光学检测装置与光学检测系统的制作方法

本发明涉及一种检测装置与系统，尤其涉及一种光学检测装置与光学检测系统。

背景技术：

使用近红外光谱式检测仪器已是行之有年的技术。然而，过去这类传统的检测仪器，不但造价昂贵且体积庞大只能应用在研究单位或实验室，而这类近红外光谱检测仪器在操作使用上往往须经过专业的训练。传统仪器的光谱信息，亦只能由专业人士判读，或购买昂贵数据库进行比对结果。

近年来由而于微机电系统(microelectromechanicalsystem，mems)工艺的进步，微小化已具备可行性,但是微小化的结果会导致有效光谱范围的减缩，在实际应用上，很难将之广泛应用。然而在现实生活上，每个人都想知道购买的物品是否真材实料、吃的东西是否安全、或喝的东西是否没问题等等。因此，一个能够提供即时鉴别功能的随身检测仪器对于现今的使用者是不可或缺的。特别是，近年来食品安全问题一再发生，农药残留及劣质油品与滥用动物用药的新闻层出不穷，廉价商品混充高价商品亦然。若能够提供方便的检测仪器，可立即提供例如购买的油品是否异常，油品的纯度，衣料的材质，茶叶的品种，皮革的真假，毒品粉末鉴识，诸如此类等等的使用者想要知道的结果，对于现今的使用者而言是相当具有便利性的。

技术实现要素：

本发明提供一种光学检测装置与光学检测系统，可提供多样化的待测物检测。

本发明的光学检测装置包括光源、第一fpi(fabry–pérotinterferometer)感测器、第二fpi感测器以及处理单元。光源用以发出光信号来检测待测物，以使待测物发出反应光。第一fpi感测器用以取得反应光在第一波长范围内的第一光谱数据，第二fpi感测器用以取得反应光在第二波长范围内的第二光谱数据，且第一波长范围不同于第二波长范围。处理单元耦接于第一fpi感测器以及第二fpi感测器，用以依据第一光谱数据以及第二光谱数据产生合成光谱数据。

在本发明的一实施例中，上述的光学检测装置还包括第三fpi感测器，耦接于处理单元，并且用以取得反应光在第三波长范围内的第三光谱数据。第三波长范围不同于第一波长范围以及第二波长范围。处理单元更依据第三光谱数据产生合成光谱数据。

在本发明的一实施例中，上述的光学检测装置还包括数据传输元件，耦接于处理单元，用以经由电子装置将合成光谱数据传递至远端伺服器。

在本发明的一实施例中，上述的光学检测装置还包括封装外壳，用以容置光源、第一fpi感测器、第二fpi感测器以及处理单元，以使此光学检测装置为可携式光学检测装置。

本发明的光学检测系统包括光学检测装置、电子装置以及远端伺服器。光学检测装置包括光源、第一fpi感测器、第二fpi感测器以及处理单元。光源用以发出光信号来检测待测物，以使待测物发出反应光。第一fpi感测器用以取得反应光在第一波长范围内的第一光谱数据，第二fpi感测器用以取得反应光在第二波长范围内的第二光谱数据，且第一波长范围不同于第二波长范围。处理单元耦接于第一fpi感测器以及第二fpi感测器，用以依据第一光谱数据以及第二光谱数据产生合成光谱数据。电子装置耦接于光学检测装置，并且远端伺服器耦接于电子装置。光学检测装置经由电子装置，将合成光谱数据传递至远端伺服器，远端伺服器分析合成光谱数据并传递分析结果至电子装置。

在本发明的一实施例中，上述的光学检测装置还包括第三fpi感测器，耦接于处理单元，并且用以取得反应光在第三波长范围内的第三光谱数据。第三波长范围不同于第一波长范围以及第二波长范围。处理单元更依据第三光谱数据产生合成光谱数据。

在本发明的一实施例中，上述的远端伺服器提供分析多个检测项目。电子装置还传递所述多个检测项目中的第一检测项目至远端伺服器，并且远端伺服器依据第一检测项目对应的分析方法，来分析合成光谱数据以获得第一检测项目的分析结果。

在本发明的一实施例中，上述的电子装置还传递认证信息至远端伺服器。远端伺服器对应认证信息开通检测项目中的至少一个检测项目，并且依据开通的至少一个检测项目进行收费。

在本发明的一实施例中，上述的远端伺服器还依据认证信息，判断对应开通的至少一个检测项目是否包括第一检测项目。若所述的至少一个检测项目包括第一检测项目，则依据第一检测项目对应的分析方法来分析合成光谱数据。

在本发明的一实施例中，若所述的至少一个检测项目不包括第一检测项目，则远端伺服器回传提示信息至电子装置。

基于上述，本发明实施例所提出的光学检测装置中利用三个检测不同波长范围的fpi感测器来取得待测物反应光的合成光谱数据，再将合成光谱数据通过电子装置传递至远端伺服器进行分析。如此一来，可以提高所能够检测的待测物的多样性。此外，基于本发明实施例所提出的光学检测装置，本发明实施例提出的光学检测系统更于远端伺服器中提供崭新的收费模式，可以让使用者仅针对其欲检测的项目进行开通。据此，可针对不同族群的使用者来提供不同的服务。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1显示本发明一实施例的光学检测系统的示意图；

图2a显示本发明一实施例的光学检测装置的侧视图；

图2b显示本发明一实施例的光学检测装置的仰视图；

图2c显示本发明一实施例的聚光灯罩的俯视图；

图3显示本发明一实施例的合成光谱数据的示意图；

图4显示本发明一实施例的光学检测装置的示意图；

图5显示本发明一实施例的光学检测方法的流程图；

图6显示本发明一实施例的分析请求信息的示意图；

图7a显示本发明一实施例的检测结果的示意图；

图7b显示本发明一实施例的检测结果的示意图。

附图标号说明：

100：光学检测系统

110：光学检测装置

111：第一fpi感测器

112：第二fpi感测器

113：第三fpi感测器

114：光源

115、115b：聚光灯罩

115a：滤波装置

116、116a：聚焦镜

116b：准直镜

117：试样空间

118a：第一分光镜

118b：第二分光镜

119：反射镜

120：电子装置

130：远端伺服器

ari：分析请求信息

dr1、dr2：检测结果

ob：待测物

ph1、ph2、ph3：进光孔

s510～s550：光谱检测方法的步骤

sd1：第一光谱数据

sd2：第二光谱数据

sd3：第三光谱数据

sdc：合成光谱数据

具体实施方式

现将详细参考本发明的较佳实施例，在附图中说明所述较佳实施例的实例。另外，凡可能之处，在附图及实施方式中使用相同标号的元件/构件代表相同或类似部分。

下文将通过多个实施例来描述本发明，然所述的实施例并非用以限定本发明。并且，以下所述的实施例更可以在合理的情形下适当的组合、取代或省略，以满足不同的实际需求。在本案说明书全文(包括申请专利范围)中所使用的“耦接”一词可指任何直接或间接的连接手段。举例而言，若文中描述第一装置耦接于第二装置，则应所述被解释成所述第一装置可以直接连接于所述第二装置，或者所述第一装置可以通过其他装置或某种连接手段而间接地连接至所述第二装置。此外，“信号”一词可指至少一电流、电压、电荷、温度、数据、或任何其他一或多个信号。

本发明提出一种光学检测系统，包括光学检测装置、电子装置以及远端伺服器。光学检测装置用以利用光信号来检测待测物，以使待测物发出反应光并取得此反应光的光谱数据。随后，光学检测装置将此光谱数据经由电子装置传递至远端伺服器，以向远端伺服器提出待测物的分析请求。

图1显示本发明一实施例的光学检测系统的示意图。请参照图1，光学检测系统100包括光学检测装置110、电子装置120以及远端伺服器130，其中光学检测装置110有线或无线地耦接于电子装置120，并且电子装置120耦接于远端伺服器130。在一实施方式中，电子装置120例如是智能手机、平板电脑、个人电脑、笔记型电脑或其他具有类似功能的装置，独立地设置于光学检测装置110之外。在另一实施方式中，电子装置120的元件与功能也可以与光学检测装置110整合，以作为一个整体来实作，本发明并不在此限。

图2a显示本发明一实施例的光学检测装置的侧视图；图2b显示本发明一实施例的光学检测装置的仰视图；图2c显示本发明一实施例的聚光灯罩的俯视图。请参照图2a至图2c，在一实施例中，光学检测装置110包括第一fpi(fabry–pérotinterferometer)感测器111、第二fpi感测器112、第三fpi感测器113、光源114、滤波装置115a、聚光灯罩115b、聚焦镜116、处理单元(未显示)以及数据传输元件(未显示)。

光源114是用以向待测物ob发出光信号，以使待测物ob发出反应光。光信号的波长范围可依需求来选择，本发明并不加以限制。在本实施例中，光源114例如为钨卤灯泡，用以向待测物发出同时包括可见光与不可见光的大范围波长的光信号。然而，本发明并不在此限制光源的类型。

第一fpi感测器111、第二fpi感测器112以及第三fpi感测器113分别是用以接收第一波长范围、第二波长范围与第三波长范围的反应光，以产生第一光谱数据、第二光谱数据以及第三光谱数据，其中第一波长范围、第二波长范围以及第三波长范围互相不同。在本实施例中，各个fpi感测器皆例如为mems-fpi光谱感测器，利用mems工艺能够将fpi可调滤波器封装于极小的体积当中。

值得一提的是，虽然mems-fpi光谱感测器具有对光谱的重现性高、体积小、价格便宜等优点，但其可检测的波长范围相当有限。因此，本实施例将三个波长范围各不相同的mems-fpi感测器整合于一个光学检测装置110中，以使光学检测装置110能够检测更多样化的待测物ob。所属领域技术人员当能从通常知识中获致关于fpi感测器的足够教示，在此不再赘述。

如图2b所示，本实施例将三个检测不同波长范围的第一fpi检测器111、第二fpi检测器112与第三fpi检测器113以三次旋转对称的方式设置于光学检测装置110中，并且将光源114设置于第一fpi检测器111、第二fpi检测器112与第三fpi检测器113的中心处。

请参照图2a至图2c，本实施例之滤波装置115a例如为带通滤波装置，由石英玻璃加上带通滤波薄膜所组成，聚光灯罩115b例如是对应各个感测器111～113设置有狭缝或进光孔ph1～ph3，可以隔离光源114以及各fpi感测器111～113以避免过多的噪音。在本实施例中，光源114所发出的光信号从滤波装置115a的一边射向位于滤波装置115a另一边的待测物ob。待测物ob发出反应光后，反应光会通过滤波装置115a与聚光灯罩115b的进光孔ph1～ph3，再经聚焦镜116准直后被各个fpi感测器111～113所接收。值得一提的，上述的待测物ob可例如是置于适当的容器中，或直接放置于透明的夹链袋当中，本发明不在此限。

处理单元例如是微控制器(micro-controller)、嵌入式控制器(embeddedcontroller)、中央处理器(centralprocessingunit,cpu)或类似的元件，而本发明不在此限制处理单元的种类。在本实施例中，处理单元耦接于第一fpi感测器111、第二fpi感测器112以及第三fpi感测器113，用以接收第一光谱数据、第二光谱数据以及第三光谱数据，并加以运算处理以得到合成光谱数据。

图3显示本发明一实施例中合成光谱数据的示意图。请参照图3，在本实施例中，处理单元例如是从第一fpi感测器111接收第一波长范围(λm,λn)的第一光谱数据sd1，从第二fpi感测器112接收第二波长范围(λn,λo)的第二光谱数据sd2，并且从第三fpi感测器113接收第三波长范围(λo,λp)的第三光谱数据sd3。基于信号的连续性，处理单元可通过程式或软体来修正各光谱数据sd1～sd3基线的偏移量，如此便能够将三个不同波长范围的光谱数据sd1～sd3结合成波长范围(λm,λp)的合成光谱数据sdc。

请回到图2a与图2b，在本实施例中，数据传输元件耦接至处理单元，配置于光学检测装置110中用以协同处理单元将数据传输至外部设备。数据传输元件例如是有线的通用序列总线(usb)、无线的蓝牙(bluetooth)或无线保真网络(wirelessfidelity，wi-fi)等通讯模块，本发明不在此限制。在本实施例中，数据传输元件耦接于电子装置120，用以将处理单元取得的合成光谱数据sdc传递至电子装置120中。特别是，电子装置120除了用以接收数据传输元件的数据外，也可用以输入及输出数据，并且更可用以上传数据至远端伺服器130及从远端伺服器130下载数据。

除了上述的反射式架构之外，在另一实施例中，光学检测装置110亦可以实作为穿透式的光学检测装置110。图4显示本发明另一实施例的光学检测装置的示意图。请参照图4，在一实施例中，光学检测装置110包括第一fpi感测器111、第二fpi感测器112、第三fpi感测器113、光源114、聚光灯罩115、聚焦镜116a、准直镜116b、试样空间117、第一分光镜118a、第二分光镜118b、反射镜119、处理单元(未显示)以及数据传输元件(未显示)。

在本实施例中，光源114所发出的光信号通过聚光灯罩115聚集，聚焦镜116a聚焦，再经过准直镜116b准直后射向置于试样空间117(例如，比色管)中的待测物ob。待测物ob所产生的反应光经由第一分光镜118a、第二分光镜118b以及反射镜119分别传递至第一fpi感测器111、第二fpi感测器112以及第三fpi感测器113中。在本实施例中，第一分光镜118a例如为穿透率33％、反射率66％的分光镜，而第二分光镜例如为穿透率与反射率皆50％的分光镜，但本发明并不在此限制。所属领域技术人员可依需求来调整各fpi检测器111～113接收反应光的光路。

本实施例的第一fpi感测器111、第二fpi感测器112、第三fpi感测器113、光源114、处理单元以及数据传输元件是类似于图2a与图2b实施例，在此不再赘述。特别是，由于fpi感测器可以经由mems工艺而实作为极小的尺寸，因此上述实施例中的光学检测装置110可更包括封装外壳，以将光学检测装置110的所有元件容置于其中，实作为可携式光学检测装置110。

通过上述实施例所介绍的光学检测装置110，能够取得大波长范围的合成光谱数据而且便于携带。因此，光学检测装置110所能够检测的待测物ob种类也会相当多元。以下将举实施例说明本发明的光学检测系统100的远端伺服器130及其运作方式。

为了提供多种检测项目以检测多元化的待测物ob种类，远端伺服器130例如是包括主机系统与云端数据库。在本实施例中，主机系统例如是个人电脑或伺服器，其例如可包括如中央处理单元、运算模块、存储模块、通讯模块、电源模块等适当的功能性元件，本发明并不加以限制。中央处理单元例如是微控制器(micro-controller)、嵌入式控制器(embeddedcontroller)、中央处理器(centralprocessingunit,cpu)或类似的元件，用以依据不同的检测项目来使用不同的分析方法来对合成光谱数据sdc进行分析。

通讯模块例如是包括有线与无线网络，用以与电子装置120传输数据。云端数据库是耦接于主机系统，用以存储多个检测项目的光谱数据以供比对分析。值得一提的，云端数据库可以是配置于主机系统中或是独立设置于主机系统之外，本发明并不在此限。

在一实施例中，远端伺服器130例如是提供包括食用油、药品以及奶粉等多种不同的检测项目。在一些实施例中，远端伺服器130更将上述的项目细分为不同的检测项目(或称子检测项目)。以奶粉为例来说，子检测项目可例如是包括三聚氰胺检测、奶粉品牌检测以及食用期限检测(例如，潮解程度检测)等。

主机系统的存储模块中记录有对应各个检测项目或子检测项目的特定分析方法(例如，演算法)。当电子装置120传送合成光谱数据sdc时，例如会一并传送欲检测的检测项目(以下称第一检测项目)等相关信息至远端伺服器130。据此，在进行检测分析时，主机系统可以针对第一检测项目，使用对应的分析方法来将合成光谱数据sdc进行分析，并且比对云端数据库中对应的光谱数据，以取得分析结果，再将其回传至电子装置120。

特别是，由于不同的检测项目或子检测项目所需求的计算资源与成本并不相同，因此远端伺服器130会依据检测项目或子检测项目来进行收费。在一实施例中，远端伺服器130例如是逐次收费，也就是在接收到来自电子装置120的第一检测项目的分析请求时，向电子装置120收取第一检测项目所对应的费用。

在另一实施例中，远端伺服器130例如是依据使用者所付费开通的检测项目来进行收费。详细来说，使用者可通过电子装置120来以认证信息向远端伺服器130申请付费开通至少一个检测项目，而远端伺服器130会依据认证信息及其所支付的费用来开通上述的至少一个检测项目。值得一提的是，本实施例并不限制使用者通过电子装置120向远端伺服器130支付费用的实际手段。举例而言，使用者可例如是通过电子装置120来进行线上刷卡，或通过第三方支付平台来向远端伺服器130支付费用。

在本实施例中，远端伺服器130例如是在存储模块中记录权限数据表，包括多个认证信息以及各个认证信息所开通的所有检测项目。在另一实施例中，上述的权限数据表亦可例如是记录于其他的伺服器中，并且远端伺服器130例如通过通讯模块连线至存储有权限数据表的伺服器来确认各个认证信息所对应开通的检测项目。

在本实施例中，电子装置120在传递合成光谱数据sdc以及第一检测项目至远端伺服器130以提出分析请求时，会一并传递认证信息至远端伺服器130，以让远端伺服器130依据认证信息来判断第一检测项目是否包含于此认证信息所开通的至少一检测项目中。换言之，远端伺服器130会判断此认证信息是否有权限对第一检测项目进行分析，若有，才会依据第一检测项目的分析方法来对所接收到的合成光谱数据进行分析，以产生分析结果。

值得一提的是，上述的认证信息可例如是关联于光学检测装置110(例如，检测装置识别码)，亦可例如是关联于使用者(例如，使用者帐号)，本发明并不在此限制。

图5显示本发明一实施例的光学检测方法的流程图。本实施例的光学检测方法适用于前述实施例中的光学检测系统100，故以下搭配前述实施例中光学检测系统100的各项元件来对本实施例的光学检测方法进行说明。

在步骤s510中，远端伺服器130会从电子装置120接收到分析请求信息，以请求依据合成光谱数据sdc分析第一检测项目。在本实施例中，使用者例如在家中发现透明夹链袋中装有不明的奶粉，因此通过本发明实施例的可携式光学检测装置110对奶粉进行检测，以取得合成光谱数据sdc并将其传递至电子装置120。随后，使用者可例如是通过电子装置120来向远端伺服器130发出分析请求信息。

图6显示本发明一实施例的分析请求信息的示意图。请参照图6，在本实施例中，分析请求信息ari包括认证信息、装置版本、光谱范围、测量日期、测量时间、测量环境温度、测量环境湿度、检测项目、光谱数据长度以及光谱数据。其中，认证信息用以识别当前的光学检测装置110或使用者，检测项目为第一检测项目(例如，奶粉品牌)，且光谱数据为合成光谱数据sdc。然而，本发明并不在此限制分析请求信息中的各个条目，所属领域技术人员当可依其需求来增加或减少其中的条目。

随后，在步骤s520中，远端伺服器130会判断分析请求信息中的认证信息所对应开通的检测项目是否包括第一检测项目。在本实施例中，远端伺服器130例如是比对分析请求信息ari中的认证信息与权限数据表，以判断此认证信息所开通的检测项目中是否包括“奶粉品牌”此一检测项目。

若远端伺服器130在步骤s520中判断认证信息所开通的检测项目中包括第一检测项目，表示此认证信息具有分析第一检测项目的权限，则在步骤s530中，远端伺服器130会依据第一检测项目所对应的分析方法或演算法来分析合成光谱数据sdc，以产生分析结果，并且在步骤s540中将分析结果传回电子装置120。

在本实施例中，远端伺服器130除了分析结果外，更将认证信息、测量日期、测量时间、检测项目以及错误代码一并合成为检测结果传回电子装置120中。

图7a显示本发明一实施例的检测结果的示意图。请参照图7a，检测结果dr1中包括认证信息、测量日期、测量时间、检测项目以及分析结果，其中认证信息、测量日期、测量时间与检测项目是相同于远端伺服器130所接收到分析请求信息ari中的认证信息、测量日期、测量时间与检测项目。在本实施例中，合成光谱数据sdc经分析比对后，其光谱与云端数据库所记录的“客临奶粉1号”最为接近，因此分析结果为“客临奶粉1号”。如此一来，使用者便能够快速且便利地通过电子装置120得知其所检测的奶粉品牌为“客临奶粉1号”。

类似地，本发明并不在此限制检测结果中所包括的各个条目，所属领域技术人员当可依其需求来增加或减少检测结果中的条目。

另一方面，若远端伺服器130在步骤s520中判断认证信息所开通的检测项目中不包括第一检测项目，表示此认证信息并不具有分析第一检测项目的权限，则在步骤s550中，远端伺服器130会回传提示信息至电子装置120。在一实施例中，提示信息可通过类似于上述图7a实施例的检测结果的形式来回传电子装置120，以让使用者从分析结果与错误代码得知其尚未开通第一检测项目的权限。

图7b显示本发明一实施例的检测结果的示意图。请参照图7b，检测结果dr2中包括认证信息、测量日期、测量时间、检测项目、分析结果以及错误代码，其中认证信息、测量日期、测量时间与检测项目是相同于远端伺服器130所接收到分析请求信息ari中的认证信息、测量日期、测量时间与检测项目。在本实施例中，因为认证信息并不具有分析“奶粉品牌”的权限，因此分析结果为“检测项目未开通”。如此一来，使用者便能够从电子装置120所接收到的检测结果得知目前此认证信息并不具有分析“奶粉品牌”的权限。

在另一实施例中，远端伺服器130所回传的提示信息可包括询问使用者是否要针对第一检测项目进行付费开通。如此一来，使用者便能够直接回应提示信息，以付费继续针对第一检测项目进行分析。

值得一提的，上述实施例是以“奶粉品牌”一检测项目作为说明，但本发明并不限于此。本发明实施例所提供的光学检测系统100，其能够取得大波长范围、且重现性高的合成光谱数据，并且能够对欲检测的项目进行线上扩充，因此除了“奶粉品牌”之外，本发明实施例所提供的光学检测系统100可更检测各式各样不同的待测物与待测项目。

综上所述，本发明实施例所提出的光学检测系统中包括光学检测装置、电子装置以及远端伺服器。光学检测装置利用三个检测不同波长范围的fpi感测器来取得待测物反应光的合成光谱数据，再将合成光谱数据通过电子装置传递至远端伺服器进行分析。如此一来，可以提高所能够检测的待测物的多样性。此外，基于本发明实施例所提出的光学检测装置，本发明实施例的光学检测系统更于远端伺服器中提供崭新的收费模式，可以让使用者仅针对其欲检测的项目进行开通。据此，可针对不同族群的使用者来提供不同的服务。

虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更改与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求书所界定的为准。