光学装置的制作方法

本发明关于一种光学装置，尤其关于一种具有微结构单元的光学装置。

背景技术：

近年来，随着电子工业的演进以及工业技术的蓬勃发展，各种电子装置设计及开发的走向逐渐朝轻便、易于携带的方向发展，以利使用者随时随地应用于移动商务、娱乐或休闲等用途。举例而言，各式各样的光学装置正广泛应用于各种领域，例如智能型手机、穿戴式电子装置等可携式电子装置，其具有体积小且方便携带的优点，使用者得以于有使用需求时随时取出并进行影像撷取并储存，或进一步透过移动网络上传至互联网之中，不仅具有重要的商业价值，更让一般大众的日常生活更添色彩。

再者，随着生活质量的提升，人们对可应用于可携式电子装置的光学装置具有更多诉求，藉以使可携式电子装置带来更多便利性的功能，举例来说，光学装置可透过其激光束的输出与接收以进行距离量测，如飞行时间量距(Time of Flight，TOF)技术等，但无论是透过光学装置撷取2D或3D影像、进行距离量测、抑或是任何感应行为，光学装置的收光效果(收光率)将是影响整体质量的关键因素之一，惟目前尚未有制程简单且低成本的方式被提出以增加此类光学装置的收光效果。

此外，光学装置不并只是局限应用在如上所述的可携式电子装置上，中国台湾发明专利第I477759公告号揭露了一种用以侦测生物组织的生理参数的光学侦测装置，其是透过微结构单元使发光元件所提供的光束经衍射后的能量集中于某一阶的衍射光，进而使能量集中于某一阶的衍射光射入与光学侦测装置相接触的生物组织，接着从生物组织散射及反射出的光束再经由波导的导引而被传输至光侦测单元，藉以提升光侦测单元所接收的光强度；其中，该光学侦测装置仅适用于接触式的量测，且其微结构单元仅用以使所接收的光束成为能 量集中于某一阶的衍射光，但不具有光导引的效果。

根据以上的说明可知，现有的光学装置还具有发展的空间。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术存在的上述不足，提供一种能够增加光感二极管单元的收光效果(收光率)的光学装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种光学装置，包括光感二极管单元、透镜以及发光源，该透镜上设置有相对应于该光感二极管单元的微结构单元；该发光源用以提供多个第一光束，且该多个第一光束于穿过该透镜后被传输至一目标物，并于该目标物上产生反射；其中，该微结构单元用以接收由该目标物上产生反射并进而穿过该透镜的该多个第一光束，并改变该多个第一光束的行径方向，以使该多个第一光束中的至少部分光束往该光感二极管单元的方向行进。

较佳地，该透镜具有相对应的一第一表面以及一第二表面，且该光感二极管单元以及该发光源位于该第一表面的一侧，而该目标物位于该第二表面的一侧。

较佳地，该第一表面以及该第二表面中的至少一者为一平面，或该第一表面以及该第二表面中的至少一者为一曲面。

较佳地，该微结构单元形成于该第一表面的至少部分处，且该发光源所提供的该多个第一光束于依序通过该透镜的该第一表面以及该第二表面后被传输至该目标物，而由该目标物上产生反射的该多个第一光束于通过该透镜的该第二表面后被传输至该微结构单元，使得该多个第一光束中的至少部分光束往该光感二极管单元的方向行进。

较佳地，该发光源还用以提供多个第二光束，且该多个第二光束未穿过该透镜并直接被传输至该光感二极管单元；其中，该光学装置依据该光感二极管单元接收该第一光束以及接收该第二光束的一时间差而获得该目标物与该光学装置的一距离。

较佳地，该发光源包括激光二极管(LD)、发光二极管(LED)、有机发光二极管(OLED)以及用以输出具有一热感应波长区间的光束的一发光单元中的至少一者。

较佳地，该光学装置为可携式电子装置。

较佳地，该透镜与该可携式电子装置的一壳体相结合。

较佳地，该多个第一光束中的该至少部分光束为具有一特定波长区间的光束。

较佳地，该微结构单元包括衍射光学元件(DOE)，或者，该微结构单元具有一菲涅耳表面(Fresnel surface)，或者，该微结构单元包括该衍射光学元件并具有该菲涅耳表面。

较佳地，该光学装置未与该目标物接触。

本发明还提供一种光学装置，包括光感二极管单元、透镜以及微结构单元，该微结构单元设置于该光感二极管单元与该透镜之间；其中，该微结构单元于接收穿过该透镜的多个第一光束后改变该些第一光束的行径方向，以使该些第一光束中的至少部分光束往该光感二极管单元的方向行进。

较佳地，该微结构单元形成于该透镜上，或者，该微结构单元形成于该光感二极管单元上。

较佳地，该透镜与一电子装置的一壳体相结合。

较佳地，该光学装置还包括该电子装置及/或该壳体。

较佳地，该多个第一光束中的该至少部分光束为具有一特定波长区间的光束。

较佳地，该微结构单元包括衍射光学元件(DOE)，或者，该微结构单元具有一菲涅耳表面(Fresnel surface)，或者，该微结构单元包括该衍射光学元件并具有该菲涅耳表面。

较佳地，该光学装置还包括另一光感二极管单元以及另一微结构单元，且该另一微结构单元于接收穿过该透镜的多个第二光束后改变该多个第二光束的行径方向，以使该多个第二光束中的至少部分光束往该另一光感二极管单元的方向行进。

较佳地，该光学装置还包括至少一发光源，其用以提供该多个第一光束及/或多个第二光束。

较佳地，该至少一发光源包括激光二极管(LD)、发光二极管(LED)、有机发光二极管(OLED)以及用以输出具有一热感应波长区间的光束的一发光单元中的至少一者。

本发明透过在光学装置的透镜与光感二极管单元之间设置微结构单元，藉以将穿过透镜并被传输至微结构单元的光束引导至光感二极管单元，进而增加光感二极管单元的收光效果(收光率)，且本发明所提出的该光学装置制程简单 且成本低。

附图说明

图1：为本发明光学装置于第一较佳实施例的结构示意图。

图2：为本发明光学装置于第二较佳实施例的结构示意图。

图3：为本发明光学装置于第三较佳实施例的结构示意图。

图4：为图3所示光学装置的部分结构示意图。

图5：为本发明光学装置于第四较佳实施例的结构示意图。

图6：为图5所示光学装置的一较佳应用实施例。

图7：为本发明光学装置于第五较佳实施例的部分结构示意图。

图8：为图7所示光学装置的发光源以及光感二极管单元的排列示意图。

图9：为本发明光学装置于第六较佳实施例的部分结构示意图。

具体实施方式

请参阅图1，其为本发明光学装置于第一较佳实施例的结构示意图。光学装置1A包括光感二极管单元11、透镜12以及微结构单元13，且微结构单元13设置于光感二极管单元11与透镜12之间。于本较佳实施例中，透镜12包括相对应的第一表面121以及第二表面122，且微结构单元13依据实际应用需求而形成于第一表面121上的部分处或全部，而光感二极管单元11则相对应于微结构单元13并位在透镜12的第一表面121的一侧的适当处。此外，虽然图示中的第一表面121以及第二表面122皆为平面，但不以此为限，第一表面121以及第二表面122中的任一者亦可依据实际应用需求而被设计为曲面。

其中，当来自透镜12的第二表面122的一侧的多个光束L1穿入透镜12并射至微结构单元13而被微结构单元13所接收时，微结构单元13可改变该些光束L1的行径方向，使该些光束L1中的至少部分光束往光感二极管单元11的方向行进，进而提升光感二极管单元11的收光效果(收光率)。

进一步而言，微结构单元13上具有依据实际应用需求而设计的微结构图案(图未示)，用以对通过其中的该些光束L1进行光束整形(beam shaping)，使得输出的光束L1得以弹性变化，藉以将该些光束L1导引至光感二极管单元11；其中，如何透过设计微结构图案而使通过其中并输出的光束符合使用者的需求为本技术领域普通技术人员所知悉，故在此即不再予以赘述。

于本较佳实施例中，微结构单元13为衍射光学元件(DOE)，及/或是具有 菲涅耳表面(Fresnel surface)的薄膜，及/或是由多个微结构图案所层叠而成；再者，微结构单元13还能由波长敏感材料(wavelength-sensitive material)所制成，但不以此为限，其目的主要是用以过滤出具有特定波长区间的光束，藉以仅将具有特定波长区间的光束导引至光感二极管单元11。

请参阅图2，其为本发明光学装置于第二较佳实施例的结构示意图。其中，本较佳实施例的光学装置1B大致类似于本发明第一较佳实施例中所述者，在此即不再予以赘述。而本较佳实施例与前述第一较佳实施例不同之处在于，微结构单元13是形成于光感二极管单元11上，如此一来，部分原本不会被光感二极管单元11所感应到的光束L2(原本的行径方向为图示中虚线箭头所示的光束L2’)可被微结构单元13导引至光感二极管单元11(如图中带有实线箭头的光束L2”)。

请参阅图3与图4，图3为本发明光学装置于第三较佳实施例的结构示意图，图4为图3所示光学装置的部分结构示意图。其中，本较佳实施例的光学装置1C大致类似于本发明第一较佳实施例中所述者，在此即不再予以赘述。而本较佳实施例与前述第一较佳实施例不同之处在于，光学装置1C为一可携式电子装置，如手机、平板电脑或穿戴式装置等，但不以上述为限，且光学装置1C更包括与透镜12相结合的壳体14，而光感二极管单元11则设置于壳体14所包围的容置空间141内。

请参阅图5，其为本发明光学装置于第四较佳实施例的结构示意图。其中，本较佳实施例的光学装置1D大致类似于本发明前述各较佳实施例中所述者，在此即不再予以赘述。而本较佳实施例与前述各较佳实施例不同之处在于，光学装置1D更包括一发光源15，其位于第一表面121的一侧，并用以提供多个光束L41，且该些光束L41于依序通过透镜12的第一表面121以及第二表面122后向外输出，藉以提供实际应用所需的光束。

于本较佳实施例中，发光源15可为激光二极管(LD)、发光二极管(LED)、有机发光二极管(OLED)或类似于激光二极管、发光二极管、有机发光二极管等半导体类的其它发光元件，且光束L41可为具有第一波长区间的光束(如可见光束)及/或具有第二波长区间的光束(如不可见光束或具有热感应波长的光束)，但不以上述为限。

请参阅图6，其为图5所示光学装置的一较佳应用实施例。于本较佳应用实施例中，光学装置1D’用以对位于透镜12的第二表面122一侧的一目标物2(未接触于光学装置1D’)进行测距。详言之，发光源15提供多个第一光束L41以 及多个第二光束L42，且多个第一光束L41于依序通过透镜12的第一表面121以及第二表面122后被传输至目标物2，而多个第二光束L42则未穿过透镜12并直接被传输至光感二极管单元11；其中，多个第一光束L41会于被传输至目标物2后产生反射，且反射后的多个第一光束L41’穿过透镜12的第二表面122并进而被传输至微结构单元13，微结构单元13再将所接收的多个第一光束L41’导引至光感二极管单元11。是以，光学装置1D’可依据光感二极管单元11接收多个第一光束L41’以及接收多个第二光束L42的时间差而获得目标物2与光学装置1D’的距离。

请参阅图7与图8，图7为本发明光学装置于第五较佳实施例的部分结构示意图，图8为图7所示光学装置的发光源以及光感二极管单元的排列示意图。其中，本较佳实施例的光学装置1E大致类似于本发明前述各较佳实施例中所述者，在此即不再予以赘述。而本较佳实施例与前述各较佳实施例不同之处在于，光学装置1E包括多个发光源15a～15i以及相对应于该些发光源15a～15i的多个光感二极管单元11a～11i，且透镜12的第一表面121上形成有相对应于该些光感二极管单元11a～11i的多个微结构单元13a～13i(图7中仅绘出13a～13c)；其中，该些发光源15a～15i以及该些光感二极管单元11a～11i是以左右交叉设置的方式呈矩阵形式排列，且每一光感二极管单元11a～11i可具有各自的收光角以及响应曲线(即对不同波长区间的光束具有不同的响应)。

惟，上述仅为一实施例，并不以此为限，本技术领域普通技术人员可依据实际应用需求而进行任何均等的变更设计；举例来说，该些发光源的数量、该些光感二极管单元的数量以及该些微结构单元的数量并不限相同，且该些发光源以及该些光感二极管单元并不限于呈矩阵排列。

请参阅图9，其为本发明光学装置于第六较佳实施例的部分结构示意图。其中，本较佳实施例的光学装置1F大致类似于本发明第五较佳实施例中所述者，在此即不再予以赘述。而本较佳实施例与第五较佳实施例不同之处在于，第五较佳实施例的光学装置1E的该些发光源15a～15c以及该些光感二极管单元11a～11c是共享一透镜12，而本较佳实施例中的光学装置1F包括多个透镜12a～12c，且每一透镜12a～12c是分别与单一发光源15a～15c以及单一光感二极管单元11a～11c相配对。

综合以上各较佳实施例的说明，本发明透过在光学装置的透镜与光感二极管单元之间设置具有经设计后的微结构图案的微结构单元，藉以将穿过透镜并被传输至微结构单元的光束引导至光感二极管单元，进而增加光感二极管单元 的收光效果(收光率)，而由于本发明所提出的光学装置制程简单且低成本，故极具产业利用价值。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的权利要求范围，因此凡其它未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含于本发明的专利保护范围内。