红外线感测器模块的制作方法

专利名称：红外线感测器模块的制作方法
技术领域：
本发明是有关于一种感测器模块，尤其是一种红外线感测器模块，其 藉由交替性地让红外线通过与阻隔，而用于持续感测一不可移动的红外线 辐射体。
背景技术：
一般而言，焦电型(pyroelectric type)红外线感测器是利用焦电材料 的焦电特性感测红外线，其利用基于黑体的红外线能量所导致的温度变化 感测红外线。由于焦电型红外线感测器可感测人体所散发的红外线，所以 广泛应用于感测人体的技术，而可应用于一自动照明灯、 一自动门、 一自 动供水装置与一侵入警告装置等等。此外，焦电型红外线感测器亦可用于 多种吸收红外线的装置，例如一气体侦测器、 一有毒气体警报装置与一火 '臾警报装置，，;i由口于焦电型红外线感测器仅^:感测暂态温:度的变化，所^不会再产生对应红外线感测结果的输出讯号。也就是说，红外线第一次入 射到焦电型红外线感测器之后，焦电型红外线感测器仅为产生一次对应红 外线感测结果的输出讯号，之后焦电型红外线感测器于热源无变化之下不 再产生输出讯号。由上述可知，由于焦电型红外线感测器受焦电材料的特性影响，即焦 电材料不会在稳定温度下感测红外线，所以导致焦电型红外线感测器的应 用受到限制，例如具焦电型红外线感测器的自动照明灯，其通常设置于浴 室、大楼大厅、地下室楼梯间等等。当一有人出现在焦电型红外线感测器 的感测范围内时，自动照明灯就会开启一次，但是之后不管人仍持续出现 在焦电型红外线感测器的感测范围内，自动照明灯会在一预定时间后就会 自行关闭。为了解决此种类型的焦电型红外线感测器的问题，焦电材料所 受到的温度必须持续的变化，其藉由周期性地与交替性地让入射的红外线 通过与阻隔，而改变焦电材料所受到的温度。请参阅图1所示，其是现有习知焦电型红外线感测器的结构示意图。如 图所示，现有习知焦电型红外线感测器的制作材料一般是选自于锆钛酸铅 (Pb(Zr,Ti)03)压电陶瓷材料或一单晶材料，如钽酸锂(LiTa03)。如图1所 示， 一硅窗口 2设置于一盖体6的顶部中间，硅窗口 2用于选择性滤光，仅 让一红外线波长的光线通过硅窗口 2。 一焦电材料4通过一粘胶紧密设于一4导电托架5的上表面，焦电材料4用于感测通过硅窗口 2的红外线。 一高 阻抗件7与一场效晶体管(FET) 8相互连接并设置于一下托架3上，高阻抗 件7与场效晶体管8用于放大焦电材料4所产生的输出讯号。 一帽体1在 充填氮气后密封，同时导线9设置于下托架3,以传输讯号至外部。
焦电材料4的操作原理示意于图2A与图2B，其是现有习知焦电型红外 线感测器的焦电材料4的操作原理的示意图。如图所示，当焦电材料4吸收 热能时，焦电材料4会改变自发性极化(spontaneous polarizat ion) 10，即 诱发表面电荷11。此外，焦电材料4的表面电荷11与自发性极化11的变 化成比例，且此一现象称为焦电效应。焦电感测器藉由陶瓷材料可感测从 人体辐射出的微小红外线能量，以下将进一步详细说明。
如图2A所示，当焦电材料4的自发性极化10被诱发于一特定方向时，表 面电荷11在达到热平衡的一温度T [K]下诱发至一表面电极，所以焦电材 料4保持电中性。然而，在此状态下，当具热能的红外线入射至焦电材料4 时，焦电材料4的温度会从T[K]增加至(T+AT) [K]，且自发性极化10的数 量会随着温度增加而减少，如图2B所示。自发性极化10的变化是迅速改变 的，而束缚于焦电材料4的表面的部分表面电荷11会转为自由电荷12，且自 由电荷12不会耦合内部自发性极化10。
承上所述，自由电荷12流经连接于焦电材料4的表面电极的一导线 13,且流经设置于导线13的中间部分的一高阻抗负载14而消失。在此例 中，当一电压计连接于高阻抗负载14的两端时，可侦测流动的自由电荷的 数量，而得知与流动的自由电荷成比例的一电压。当自由电荷12沿着导线 13放电，且之后焦电材料4的温度不再产生变化时，焦电材料4不会再产 生自由电荷12,且电压计从高阻抗负载14即会测量不到电压，所以即不会侦 测到从红外线感测器所输出的 一讯号。因此，为了侦测一连续输出讯号，所 以必须让焦电材料4的温度为连续可逆变化，其藉由控制入射至焦电材料4
料^的温度从温度T [K]变化至温度(T+AT) [K]为连续可逆变化，以^测连 续输出讯号。
此例中，当红外线的导通时间与阻隔时间太短时，焦电材料4无法被 红外线加热，所以焦电材料4的温度变化会降低，且输出电压会降低。相 反地，当红外线的导通时间与阻隔时间太长时，焦电材料4的自发性极化 会逐渐降低，所以少量自由电荷12会流经高阻抗负载14,因此焦电材料4 无法同时产生大量自由电荷12。基于上述，所以必须依据焦电材料4的比 热而调整红外线的导通时间与阻隔时间。
请参阅图3所示，其是现有习知焦电型红外线感测器的输出对频率的 曲线图。如图所示，当频率为1赫兹时，现有习知焦电型红外线感测器会输出最大值，也就是红外线的导通时间与阻隔时间设定为1赫兹，以取得 现有习知焦电型红外线感测器的最大输出值。最近，发展出一种红外线通过与阻隔装置，其包含二压电双晶片振动 器与二狭缝板。以下配合图4说明压电双晶片振动器的操作原理。压电元 件具有一特性，当电能输入至压电元件时，压电元件会产生位移。在此例中，压电元件所产生的位移如下方程式1所示 x=dE (1)其中，x为压电元件的位移，d为压电系数，E为施加于压电元件的电 压。 一般的压电材料， 一厘米长的压电材料经输入1万伏特的电压时，即 会产生10微米Um)的位移。如图4所示， 一金属弹片22藉由粘胶设置于 两压电元件21之间，且粘设完成的结构的一端设于一固定装置23。粘设完 成的结构的另一端的位移，也就是自由端的位移可由下方程式2求得。3 r△ x, = — x d,, x —- x E (2) 1 2 ^其中，Ax,为位移，《,为压电系数，l为自由端的长度，t为压电元件 21的厚度，E为施加的电压。在此例中，压电元件21的长度设为10毫米 (mm)，且输入的电压为l千伏特，如此会产生100微米(jum)的位移。如此 可知，使用压电双晶片的红外线感测器可放大位移10倍。最近发展出另 一种焦电型红外线感测器，其整体结构及其操作原理如 图5所示。请参阅图5所示，其是另一现有习知焦电型红外线感测器的立 体图。现有习知焦电型红外线感测器包含压电双晶片与狭缝。 一硅窗口 60 设置于一盖体61上，用于选择性地传送红外线62。 二狭缝板64、 64，分 别设置于压电双晶片63的自由端，以利用狭缝板64、 64，使通过硅窗口 60的红外线62交替性地受阻隔或通过，通过的红外线62会再通过一盒体 66上的一圓孔67，以照射盒体66中所设置的一焦电元件65。此一方式，焦 电型红外线感测器可侦测与红外线的能量成比例的输出电压。请参阅图6A图至图6B所示，其是图5的焦电型红外线感测器交替性 地让红外线通过与阻隔的方式的示意图。如图6A所示，此例初始是施加0 伏特电压至焦电型红外线感测器的压电双晶片，且上狭缝板82与下狭缝板 83为开启，所以红外线81通过狭缝板82、 83。然而，如图6B所示，当输 入一特定电压至焦电型红外线感测器的压电双晶片时，狭缝板82、 83会往 相反方向移动，因此红外线81受狭缝板82、 83的阻隔。上述红外线通过与阻隔装置的功效在于其功率消耗可降低至30毫瓦 (mW),其为小功率消耗，而大约为马达型的功率消耗的四十分之一，且尺寸 大小可减少至二十分之一。此外，红外线通过与阻隔装置所使用的操作频 率可降低至5赫兹。然而，由于两狭缝板除了狭缝会让红外线通过以外，其余平面皆会阻隔红外线，所以导致入射至红外线感测器的红外线减少二分 之一，因此，红外线感测器的输出电压亦等比例的降低了二分之一。在此 例中，处理狭缝的精确度不高，感测结果的变化大，如此为了提高处理狭 缝的精确而降低感测结果的变化时，即造成处理狭缝的成本提高。在上述 现有习知例中，实际上压电双晶片的每一端是呈弧线运动并非线性运动，所 以处理狭缝会变得更加困难。此外，.二压电双晶片必须依据维度与压电特 性精确地相互配合，如此在产品外形上亦有相当的难度。
另外，盒体中设置红外线感测器，且盒体上设置一孔洞，多个狭缝板设 置于压电双晶片的每一端并位于盒体上，而狭缝板于移动时会产生气流，因 而会产生杂讯的问题，这问题的产生原因在于压电双晶片的位移不够大，因 此增加压电双晶片所产生的位移的解决方案已经被发展出来了 ，但由于结 构过于复杂而导致成本提高，所以并未用在商业用途上。
为了解决上述的问题，发展出一种使用一压电线性马达的红外线通过 与阻隔装置，由于现有习知压电线性马达是采用产生三角波的电路，以提 供三角波，但是产生三角波的电路较为复杂，所以现有习知压电线性马达 无法制作成小型马达。现有习知红外线通过与阻隔装置具有较低的驱动电 压且可产生较大的力量，但现有习知红外线通过与阻隔装置的价格昂贵且 耐久性差。此外，习用使用压电双晶片的红外线通过与阻隔装置具较高的 驱动电压，且所产生的力量较低。另外，现有习知红外线通过与阻隔装置 经过长时间使用后，无法避免金属板与压电元件分离，所以会导致产生耐 久性降低的问题。
因此，本发明针对上述问题提供一种红外线感测器模块，其利用控制 红外线受阻隔或通过而入射至红外线感测器，使焦电型红外线感测器的焦 电材料的温度可连续性变化，以用于连续感测红外线，且利用具多层压电 材料的压电致动器，以增加作动的位移，进而解决焦电型红外线感测器无 法连续感测红外线以及压电元件位移量不足的问题。

发明内容
本发明的目的之一，在于提供一种红外线感测器模块，其提供较佳的 输出效率与高维度精确度。
本发明的目的之一，在于提供一种红外线感测器模块，其藉由圓顶形 压电致动器而建构成简单架构，且利用可制造出任意外形的一粉末射出成 型法，而筒易制作出圓顶形压电致动器。
本发明的目的之一，在于提供一种红外线感测器模块，其藉由可在低 驱动电压运作的红外线通过与阻隔装置，而产生较大力量，以让红外线通 过或阻隔红外线。
7本发明的目的之一，在于提供一种红外线感测器模块，其可感测一连 续讯号，甚至从不可移动的红外线辐射体。本发明的目的之一，在于提供一种红外线感测器模块，其是利用压电 致动器做为压电线性马达的驱动元件，而以较低的操作电压控制红外线的 遮光板，以控制红外线受阻隔或通过。本发明的目的之一，在于提供一种红外线感测器模块，其是利用具多 层压电材料的压电致动器，以增加作动的位移。本发明为一种红外线感测器模块，其包含一红外线感测器、 一压电致 动器、 一振动轴、 一遮光板、 一振荡单元与一控制单元，其中红外线感测 器是感测一物体的一红外线，并对应产生一输出讯号，控制单元依据红外 线感测器的输出讯号控制该振荡单元产生输入讯号至压电致动器，该输入 讯号的波形为矩形波，压电致动器具有一极化方向，该极化方向朝向至一 曲面中心，该压电致动器依据一输入讯号的波形，而往一圓顶顶端的一法 线的方向重复扩张与收缩，振动轴的 一端紧密接设该压电致动器的该圆顶 端点，移动件接设于该振动轴，遮光板紧密接设该移动件并位于该红外线 感测器前方，压电致动器驱使移动件呈轴向运动于该振动轴，使遮光板交替 性地让该红外线入射至该红外线感测器与阻隔该红外线入射至该红外线感 测器。此外，本发明的红外线感测器模块更包含一导引器、 一升压单元、一 运算放大器与一弹性体，其中导引器设置于该振动轴并限制该移动件的一 移动距离，升压单元耦接于该振荡单元与该压电致动器之间，升压单元提 升振荡单元所产生的该矩形波的一电压准位，使该电压准位对应于压电致 动器的一操作电压准位，运算放大器放大该红外线感测器的输出讯号，弹 性体设置于该振动轴与该移动件之间并耦接该振动轴与该移动件。该红外线感测器所产生的该输出讯号的一数值一旦大于或等于一参考 值时，该控制单元控制该振荡单元驱使该压电致动器扩张或收缩，使该遮 光板阻隔该红外线入射至该红外线感测器或使该红外线通过该遮光板而入 射至该红外线感测器，当该红外线感测器所产生的该输出讯号的该数值小 于该参考值时，该控制单元控制该振荡单元驱使该压电致动器停止作动，使该遮光板停止作动而不会遮蔽红外线感测器；该输入讯号的波形为一矩形 波，当该矩形波的一脉波宽度大于或等于该振荡单元所使用的一预设值时，该 压电致动器往该圓顶顶端的该法线的方向扩张；该压电致动器往该圆顶顶 端的该法线的方向扩张，并扩张于一区间，该区间为对应该矩形波上升并 保持一最大值的期间，且该压电致动器于对应该矩形波下降的另 一区间回 复外形。此外，该压电致动器更可在该矩形波的一脉波宽度小于该振荡单元的 一预设值时，该压电致动器往该圓顶顶端的该法线的方向收缩；该压电致动器往该圓顶顶端的该法线的方向收缩，并收缩于一区间，该区间对应该 矩形波上升并保持一最大值的期间，且该压电致动器于对应该矩形波下降 的另一区间回复外形。


图1是现有习知焦电型红外线感测器的结构示意图。
图2 A是现有习知焦电型红外线感测器的焦电材料操作原理的示意图。 图2 B是现有习知焦电型红外线感测器的焦电材料操作原理的示意图。 图3是现有习知焦电型红外线感测器所产生的一输出讯号的增益-频率 的曲线图。
图4是现有习知压电双晶片的结构与位移示意图。 图5是现有习知焦电型红外线感测器的立体图。 图6A是图5的焦电型红外线感测器交替性地让红外线通过的示意图。 图6B是图5的焦电型红外线感测器交替性地阻隔红外线的示意图。 图7 A是本发明的压电致动器的输入讯号的 一 实施例的波形图。 图7 B是本发明的压电致动器扩张的 一 实施例的示意图。 图7C是本发明的压电致动器的输入讯号的另 一实施例的波形图。 图7D是本发明的压电致动器收缩的一实施例的示意图。 图8A是本发明的压电致动器产生位移的一较佳实施例的示意图。 图8B是本发明的压电致动器产生位移的一较佳实施例的示意图。 图9A是本发明的压电致动器的输入讯号的另 一 实施例的波形图； 图9 B是本发明的移动件所产生的位移的 一 实施例的波形图。 图9C是本发明的压电致动器带动移动件的一实施例的示意图。 图10A是本发明的压电致动器的输入讯号的另 一 实施例的波形图。 图10B是本发明的移动件所产的位移的另 一实施例的波形图。 图IOC是本发明的压电致动器带动移动件的另一实施例的示意图。 图ll是本发明的压电致动器、振动轴与移动件的组装示意图。 图12是本发明的压电致动器、振动轴、移动件与遮光板的组装示意图。 图13是本发明的压电致动器、振动轴、移动件、遮光板与导引器的组 装示意图。
图14A是本发明的红外线感测器模块让红外线通过的一实施例的示意图。
图14B是本发明的红外线感测器模块阻隔红外线的 一 实施例的示意图。 图15A是本发明的红外线感测器的输出讯号的电压-时间的波形图。 图15B是本发明的红外线感测器的输出讯号的电压-时间的波形图。 图15C是本发明的红外线感测器的输出讯号的电压-时间的波形图。图16是本发明的红外线感测器模块的一实施例的方框图。1:帽体2:硅窗口3:下托架4:焦电材料5:导电托架6:盖体7:高阻抗件8:场效晶体管9:导线10:自发性极化11表面电荷12:自由电荷13导线14:高阻抗负载21压电元件22:金属弹片23固定装置60:硅窗口61盖体62:红外线63压电双晶片GI-狭缝板64，: 狭缝板GS:焦电元件66盒体67:圆孔81红外线82:上狭缝板83下狭缝板100: 压电致动器100a :扩张部100b :扩张部10310;;: 移动件107遮光板10S>: 弹性体111导引器20(): 红外线感测器203红外线窗口30(): 振荡单元400控制单元50(): 升压单元600运算放大器70(): 电源单元具体实施方式
兹为使贵审查员对本发明的技术特征及所达成的功效更有进一 步的了 解与认识，谨佐以较佳的实施例图及配合详细的说明，说明如后。首先，相同的元件在不同图示中会标示相同元件编号，此外， 一般常 用的功能或结构，以下不再赘述。请参阅图16所示，其是本发明的红外线感测器模块的一实施例的方框 图。如图所示，本发明的红外线感测器模块包含一压电致动器100、 一振动 轴103、 一移动件105(参阅图11所示)、 一遮光板107、 一红外线感测器 200、 一振荡单元300、 一控制单元400、 一升压单元500、 一运算放大器 600与一电源单元700。红外线感测器200是感测对应一物体的一红外线，本 实施例的红外线感测器200是传送物体的红外线，以感测物体，红外线感 测器200包含一红外线窗口 203，以选择仅让红外线通过红外线窗口 203，本10实施例的红外线感测器200可为一焦电型红外线感测器。
承接上述，压电致动器100包含圆顶外形的压电元件，压电致动器100 的极化方向是朝向至本身的曲面中心，压电致动器100依据一输入讯号的 波形，而往一圓顶顶端的法线(normal 1 ine)的方向重复扩张与收缩。本实 施例的压电致动器100具较佳的输出效率与高维度精确度，压电致动器100 可利用 一粉末射出成型方法简单地制造出任意外形，如一 圆顶外形或其他 类似的三维立体外形。振动轴103具一棒状外形，振动轴103的一端是紧 连压电致动器100的圓顶端点，移动件105(参阅图11所示)是耦接振动轴 103,而往一轴向移动。遮光板107是连接移动件105并位于红外线感测器 200的前方，遮光板107用以交替性地阻隔红外线入射至红外线感测器200 或使红外线通过而入射至红外线感测器200，有关于交替性地阻隔红外线或 使红外线通过并入射至红外线感测器200的相关元件的详细说明将于下述 详加说明，例如压电致动器IOO、振动轴103、移动件105与遮光板107。
控制单元400是控制振荡单元300输出输入至压电致动器100的输入 讯号，控制单元400依据红外线感测器200的输出讯号控制振荡单元300,以 驱使压电致动器100往一圆顶顶端的一法线的方向重复扩张与收缩。升压 单元500是提升振荡单元300所输出的矩形波的一电压准位，使该输入讯 号的该电压准位对应于压电致动器100的一工作电压准位，此外，本发明 的红外线感测器模块亦可不需设置升压单元500,而直接以振荡单元300所 输出的输入讯号驱动压电致动器100，其中该输入讯号的波形为矩形波。运 算放大器600是放大红外线感测器200的输出讯号，此外，本发明的红外 线感测器模块亦可不需设置运算放大器600，而直接将红外线感测器200的 输出讯号输入至控制单元400。电源单元700是供电至振荡单元300与控制 单元400。
请参阅图ll所示，其是本发明的压电致动器、振动轴与移动件的示意 图。如图11所示，压电致动器IOO是由圓顶外形的压电元件所形成，振动 轴103具一棒状外形，振动轴103的一端是紧连压电致动器100的圓顶端 点，移动件105是耦接振动轴103,以往一轴向移动，本实施例更包含一弹 性体109，其设置于振动轴103与移动件105之间，并耦接振动轴103与移 动件105。如图12所示，其中图11与图12的不同在于图12的装置更设置 遮光板107于弹性体109的外侧，并位于红外线感测器200的前方，使红 外线通过并入射至红外线感测器200，或阻隔红外线；本实施例的弹性体 109可为一弹簧，遮光板107的一端是设置于弹性体109的外侧，且弹性体 109紧设于移动件105的外侧，且遮光板107的另一侧遮住红外线感测器 200，本实施例的遮光板107的另一侧为不易变形的钢板。如图13所示，其 中图12与图13的不同在于图13更设置导引器111，其中导引器111是设置于振动轴103上，以限制移动件105的一移动位移。压电致动器100依据输入电压产生作动的原理，如下图及配合详细的 说明所揭示。请参阅图7A图至图7D所示，其是本发明的压电致动器的一实施例的 示意图。如图？B与图？D所示，箭头A为极化方向，参考特性E为电场方 向。压电致动器100的该极化方向朝向至一曲面中心，由于压电致动器IOO 的电极区的上表面与下表面具电压差，使该压电致动器100依据一输入讯 号的波形，而往一圆顶顶端的一法线的方向重复扩张与收缩，也就是依据 同一时脉频率的脉波的变化，而往一圆顶顶端的一法线的方向重复扩张与 收缩。因此，如图7A所示，当振荡单元300所产生的输入讯号的一脉波宽度 大于或等于该振荡单元300的一预设值时，该压电致动器100往该圓顶顶 端的该法线的方向扩张，其扩张方式是如图7B所示，其中压电致动器IOO 的扩张如扩张部100a往点线方向扩张。在收缩时，如图7C所示，当振荡 单元300所产生的输入讯号的一脉波宽度小于该振荡单元300的一预设值 时，该压电致动器IOO往该圆顶顶端的该法线的方向收缩，其收缩方式是如 图7D所示，其中压电致动器100的扩张如扩张部100b往点线方向扩张，该 输入讯号为矩形波。该压电致动器100往该圆顶顶端的该法线的方向扩张，并扩张于一区 间，该区间为对应该矩形波上升并保持一最大值的期间，且该压电致动器 IOO在对应该矩形波下降的另一区间回复外形；该压电致动器IOO往该圆顶 顶端的该法线的方向收缩，并收缩于一区间，该区间对应该矩形波上升并 保持一最大值的期间，且该压电致动器100于对应该矩形波下降的另一区 间回复外形。请参阅图8A与图B所示，其是本发明的压电致动器产生位移的一较佳 实施例的示意图。如图所示，其采用一有限元素法(Finite Element Method, FEM)所:取得的分析图示，其中如图8A图所示，其为压电致动器100的扩张 图示，压电致动器IOO往图8A图所示的该圓顶顶端的该法线的上方扩张，亦 即当矩形波的脉波宽度大于或等于该振荡单元300的预设值时，压电致动 器100即会如图8A图所示的扩张方式作动，如图8B所示，其为压电致动 器100的收缩图示，压电致动器100往图8B所示的该圆顶顶端的该法线的 下方收缩，亦即当矩形波的脉波宽度小于该振荡单元300的一预设值时，压 电致动器100即会如图8B所示的收缩方式作动。请参阅图9A至图IOC所示，其是本发明的一较佳实施例的压电致动器 与移动件的示意图。如图9A至图10C所示，其是压电致动器与移动件依据 输入讯号的波形作动的示意图。如图9A所示，其是压电致动器100依 输入讯号的波形扩张，振动轴103依据输入讯号的波形产生位移，其如图9B 所示，其中图9A的矩形波的最大值为30伏特。如图9C所示，图9A所示 的输入讯号为矩形波，压电致动器100在矩形波的波形为a-b-c的区间往 该圓顶顶端的法线的方向上扩张，其中该a-b-c区间为对应该矩形波上升 并保持一最大值的期间；且压电致动器100在矩形波的波形为c-d的区间 于回复外形，其中该c-d区间对应的矩形波为下降。本实施例的移动件105 的作动如下说明，当矩形波上升并保持一最大值的期间，亦即在a-b-c的 区间时，由于压电致动器100所包含的压电元件的阻抗与电容值所得的时 间常数的影响导致充电较慢，所以压电致动器100緩慢连动而扩张，且移 动件105藉由移动件105与振动轴103之间的摩擦力，而从位置1移动到 位置2。此外，当矩形波下降的期间，亦即在c-d的区间时，电荷传送至压 电致动器IOO,而迅速放电至接地端，所以压电致动器100回复原形，所以 移动件105所产生的惯性大于移动件105与振动轴103之间的摩擦力，如 此移动件105维持在位置2，重复上述的步骤，移动件105会往箭头标示的 方向连续移动。
如图IOA所示，其是压电致动器100依据输入讯号的波形收缩，振动 轴103是依据输入讯号的波形产生位移，其如图IOB所示，其中图IOA的 矩形波的最大值为30伏特。如图10C所示，输入压电致动器100的矩形波 是如图10A所示，压电致动器100在矩形波的波形为a-b-c的区间时，而 往该圆顶顶端的该法线的方向上收缩，其中该a-b-c区间对应该矩形波上 升并保持一最大值的期间；且压电致动器100的圆顶端点在矩形波的波形 为c-d的区间在法线的方向上回复原状，其中该c-d区间对应的矩形波为 下降。本实施例的移动件105的作动如下说明，当矩形波上升并保持一最 大值的期间，亦即在a-b-c的区间时，由于压电致动器100所包含的压电 元件的阻抗与电容值所得的时间常数的影响导致充电较慢，所以压电致动 器100緩慢连动而收缩，且移动件105藉由移动件105与振动轴103之间 的摩擦力，而从位置1移动到位置2。此外，当矩形波下降的期间，亦即在 c-d的区间时，电荷传送至压电致动器100,而迅速放电至接地端，所以压 电致动器100回复外形，所以移动件105所产生的惯性大于移动件105与振 动轴103之间的摩擦力，如此移动件105维持在位置2，重复上述的步骤，移 动件105会往箭头标示的方向连续移动。
以上所述，本发明仅调变脉波讯号宽度，所以移动件105可轻易在一 任意周期从振动轴103的右端至振动轴103的左端往复运动，此外，遮光 板107设置于移动件105,以阻隔红外线或供红外线通过而入射至红外线感 测器200。
那就是说，本发明的控制单元400依据红外线感测器200的输出讯号控制振荡单元300，以控制矩形波的讯号宽度。本实施例中，红外线感测器 200所产生的该输出讯号的一数值大于或等于一参考值时，控制单元400控 制该振荡单元300驱使该压电致动器100扩张或收缩，使该遮光板107阻 隔该红外线入射至该红外线感测器200或使该红外线通过该遮光板107而 入射至该红外线感测器200，当红外线感测器200所产生的该输出讯号的该 数值小于该参考值时，控制单元400控制该振荡单元300驱使该压电致动 器IOO停止作动，所以遮光板107停止作动而不会遮蔽红外线感测器200。本实施例中，红外线感测器200在一预设周期不产生该输出讯号，该 控制单元400关闭该振荡单元300的电源，以关闭该振荡单元300。请参阅图14A与图14B所示，其是本发明的红外线感测器模块的实际 外观的示意图。如图14A所示，其是遮光板107未遮住红外线感测器200 的红外线窗口 203,如图14B所示，其为遮光板107遮住红外线感测器200 的红外线窗口 203。本发明的红外线感测器模块一开始是如图14A所示，红 外线感测器200的红外线窗口 203为开启，亦即红外线感测器200的红外线 窗口 203未被遮光板107遮盖，所以红外线可入射至红外线感测器200，之 后红外线感测器模块在控制单元400依据红外线感测器200所产生的输出 讯号驱使振荡单元300产生输入讯号至压电致动器100,因而驱使压电致动 器100带动振动轴103与移动件1Q5，导致遮光板107移动至遮住红外线窗 口 203，其如图14B所示。请参阅图15A图至图15C所示，其是本发明的红外线感测器的输出讯 号的波形图。如图15A所示，其波形为红外线感测器200在感测一辐射物 体时所输出的波形， 一般在图15A的波形产生时即表示感测到不可移动的 辐射物体，且红外线感测器200不再产生输出讯号。然而，本发明的压电 致动器100带动遮光板107的作动，以交替性地让该红外线入射至该红外 线感测器200与阻隔该红外线入射至该红外线感测器200，所以红外线感测 器200可连续操作，甚至感测不可移动的辐射体。如此，红外线感测器200 连续输出的输出讯号的波形如图15B所示。同时，当辐射体消失时，即没有物体辐射红外线，所以如图15C所示，红 外线感测器200的输出讯号即不再产生输出讯号，即使红外线感测器200 的红外线窗口 203受到遮光板107交替开启与遮盖，本实施例的控制单元 400控制振荡单元300回复到待机模式，且压电致动器100的操作模式在压 电致动器100作动后切换为停止状态，所以遮光板107不再遮住红外线感 测器200。综上所述，本发明的红外线感测器模块是利用控制单元依据红外线感 测器的输出讯号控制振荡单元产生矩形波至压电致动器，以驱动振动轴与 移动件，使遮光板阻隔红外线或让红外线通过，供红外线感测器可连续感14测红外线。
惟以上所述者，仅为本发明较佳实施例而已，并非用来限定本发明实 施的范围，故举凡依本发明申请专利范围所述的特征及精神所为之均等变 化与修饰，均应包括于本发明的申请专利范围内。
权利要求
1、一种红外线感测器模块，其包含一红外线感测器，其感测一物体的一红外线；一压电致动器，其具至少一圆顶外形的压电元件，该压电元件具一极化方向，该极化方向朝向至该压电元件的一曲面中心，该压电致动器依据一输入讯号的波形，而往一圆顶顶端的一法线的方向重复扩张与收缩；一振动轴，其具一棒状外形，该振动轴的一端紧密接设该压电致动器的该圆顶端点；一移动件，其接设于该振动轴，该移动件呈轴向运动于该振动轴；一遮光板，其紧密接设于该移动件，并位于该红外线感测器前方，该遮光板交替性地让该红外线入射至该红外线感测器与阻隔该红外线入射至该红外线感测器；一振荡单元，其产生该输入讯号至该压电致动器；以及一控制单元，其依据该红外线感测器的一输出讯号控制该振荡单元，而驱动该压电制动器。
2、 根据权利要求1所述的红外线感测器模块，其更包含 一导引器，其设置于该振动轴，限制该移动件的一移动距离。
3、 根据权利要求1所述的红外线感测器模块，其更包含 一升压单元，其耦接于该振荡单元与该压电致动器之间，该升压单元提升该振荡单元所产生的该输入讯号的一电压准位，使该电压准位对应于 该压电致动器的 一操作电压准位。
4、 根据权利要求1所述的红外线感测器模块，其更包含 一运算放大器，其放大该红外线感测器的该输出讯号。
5、 根据权利要求1所述的红外线感测器模块，其更包含 一弹性体，其设置于该振动轴与该移动件之间，并耦接该振动轴与该移动件。
6、 根据权利要求1至5中任一权利要求所述的红外线感测器模块，其 中该红外线感测器所产生的该输出讯号的一数值大于或等于一参考值时，该 控制单元控制该振荡单元驱使该压电致动器扩张或收缩，使该遮光板阻隔 该红外线入射至该红外线感测器或使该红外线通过该遮光板而入射至该红 外线感测器，当该红外线感测器所产生的该输出讯号的该数值小于该参考 值时，该控制单元控制该振荡单元驱使作动的该压电致动器停止作动，使 该遮光板停止作动而不会遮蔽该红外线感测器。
7、 根据权利要求6所述的红外线感测器模块，其中该红外线感测器在 一预设周期不产生该输出讯号，且该控制单元关闭该振荡单元。
8、 根据权利要求1至5中任一权利要求所述的红外线感测器模块，其中该输入讯号的波形为一矩形波，该矩形波的一脉波宽度大于或等于该振 荡单元的一预设值时，该压电致动器往该圆顶顶端的该法线的方向扩张。
9、 根据权利要求8所述的红外线感测器模块，其中该压电致动器往该 圓顶顶端的该法线的方向扩张，并扩张于一区间，该区间为对应该矩形波 上升并保持一最大值的期间，且该压电致动器于对应该矩形波下降的另一 区间回复外形。
10、 根据权利要求1至5中任一权利要求所述的红外线感测器模块，其 中该输入讯号的波形为一矩形波，该矩形波的一脉波宽度小于该振荡单元 的一预设值时，该压电致动器往该圓顶顶端的该法线的方向收缩。
11、 根据权利要求IO所述的红外线感测器模块，其中该压电致动器往 该圆顶顶端的该法线的方向收缩，并收缩于一区间，该区间对应该矩形波 上升并保持一最大值的期间，且该压电致动器于对应该矩形波下降的另一 区间回复外形。
全文摘要
本发明是提供一种红外线感测器模块，其包含一红外线感测器、一压电致动器、一振动轴、一遮光板、一振荡单元与一控制单元，红外线感测器感测一物体的红外线，并产生输出讯号至控制单元，驱使控制单元控制振荡单元产生对应的矩形波至压电致动器，因而带动压电致动器所连接的振动轴并呈线性运动，由于遮光板是设置在振动轴上，且振动轴呈线性运动，所以遮光板使红外线受阻隔或通过而入射至红外线感测器。如此本发明即可藉由压电致动器的简单结构，而操作在低电压并产生动力带动遮光板，以用于连续感测红外线。
文档编号G01J1/44GK101632005SQ200780039245
公开日2010年1月20日 申请日期2007年4月12日 优先权日2006年8月22日
发明者尹晚焞 申请人:伊诺瓦有限公司;盛陶盟有限公司