的是提取输出信号作为多数电流的调制，其中此调制是借由在一预订的区域中所积累的光生载流子所产生的区域电场而形成。
近年来，光纤光学传感器模组的使用在感测方面的应用已经越来越普遍，特別是在那些应用中的传感器必须被放置在恶劣的环境中，其严重影响了相关的电子的性能/可靠性。光纤光学传感器模组具有一优势，即它们没有要求电子产品在或接近传感器。在光纤光学传感器模组中，光通过光纤而传送至一远端位置。
光纤传感器一般分为两类，那些专为高速动能测量所设计的传感器，以及那些专为低速、相对静能测量所设计的传感器。动能传感器的例子包括检波器、声音器与声波速度传感器，在信号变化率在1赫兹及其以上。低速(静能)传感器的例子包括温度、压力和结构的变化，其信号变化率可能在几秒钟、几分钟或几小时的数量级。许多应用中主要涉及到的加速度、声波速度以及利用光纤光学传感器模组的振动的动能测量。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种新的具振动感测功能的可挠性光学传感器模块。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
本发明提供一种可挠性光学传感器模块。此可挠性光学传感器模块包含两部分，包括光学模块与振动感测单元以侦测讯号波。振动感测单元为一可挠性波导。可挠性波导可以配置(附着)于一支撑基板、一振动薄膜或一可挠性印刷电路板之上或之下。可挠性光学传感器模块包括一支撑板、一可挠性波导、一光源与一光检测器。支撑基板包括一第一基板具有一第一凹槽结构与一第二基板具有一第二凹槽结构，其中第一基板配置于第二基板之上。在一例子中，包括一振动薄膜，其中振动薄膜可以配置于第一基板与第二基板之间。在另一例子中，振动薄膜可以整合可挠性波导以作为一振动感测单元。光源与光检测器可以配置于基板或振动薄膜之上。可挠性光学传感器可以为单一光学传感器或光学传感器阵列。
根据本发明之一观点，基板具有光学微反射表面、凹槽平台结构。
根据本发明之另一观点，基板具有一开口以裸露振动薄膜或可挠性波导。
根据本发明之又一观点，可挠性波导包括一第一V型凹槽结构与一第二V型凹槽结构，使得第一光学微反射表面与第二光学微反射表面分别形成于可挠性波导的第一V型凹槽结构的一侧与第二V型凹槽结构的另一侧。光学波导(可挠性波导)可以整合可挠性印刷电路板(FPC)。一惯性传感器配置于可挠性印刷电路板之上而延伸至可挠性印刷电路板的第一开口与可挠性波导的第二开口。
光源可以发射可见光与非可见光。在一实施例中，至少一凹槽形成于第二基板的凹槽结构之上。根据此至少一凹槽，光学组件(缆线)可以被动式地对准此至少一凹槽。
本发明的可挠性光学传感器模块可具有振动感测功能的。
这些优点及其它优点从以下较佳实施例的叙述及权利要求将使读者得以清楚了解本发明。
附图说明
如下所述的对本发明的详细描述与实施例的示意图，应使本发明更被充分地理解；然而，应可理解此仅限于作为理解本发明应用的参考，而非限制本发明于一特定实施例之中。
图1显示根据本发明的一实施例的可挠性光学传感器模块；
图2显示根据本发明的另一实施例的可挠性光学传感器模块；
图3显示根据本发明的再一实施例的可挠性光学传感器模块；
图4显示根据本发明的又一实施例的可挠性光学传感器模块；
图5显示根据本发明的一实施例的可挠性光学传感器模块；
图6显示根据本发明的另一实施例的具有一惯性传感器与一光学波导于FPC上的可挠性光学传感器模块；
图7显示根据本发明的惯性传感器。
附图标记说明
基板 100
第一光学微反射表面 100a、301a、401a、501a
第二光学微反射表面 100b、301b、401b、501b
可挠性波导 101、203、301、401
开口 304
第一基板 200
第二基板 201
振动薄膜 202、300、300a
光源 102、204、302、402、502
光检测器 103、205、303、403、503
第一凹槽结构 104、206
第二凹槽结构 105、207
可挠性印刷电路板 400、500
驱动器集成电路 404
转阻放大器芯片 405
V型凹槽结构 406、407
光学波导 501
电性连接垫 502a、503a
惯性传感器 504
硅基底 505
锥体形状结构 506。
具体实施方式
此处本发明将针对发明具体实施例及其观点加以详细描述，此类描述为解释本发明的结构或步骤流程，其是供以说明之用而非用以限制本发明的权利要求。因此，除说明书中的具体实施例与较佳实施例外，本发明亦可广泛施行于其它不同的实施例中。
图1显示根据本发明的一实施例的可挠性光学传感器模块的截面结构。可挠性光学传感器模块可以用于作为一振动感测组件，其可以借由一标准的半导体工艺来制作。光学组件应用于振动感测组件以作为感测系统。感测系统或感测组件可以用于检测声波、机械波、地震波、脉搏或者其它任何介质振动所产生震动波能量。在本实施例中，可挠性光学传感器模块包括一基板100、一可挠性波导101、一光源102与一光检测器103。基板100具有一第一凹槽结构(trench)104与一第二凹槽结构105。第一凹槽结构104具有一开口朝上。第二凹槽结构105具有一开口朝下。基板100具有一第一光学微反射表面100a与一第二光学微反射表面100b，其位于基板100的第一凹槽结构104中的二侧。可挠性波导101是由一可挠性材料所构成。可挠性波导101可以为一振动薄膜用于振动侦测。可挠性波导101配置(附着)于基板100的第一凹槽结构104的底部表面之上以利于导光，而裸露可挠性波导101的上表面并且裸露可挠性波导101的一部分的下表面。在一实施例中，可挠性波导101的下表面的裸露区域等于第二凹槽结构105的底部表面的区域。在一实施例中，可挠性波导101的二侧具有斜面分别接触至第一光学微反射表面100a与一第二光学微反射表面100b。可挠性波导101可以允许光路径通过其中，以利于从光源102所发射的光通过其中。第一凹槽结构104的底部表面部分重叠第二凹槽结构105的底部表面，以裸露可挠性波导101的部分的底部表面。光源102与光检测器103配置于基板100的上表面的二侧的上。光源102可以发射可见光或非可见光。光源105例如为一激光光源、红外光源或发光二极管(LED)。红外光存在于红外光频带中，其可以借由激光或发光二极管所发射。
基板100用以作为一微光学平台(optical bench)，并且具有一凹槽平台于基板100的第一凹槽结构104的底部表面之上，以利于可挠性波导101配置于其中，以及具有一特定角度(例如45度角或其它角度)的光学微反射表面100a、100b。在一实施例中，基板100的第一凹槽结构104位于基板100的上表面之下一特定深度，基板100的第二凹槽结构105位于基板100的下表面之下一特定深度。一第一反射面定义于基板100的第一凹槽结构104的一第一侧边，而一第二反射面定义于基板100的第二凹槽结构105的一第二侧边。基板100的第一凹槽结构104的第一侧边构成一第一反射表面，而基板100的第一凹槽结构104的一第二侧边构成一第二反射表面。基板100的第一凹槽结构104具有一第一斜面100a与一第二斜面100b。在一实施例中，第一斜面100a相对(对面)于第二斜面100b。
举例而言，光源102位于(附着于)基板100的左侧的上表面之上(靠近光学微反射表面100a)，而光检测器103配置(附着)于基板100的右侧的上表面之上(靠近光学微反射表面100b)。因此，光源102发射的光讯号被基板100的第一反射表面100a所反射而前进通过可挠性波导101，接着由基板100的第二反射表面100b所反射而被光检测器103所接收。
当讯号波到达可挠性光学传感器模块(振动感测组件)100的可挠性波导101时，可挠性波导101即由于此讯号波而上与下而振动。光源102所发射的光讯号即受到可挠性波导101的振动的影响。因此，光源102所激发出(产生)的光功率即于可挠性波导101之中而改变。通过可挠性波导101的部分光讯号将脱离可挠性波导101。因此，被光检测器103所检测到的光强度将随着可挠性波导101的振动而改变，其光强度与未振动的可挠性波导101比较将逐渐减少。检测光的强度将转变为电讯号而输出。结果，振动检测的功能可以被达成。
根据可挠性光学传感器模块(振动感测组件)100的感测，振动检测的功能可以被达成。可挠性波导101用以作为一振动侦测组件，其具有振动感测功能以用于检测声波、机械波、地震波、脉搏或者其它任何介质振动所产生震动波能量。可挠性波导101整合光源102以及光检测器103以成为一光学感测系统。因此，本发明利用一光学感测系统作为振动感测系统。
此外，基板100与可挠性波导101的材料与厚度可以依照实际的应用(不同的讯号波、检测源)所需而选择。举例而言，基板100的材料为硅。因此，第一凹槽结构104与第二凹槽结构105可以利用一标准的半导体工艺(微影工艺、蚀刻工艺)来制作。举例而言，可挠性波导101为一可挠性薄膜。可挠性波导101的材料包括高分子材料或介电层材料。
图2显示根据本发明的另一实施例的可挠性光学传感器模块的截面结构。在本实施例中，可挠性光学传感器模块包括一第一基板200、一第二基板201、一振动薄模202、一可挠性波导203、一光源204与一光检测器205。第一基板200具有一第一凹槽结构(开口)206，而第二基板201具有一第二凹槽结构(开口)207。第一凹槽结构206朝上。第二凹槽结构207朝下。类似地，第一基板200具有一第一光学微反射表面与一第二光学微反射表面，其位于第一基板200的第一凹槽结构206中的二侧。可挠性波导203是由一可挠性材料所构成。振动薄膜202配置(附着)于第一基板200与第二基板201之间，而裸露振动薄膜202的部分下表面以侦测从第一基板侧而来的讯号波。在一实施例中，振动薄膜202的下表面的裸露区域等于第二凹槽结构207的底部表面的区域。可挠性波导203配置(附着)于第二基板201的第一凹槽结构206内、振动薄膜202的底部表面之上以利于导光，而裸露可挠性波导203的上表面以侦测从第二基板侧而来的讯号波。因此，可挠性波导203与振动薄膜202可以用于振动的侦测。在一实施例中，可挠性波导203的二侧具有斜面分别接触至第一光学微反射表面与一第二光学微反射表面。光源204与光检测器205配置于第二基板201的上表面的二侧之上。
举例而言，可挠性波导203为一可挠性薄膜。可挠性波导203的材料包括高分子材料或介电层材料。振动薄膜202为一薄膜层。振动薄膜202的材料包括介电层材料，例如二氧化硅(SiO2)或氮化硅(SiNX)。
当讯号波到达可挠性光学传感器模块(振动感测组件)的振动薄膜202及/或可挠性波导203时，振动薄膜202及/或可挠性波导203即由于此讯号波而振动。由于可挠性波导203附着于振动薄膜202之上，因此可挠性波导203与振动薄膜202即一起振动。举例而言，可挠性波导203与振动薄膜202即一起上与下而振动，因此光源204所发射的光讯号将被第二基板201所反射，而被光检测器205所接收。如上所述，光源204所激发出(产生)的光功率即由于可挠性波导203的振动而于其中改变，并且被光检测器205所检测到的光强度将随着可挠性波导203的振动而改变为逐渐减少。检测光的强度将转变为电讯号而输出。结果，振动检测的功能可以被达成。
图3显示根据本发明的再一实施例的可挠性光学传感器模块的截面结构。在本实施例中，可挠性光学传感器模块包括一振动薄模300、一可挠性波导301、一光源302与一光检测器303。可挠性波导301是由一可挠性材料(层)所构成。在一实施例中，可挠性波导301为一薄模。在本实施例中，可挠性波导301配置(附着)于振动薄模300之下，而可挠性波导301具有一第一光学微反射表面301a与一第二光学微反射表面301b，其位于可挠性波导301的二侧。因此，可挠性波导301结合振动薄膜300以用于振动的侦测。此结构可以侦测来自振动薄膜侧及/或可挠性波导侧的讯号波。由光源302所产生(发出)的光可以分别经由可挠性波导301的二侧边上的第一光学微反射表面301a与第二光学微反射表面301b而反射，而由光检测器303所接收。光源302与光检测器303配置于振动薄膜300的上表面的二侧之上。
图4显示根据本发明的一实施例的可挠性光学传感器模块的截面结构。在本实施例中，振动薄模300a具有一开口304以裸露可挠性波导301的一部分上表面以接触/侦测来自振动薄模侧的讯号波。此结构可以侦测来自振动薄膜侧及/或可挠性波导侧的讯号波。
图5显示根据本发明的另一实施例的可挠性光学传感器模块的截面结构。在本实施例中，可挠性光学传感器模块包括一可挠性印刷电路板(FPC)400、一可挠性波导401、一光源402、一光检测器403、一驱动器集成电路(driver IC)404与一转阻放大器芯片405。在本实施例中，光源402、光检测器403、驱动器集成电路404与转阻放大器芯片405配置(整合)于FPC 400之上。驱动器集成电路404可以用于驱动光源(例如光电组件)402以发光。在本实施例中，可挠性波导401配置(附着)于FPC 400之下。在本实施例中，FPC 400具有一开口408以裸露可挠性波导401的部分的上表面，以利于接触/检测从FPC侧而来的讯号波；而可挠性波导401具有一V型凹槽结构(trench)406与一V型凹槽结构407使得一第一光学微反射表面401a与一第二光学微反射表面401b分别形成于可挠性波导401的V型凹槽结构406的一侧以及V型凹槽结构407的另一侧。V型凹槽结构406与V型凹槽结构407的开口均朝下。V型凹槽结构406与V型凹槽结构407可以通过一压印工艺、一楔形切割工艺或一激光加工工艺而形成。因此，FPC 400结合可挠性波导401以用于振动的侦测。此结构可以侦测来自FPC侧及/或可挠性波导侧的讯号波。由光源402所产生(发出)的光可以分别经由可挠性波导401的二侧边上的第一光学微反射表面401a与第二光学微反射表面401b而反射，而由光检测器403所接收。光源402、驱动器集成电路404以及光检测器403、与转阻放大器芯片405分别配置于FPC 400的二侧的上表面上。
图6显示根据本发明的另一实施例的具有一惯性传感器与一光学波导于FPC上的可挠性光学传感器模块的截面结构。在本实施例中，可挠性光学传感器模块包括一可挠性印刷电路板(FPC)500、一光学波导501、一光源502、一光检测器503、一驱动器集成电路与一转阻放大器芯片(未图示)、以及一惯性传感器504。在本实施例中，光源502、光检测器503、驱动器集成电路与转阻放大器芯片配置(整合)于FPC 500之上。在本实施例中，FPC 500具有一开口以利于惯性传感器504配置于其中。举例而言，惯性传感器504配置于FPC 500之上。光学波导501配置(附着)于FPC 500之下。在本实施例中，光学波导501具有一开口以裸露惯性传感器504延伸至该开口，结果惯性传感器504可以检测来自外部的讯号波。光学波导501具有一第一光学微反射表面501a与一第二光学微反射表面501b分别形成于光学波导501的左侧与右侧。因此，FPC 500结合光学波导501以用于导光。光学波导501可以用于作为Gbps (gigabit per second)-数据信道。举例而言，惯性传感器504是由一硅基底505与一锥体形状结构506所构成以利于振动的侦测，锥体形状结构506形成于硅基底505之上。此结构可以侦测来自光源侧及/或光学波导侧的讯号波。由光源502所产生(发出)的光可以分别经由光学波导501的二侧边上的第一光学微反射表面501a与第二光学微反射表面501b而反射，而由光检测器503所接收。光源502、光检测器503、驱动器集成电路以及转阻放大器芯片分别配置于FPC 500的二侧的上表面上，并分别通过电性连接垫502a与电性连接垫503a而耦接FPC 500。
图7显示根据本发明的惯性传感器504。惯性传感器504具有一锥体形状结构506以用于光反射。惯性传感器504是由一基底505与一锥体形状结构506所构成以用于振动的侦测，锥体形状结构506形成于基底505之上。举例而言，基底505为一硅基底或二氧化硅薄膜。举例而言，锥体形状结构506具有4个45度角的斜面，而当惯性传感器504振动时，每一个45度角斜面可以用于阻挡以及反射从光学波导501而来的光。在另一实施例中，锥体形状结构506具有数个斜面，其中每一斜面角度为45度或者是其它任意的角度；其斜面的数目以及斜面角度端视情况需要而可以有所调整。
除描述于此之外，可借由叙述于本发明中的实施例及实施方式所达成的不同改良方式，皆应涵盖于本发明的范畴中。因此，揭露于此的附图及范例皆用以说明而非用以限制本发明，本发明的保护范畴仅应以列于其权利要求为主。