光学式微粒子侦测器的制作方法

本发明涉及一种微粒子侦测器，且特别是涉及一种光学式微粒子侦测器。

背景技术：

近年来，细悬浮微粒(简称pm2.5)污染成为了世界上重大的环境污染问题，长期暴露下会提高发生肺癌、中风、心脏疾病、慢性呼吸疾病、呼吸道感染与哮喘等疾病，因此对人体健康有显着的影响。现有的pm2.5侦测器有测重式侦测器与光学式侦测器等。

然而，测重式侦测器的仪器体积都过于庞大或是较为昂贵。光学式侦测器的准确率不够高，且无法与芯片直接做整合，并且需要依靠风扇提供进气。

技术实现要素：

本发明提供一种微粒子侦测器，具有较小的体积及较高的测量准确率。

本发明的一实施例提出一种光学式微粒子侦测器，包括光源、气体流道以及多个光学侦测器。光源用以产生光束。气体流道具有至少一弯曲段，弯曲段具有入光口与多个出光口，其中来自光源的光束经由入光口进入气体流道中。多个光学侦测器分别光耦接至这些出光口。

基于上述，在本发明的实施例的光学式微粒子侦测器中，由于气体流道具有至少一弯曲段，因此光束打中微粒子后往侧向散射的光也可以有效地被设置于侧向的光学侦测器侦测。此外，气体流道的弯曲段为弯曲设计，因此可摆置较多的光学侦测器，且弯曲设计也缩短了设置于侧向的光学侦测器与微粒子之间的距离，使往侧向散射的光束在到达侧向的出光口前，较不易再打中其他微粒子而影响测量的准确率。如此一来，本发明的实施例的光学式微粒子侦测器可提高测量的准确率。

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，并配合所附的附图作详细说明如下。

附图说明

图1为本发明的一实施例的光学式微粒子侦测器的上视示意图；

图2为本发明的一实施例的光学式微粒子侦测器的上视示意图；

图3为本发明的一实施例的光学式微粒子侦测器的上视示意图；

图4为本发明的一实施例的光学式微粒子侦测器的上视示意图；

图5为本发明的一实施例的光学式微粒子侦测器的上视示意图；

图6为本发明的一实施例的光学式微粒子侦测器的上视示意图；

图7为本发明的一实施例的光学式微粒子侦测器的上视示意图；

图8a为本发明的一实施例的光学式微粒子侦测器的上视示意图；

图8b为本发明的一实施例的光学式微粒子侦测器的上视示意图；

图9为本发明的一实施例的光学式微粒子侦测器的立体图；

图10为图9中沿着剖面e的剖视图；

图11为图9中沿着l-l’线的剖视图；

图12为图9中沿着l-l’线的另一样态的剖视图；

图13为图9中沿着l-l’线的又一样态的剖视图；

图14为本发明的一实施例的光学式微粒子侦测器的结构示意图。

符号说明

10：基板

100、200、300、400、500、600、700、800a、800b、900、1000：光学式微粒子侦测器

110：光源

111、140、240：光通道

112、112’：光束

120：气体流道

120a：气体入口

120b：气体出口

122、722、722a：弯曲段

122a：第一侧壁

122b：第二侧壁

130：光学侦测器

111a、142、842：光波导

142a：入光面

142b：倾斜侧面

150：聚焦透镜

160、160a、160b：加热线圈

170：披覆层

190：绝缘层

20：遮光盖板

1100：放大器电路

1200：处理器

i：入光口

o：出光口

mp：微粒子

a：切面

e：剖面

l-l’：剖线

s：空间

具体实施方式

图1为本发明的一实施例的光学式微粒子侦测器的上视示意图。为求清晰，图1仅示意性地示出光学式微粒子侦测器的部分构件。请参考图1，本实施例的光学式微粒子侦测器100包括光源110、气体流道120以及多个光学侦测器130。光源110用以产生光束112。气体流道120具有至少一弯曲段122，弯曲段122具有入光口i与多个出光口o，光源110与入光口i之间具有光通道111，其中来自光源110的光束112经由光通道111到达入光口i并进入气体流道120中。多个光学侦测器130分别光耦接至这些出光口o。在本实施例中，光学式微粒子侦测器100还包括多个光通道140。这些光通道140分别光耦接于光学侦测器130与气体流道120的出光口o之间，且这些光通道140呈放射状延伸。当来自光源110的光束112经由入光口i进入气体流道120后，若光束112打中微粒子mp，此时会发生米式散射(miescattering)，使光束112’往不同方向散射。然后，往不同方向散射的光束112’分别经由多个出光口o进入对应的光通道140中，并且入射至光学侦测器130。在本实施例中，光源110可为激光，也可为发光二极管(light-emittingdiode，led)。光学侦测器130可为光电二极管(例如磷砷化镓光电二极管(gaaspphotodiode)或硅p型-本质-n型光电二极管(siliconp-intrinsic-nphotodiode,siliconpinphtodiode))、光电晶体(phototransistor)或其他光检测器(photodetector)。

在本实施例中，由于气体流道120具有弯曲段122，且弯曲段122具有多个出光口o分别光耦接至多个光学侦测器130，因此光束112打中位于弯曲段122的微粒子mp后，除了往光束112行经方向散射的光束112’可被光学侦测器130侦测以外，往侧向散射的光束112’也可以有效地被设置于侧向的光学侦测器130侦测。再者，气体流道120的弯曲段122为弯曲设计，因此可摆置较多的光学侦测器130，且弯曲设计也缩短了设置于侧向的光学侦测器130与微粒子mp之间的距离，使往侧向散射的光束112’在到达侧向的出光口o前，较不易再打中其他微粒子而影响测量的准确率。如此一来，光学式微粒子侦测器100的测量准确率可有效地被提升。

在本实施例中，气体流道120的弯曲段122还具有第一侧壁122a与第二侧壁122b。第一侧壁122a与第二侧壁122b相对，且入光口i位于第一侧壁122a与第二侧壁122b其中之一，出光口o位于第一侧壁122a与第二侧壁122b其中之一。图1中所示出的是入光口i位于第一侧壁122a，而出光口o位于第二侧壁122b。在其他实施例中(未示出)，也可以是入光口i位于第二侧壁122b，出光口o位于第一侧壁122a。又或者是，入光口i位于第一侧壁122a或第二侧壁122b，部分出光口o位于第一侧壁122a，另一部分出光口o位于第二侧壁122b，然而本发明不以此为限。

图2为本发明的一实施例的光学式微粒子侦测器的上视示意图。请参照图2，光学式微粒子侦测器200与图1的光学式微粒子侦测器100大致上相同，其主要差异在于光学式微粒子侦测器200的光通道240较短，因此光学侦测器130较靠近出光口o的位置，使光束112’入射至光学侦测器130前所行经的距离较短，避免光束112’在行进过程中损失。

图3为本发明的一实施例的光学式微粒子侦测器的上视示意图。请参照图3，光学式微粒子侦测器300与图1的光学式微粒子侦测器100大致上相同，其主要差异在于光学式微粒子侦测器300的各个光通道140内含光波导142。光波导142设置于光通道140内且沿着光通道140的延伸方向延伸。由于光通道140内含光波导142，可避免光束112’在行经光通道140的途中损失。在本实施例中，光波导142的材料例如是光致抗蚀剂(如su-8光致抗蚀剂)或其他对光束112’而言为透光或透明的材料。

图4为本发明的一实施例的光学式微粒子侦测器的上视示意图。请参照图4，光学式微粒子侦测器400与图3的光学式微粒子侦测器300大致上相同，其主要差异在于光波导142在靠近气体流道120的一侧具有入光面142a，且入光面142a位于光通道140内，并与其对应的出光口o保持距离。请同时参照图3和图4。在图3所示的光学式微粒子侦测器300中，光波导142的入光面142a位于其对应的出光口o处，因此由任何角度入射的光束112’还可入射至光波导142。在图4所示的光学式微粒子侦测器400中，光波导142的入光面142a位于光通道140内，且与其对应的出光口o保持距离，因此只有接近平行于光通道140的延伸方向入射的光束112’可以入射至光波导142，而其他角度入射的光束112’则无法入射至光波导142。因此，可避免其他角度入射的光束干扰测量的准确率。

图5为本发明的一实施例的光学式微粒子侦测器的上视示意图。请参照图5，光学式微粒子侦测器500与图4的光学式微粒子侦测器400大致上相同，其主要差异在于光学式微粒子侦测器500的光波导142在靠近气体流道120的一侧具有聚焦透镜150，且聚焦透镜150与光波导142为一体成型。

图6为本发明的一实施例的光学式微粒子侦测器的上视示意图。请参照图6，光学式微粒子侦测器600与图4的光学式微粒子侦测器400大致上相同，其主要差异在于光学式微粒子侦测器400的气体流道120的弯曲段122呈转180度的圆弧形(如图4所示)，而光学式微粒子侦测器600的气体流道120的弯曲段622呈转90度的圆弧形(如图6所示)。在本实施例中，较佳地，出光口o在弯曲段622内的设置范围不超过切面a与第二侧壁122b的交会处，其中切面a是以入光口i为切点的切面。换言之，出光口o在弯曲段622内的设置范围在切面a与第二侧壁122b的交会处之间。

图7为本发明的一实施例的光学式微粒子侦测器的上视示意图。请参照图7，光学式微粒子侦测器700的气体流道120的弯曲段722为多个相接的弯曲段722a(图7是以两个弯曲段722a为例)，且相邻的弯曲段722a的弯曲方向彼此不同。在本实施例中，光学式微粒子侦测器700的部份光通道140可内含光波导142，而另一部份光通道140可不内含光波导142。在其他实施例中，或者所有光通道140都内含光波导142，或者所有光通道140都不内含光波导142。

图8a为本发明的一实施例的光学式微粒子侦测器的上视示意图。请参照图8a，光学式微粒子侦测器800a与图4的光学式微粒子侦测器400大致上相同，其主要差异在于光学式微粒子侦测器800a的光波导842呈弯曲状，使光学侦测器130可邻近基板10的边缘设置，且光学式微粒子侦测器800a还包括加热线圈160，设置于气体流道120中或旁。详细而言，由于光波导可利用全反射原理来传导光束，因此光波导不受限于直线型设计，且光束在光波导的传导过程中不易造成光损失，因此光波导可延伸至较远的位置。换言之，光波导842可呈弯曲状，并且可依照芯片的大小来配置光学侦测器130的位置，使设计的弹性度增加。进一步而言，由于光学侦测器130可配置在基板10的边缘，因此不需复杂的接线即可将光学侦测器130接合至外部线路，有利于芯片的整合。此外，在本实施例中，加热线圈160设置在靠近气体流道120的气体出口120b处，用以加热流经气体流道120的气体，使气体受热后往位置较高的气体出口120b流出，来达到气体对流的目的，以使气体加速流入气体入口120a。在其他实施例中，加热线圈160也可以设置在靠近气体流道120的气体入口120a处，使气体受热后往位置较高的气体出口120b流动，以使气体加速流入气体入口120a。相较于传统使用风扇而言，加热线圈160具有较小的体积以及较易于整合在基板上的优点。

图8b为本发明的一实施例的光学式微粒子侦测器的上视示意图。请参照图8b，光学式微粒子侦测器800b与图8a的光学式微粒子侦测器800a大致上相同，其主要差异在于光学式微粒子侦测器800b的加热线圈160设置于对应于入光口i的气体流道120处的下方附近且贴于气体流道120的底面。举例而言，可于气体流道120的弯曲段122中靠近气体入口120a的一侧的下方设置加热线圈160a，且加热线圈160a贴于气体流道120的底面。或者，也可于气体流道120的弯曲段122中靠近气体出口120b的一侧的下方设置加热线圈160b，且加热线圈160b贴于气体流道120的底面。

由于光波导可弯曲，因此也可使用软板来做为基板。此外，在本发明的实施例中，通过芯片整合将可进一步缩小光学式微粒子侦测器的体积。

图9为本发明的一实施例的光学式微粒子侦测器的立体图。图10为图9中沿着剖面e的剖视图。图11为图9中沿着l-l’线的剖视图。请同时参照图9、图10以及图11，光学式微粒子侦测器900与图8的光学式微粒子侦测器800大致上相同，于此不再赘述。在本实施例中，光学式微粒子侦测器900可包括披覆层170，其中气体流道120以及光通道140形成于披覆层170之中。此外，光源110与气体流道120之间的光通道111也形成于披覆层170之中，其中光通道111也可内含光波导111a。在本实施例中，披覆层170的材料例如是聚甲基丙烯酸甲酯(poly(methylmethacrylate)，pmma)。如图10所示，在垂直于光通道的延伸方向的剖面e上，光通道140以及光波导142包覆于披覆层170之中。在本实施例中，光学式微粒子侦测器900可包括遮光盖板20与绝缘层190(示出于图11)。遮光盖板20设置于光源110、气体流道120、光通道140以及光学侦测器130之上。绝缘层190设置于气体流道120以及光通道140之上，且位于遮光盖板20之下。

图12为图9中沿着l-l’线的另一样态的剖视图，请同时参照图11与图12。如图11所示，光学式微粒子侦测器900的光源110与光学侦测器130可以设置于基板10上。气体流道120、光通道140与光波导142设置于基板10之上。如图12所示，光学式微粒子侦测器900的光源110与光学侦测器130也可以设置于基板10中，也就是光源110与光学侦测器130可内埋于基板10。气体流道120、光通道140与光波导142设置于基板10之上。

请再参照图12，在本实施例中，光波导142在远离气体流道120的一侧具有倾斜侧面142b来做为光反射面，使光波导142不需与光学侦测器130直接连接，即可通过倾斜侧面142b将光束112’反射至光学侦测器130。因此气体流道120、光通道140与光波导142可设置于基板10之上，而不需埋设于基板10之中，其制作方式较为简易。

图13为图9中沿着l-l’线的又一样态的剖视图。请参照图13，遮光盖板20与气体流道120之间具有空间s，气体流道120的顶部是开放的，且与空间s相通。在本实施例中，加热线圈的位置可如同图8b的加热线圈160的位置，是设置于对应于入光口i的气体流道120处的下方附近且贴于气体流道120的底面，使流经气体流道120的气体受热后往空间s流动，也可达到气体对流的目的。

图14为本发明的一实施例的光学式微粒子侦测器的结构示意图。光学式微粒子侦测器1000包括处理器1200，电连接至光学侦测器130，其中处理器1200根据光学侦测器130侦测到气体流道120中的多个微粒子mp所散射的光束112’，而计算出这些微粒子mp的浓度。在本实施例中，光学式微粒子侦测器1000也可以包括放大器电路1100，电连接于处理器1200与光学侦测器130之间，用以放大来自光学侦测器130的电信号，并将放大后的电信号传送至处理器1200。

在一实施例中，处理器1200例如为中央处理单元(centralprocessingunit,cpu)、微处理器(microprocessor)、数字信号处理器(digitalsignalprocessor,dsp)、可编程控制器、可编程逻辑装置(programmablelogicdevice,pld)或其他类似装置或这些装置的组合，本发明并不加以限制。此外，在一实施例中，处理器1200的各功能可被实作为多个程序码。这些程序码会被存储在一个存储器中，由处理器1200来执行这些程序码。或者，在一实施例中，处理器1200的各功能可被实作为一或多个电路。本发明并不限制用软件或硬件的方式来实作处理器1200的各功能。

综上所述，本发明的实施例的光学式微粒子侦测器中，由于气体流道具有至少弯曲段，因此光束打中微粒子后往侧向散射的光也可以有效地被设置于侧向的光学侦测器侦测。再者，气体流道的弯曲段为弯曲设计，因此可摆置较多的光学侦测器，且弯曲设计也缩短了设置于侧向的光学侦测器与微粒子之间的距离，使往侧向散射的光束在到达侧向的出光口前，较不易再打中其他微粒子而影响测量的准确率。此外，光波导的入光面位于光通道内，且与其对应的出光口保持距离，因此只有接近平行于光通道的延伸方向入射的光束可以入射至光波导，可避免其他角度入射的光束干扰测量的准确率。如此一来，本发明的实施例的光学式微粒子侦测器可提高测量的准确率。

本发明的实施例的光学式微粒子侦测器中，由于光波导可利用全反射原理来传导光束，因此光波导可呈弯曲状，且光束在光波导的传导过程中不易造成光损失，因此光波导可延伸至较远的位置，使光学侦测器可邻近基板的边缘设置，因此不需复杂的接线即可将光学侦测器接合至外部线路，有利于芯片的整合。此外，配合加热线圈设置于气体流道中或旁，以取代风扇来使气体对流。如此一来，本发明的实施例的光学式微粒子侦测器较易于整合在同一芯片上且可缩减体积大小。

虽然结合以上实施例公开了本发明，然而其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围应当以附上的权利要求所界定的为准。