光学元件
阅读说明：本技术 光学元件 (Optical element ) 是由 张志圣 蔡孟珂 黄腾德 吕引栋 于 2021-05-10 设计创作，主要内容包括：一种光学元件包括第一基板、形成于第一基板上的第一绕射层、第二基板、形成于第二基板上的第二绕射层以及配置在第一基板与第二基板之间,并连接第一基板与第二基板的接合材料。第二绕射层相对于第一绕射层而配置,而第一绕射层与第二绕射层皆位于第一基板与第二基板之间。一间隙形成在第一绕射层与第二绕射层之间。通过第一绕射层与第二绕射层,光学元件能投射出多个光斑,以应用于脸部辨识。(An optical element includes a first substrate, a first diffraction layer formed on the first substrate, a second diffraction layer formed on the second substrate, and a bonding material disposed between and connecting the first substrate and the second substrate. The second diffraction layer is disposed opposite to the first diffraction layer, and the first diffraction layer and the second diffraction layer are both located between the first substrate and the second substrate. A gap is formed between the first diffraction layer and the second diffraction layer. Through the first diffraction layer and the second diffraction layer, the optical element can project a plurality of light spots for face identification.)
技术领域
本发明是有关于一种光学元件。特别是有关于一种包括至少两层绕射层的光学元件。
背景技术
现有绕射式光学元件(Diffractive Optical Element，DOE)能应用于脸部辨识(facial recognition)。具体而言，当有光线入射至绕射式光学元件时，绕射式光学元件能投射出具有多个光斑(light spot)的图案在人脸上，其中上述光斑也可称为光点(dot)。影像感测器能感测这些光斑。然后，处理器能根据这些光斑来辨识人脸。传统绕射式光学元件实质上为单一层绕射结构，其能产生这些光斑。现有的脸部辨识通常会使用许多光斑，以至于传统绕射式光学元件需要复杂的单层绕射结构来产生更多光斑。
发明内容
本发明至少一实施例提供一种光学元件，其包括两层绕射层，以产生多个光斑。
本发明至少一实施例所提供的光学元件包括第一基板、第一绕射层、第二基板以及第二绕射层。第一绕射层形成于第一基板上，而第二绕射层形成于第二基板上，其中第二绕射层相对于第一绕射层而配置，而第一绕射层与第二绕射层皆位于第一基板与第二基板之间。间隙形成在第一绕射层与第二绕射层之间。接合材料配置在第一基板与第二基板之间，并连接第一基板与第二基板。
在本发明至少一实施例中，上述接合材料形成在第一绕射层与第二绕射层之间，并连接于第一绕射层与第二绕射层。
在本发明至少一实施例中，上述接合材料直接连接于第一基板与第二基板。
在本发明至少一实施例中，上述接合材料围绕第一绕射层与第二绕射层。
在本发明至少一实施例中，上述光学元件还包括第一折射率匹配层，其形成第一基板与第一绕射层之间。
在本发明至少一实施例中，上述光学元件，还包括第二折射率匹配层，其形成在第二基板与第二绕射层之间。
在本发明至少一实施例中，上述光学元件还包括第一抗反射层，其形成在第一基板上，其中第一基板位于第一抗反射层与第一绕射层之间。
在本发明至少一实施例中，上述光学元件还包括第二抗反射层，其形成在第二基板上，其中第二基板位于第二抗反射层与第二绕射层之间。
在本发明至少一实施例中，上述第一绕射层具有第一图案，而第二绕射层具有第二图案，其中第一图案与第二图案彼此面对面。
在本发明至少一实施例中，上述第一图案具有多个第一凹陷，而第二图案具有多个第二凹陷。
在本发明至少一实施例中，上述第一基板、第二基板与接合材料定义出空腔，而间隙形成在空腔内。
在本发明至少一实施例中，空气充满空腔。
在本发明至少一实施例中，上述空腔内的压力小于一大气压(1atm)。
基于上述，通过至少第一绕射层与第二绕射层，光学元件能投射出多个光斑(即光点)，以应用于脸部辨识。
应当理解的是，前述概括描述与后续详细说明为举例说明，并意旨对申请专利之发明作更进一步的详细解说。
附图说明
图1A与图1B本发明至少一实施例的光学元件的制造方法的剖面示意图；
图2A至图2D是本发明另一实施例的光学元件的制造方法的剖面示意图；
图3是本发明另一实施例的光学元件的剖面示意图。
【符号说明】
100、200、300：光学元件
101：第一基板
101a、102a：内表面
101b、102b：外表面
102：第二基板
111、210、211：第一绕射层
111p：第一图案
112、212：第二绕射层
112p：第二图案
130、230：接合材料
341：第一折射率匹配层
342：第二折射率匹配层
351：第一抗反射层
352：第二抗反射层
C1：空腔
G1、G2：间隙
L2：激光光束
T11、T12、T21、T22：厚度
T13、T23：宽度
具体实施方式
本发明将以下列实施例进行详细说明。须注意的是，以下本发明实施例的叙述在此仅用于举例说明，并非旨在详尽无遗地揭示所有实施态样或是限制本发明的具体实施态样。此外，附图及说明书中所采用的相同元件符号会尽可能表示相同或相似的元件。
图1A与图1B本发明至少一实施例的光学元件的制造方法的剖面示意图。请参阅图1A与图1B，光学元件100包括第一基板101、第二基板102与接合材料130。第一基板101与第二基板102可以是透明的。例如，第一基板101与第二基板102可以是玻璃板或透明塑胶基板，所以第一基板101与第二基板102能允许被光线穿透。
接合材料130配置在第一基板101与第二基板102之间，其中接合材料130连接第一基板101与第二基板102。具体而言，接合材料130可以是胶材(adhesive)，例如光固化环氧树脂(photo-curing epoxy resin)或热固化环氧树脂(thermal curing epoxy resin)。因此，第一基板101能透过接合材料130而贴附在第二基板102上。在光学元件100的制造方法中，接合材料130能涂布(applied)于第一基板101，如图1A所示。然后，压迫第二基板102于接合材料130与第一基板101上，以接合(bonding)或连接第一基板101与第二基板102。
光学元件100还包括第一绕射层111与第二绕射层112。第一绕射层111形成在第一基板101上，而第二绕射层112形成在第二基板102上。具体而言，第一基板101具有内表面101a，而第二基板102具有内表面102a，其中内表面101a面对内表面102a。第一绕射层111形成在第一基板101的内表面101a上，而第二绕射层112形成在第二基板102的内表面102a上，所以第二绕射层112会相对于第一绕射层111而配置。换句话说，第一绕射层111与第二绕射层112是彼此面对面地配置。
如此，第一绕射层111与第二绕射层112皆位在第一基板101与第二基板102之间。此外，第一绕射层111的厚度T11可介于1微米(μm)与100微米之间，而第二绕射层112的厚度T12可介于1微米与100微米之间，其中厚度T11与T12可实质上相等或实质上不相等。然而，厚度T11与T12并不限制于上述范围。
请参阅图1B，接合材料130可形成在第一绕射层111与第二绕射层112之间，并且连接第一绕射层111与第二绕射层112。在图1B所示的实施例中，接合材料130可夹置在第一绕射层111与第二绕射层112之间，以使接合材料130能分开第一绕射层111与第二绕射层112，从而在第一绕射层111与第二绕射层112之间形成间隙G1。因此，第一绕射层111与第二绕射层112是彼此分开而配置。此外，间隙G1的宽度T13可介于0.1微米与500微米之间，但不以此为限制。
第一基板101、第二基板102与接合材料130能定义出空腔C1，其中间隙G1形成在空腔C1内。在一实施例中，空气可填满空腔C1，以使空腔C1内部不是真空。不过，在其他实施例中，空腔C1内部可以是真空或是具有很低的压力，以使空腔C1内的压力小于一大气压。因此，空腔C1内不限制被任何气体(例如空气)填满。
第一绕射层111具有第一图案111p，而第二绕射层112具有第二图案112p，其中第一图案111p与第二图案112p彼此面对面。第一图案111p具有多个第一凹陷(未标示)，而第二图案112p具有多个第二凹陷(未标示)。第一凹陷与第二凹陷皆可包括多条沟槽(trench)及/或多个孔洞(hole)。此外，在图1B的实施例中，第一图案111p可以不同于第二图案112p。不过，在其他实施中，第一图案111p可以相似或相同于第二图案112p。
另外，第一绕射层111可以全面性地覆盖第一基板101的内表面101a，而第二绕射层112可以全面性地覆盖第二基板102的内表面102a。因此，第一图案111p与第二图案112p不会分别暴露内表面101a与102a。此外，第一绕射层111的这些第一凹陷以及第二绕射层112的这些第二凹陷可用纳米压印(nanoimprinting)或其他合适的方法来制作。
第一绕射层111与第二绕射层112皆可由聚合物(polymer)制成，例如树脂。第一绕射层111与第二绕射层112可用相同材料制成，以使第一绕射层111与第二绕射层112皆具有相同的折射率。在本实施例中，第一绕射层111与第二绕射层112其中至少一者以及空腔C1(包括间隙G1)之间的折射率差可约为或是超过0.3，从而改善光学效率(opticalefficacy)。然而，以上第一绕射层111与第二绕射层112其中至少一者以及空腔C1之间的折射率差也可低于0.3，因而不限制是0.3或超过0.3。
由于光学元件100包括两层绕射层：第一绕射层111与第二绕射层112，因此光学元件100能投射出多个光斑(即光点)，即使第一图案111p与第二图案112p皆设计成简单结构或简单图案。相较于传统具有复杂单层绕射结构的绕射式光学元件，光学元件100可具有至少两个简单单层绕射结构(即第一绕射层111与第二绕射层112)，以改善光学效率。如此，本实施例的光学元件100可以具有较低的制造成本，并且能产生多个光斑，从而应用于脸部辨识。
须注意的是，在其他实施例中，光学元件100可还包括至少一层额外的绕射层。换句话说，光学元件100所包括的绕射层(例如，第一绕射层111与第二绕射层112)的总数量可为三层或三层以上，不限制为两层。因此，光学元件100可包括两层、三层或三层以上的绕射层。
图2A至图2D是本发明另一实施例的光学元件的制造方法的剖面示意图，其中图2D为另一个光学元件200的剖面示意图。请参阅图2D，图2D中的光学元件200相似于前述图1B实施例所示的光学元件100。例如，光学元件100与200具有相同的元件：第一基板101与第二基板102。下文主要叙述光学元件100与200之间的差异。
在图2D所示的光学元件200中，接合材料230直接连接于第一基板101与第二基板102。详细而言，接合材料230可以是胶材，并相同于接合材料130。接合材料230接触第一基板101的内表面101a与第二基板102的内表面102a，以使第一基板101能透过接合材料230而贴附在第二基板102上。此外，接合材料230可以围绕第一绕射层211与第二绕射层212，从而密封第一绕射层211与第二绕射层212。因此，接合材料230能保护第一绕射层211与第二绕射层212免而遭到灰尘或水气入侵。
在图2D所示的实施例中，第一绕射层211的厚度T21可介于1微米与100微米之间，而第二绕射层212的厚度T22可介于1微米与100微米之间，其中厚度T21与T22可以实质上相等或实质上不相等。不过，厚度T21与T22并不限制于上述范围。此外，第一绕射层211与第二绕射层212之间的间隙G2宽度T23可以介于0微米与500微米之间，但不以此为限制。
请参阅图2A与图2B，在光学元件200的制造方法中，在第一图案111p形成于第一绕射层210之后，移除部分第一绕射层210，其中第一绕射层210可相同于第一绕射层111。被移除的部分位在第一绕射层210边缘处，且可以使用激光光束L2来移除部分第一绕射层210。在移除位于边缘处的部分第一绕射层210之后，部分内表面101a会裸露出来，如图2B所示。
请参阅图2C，提供第二基板102以及形成于其上的第二绕射层212，其中第二绕射层212具有第二图案112p，而部分内表面102a会被裸露出来，如图2C所示。第一绕射层211与第二绕射层212两者形成方法可以相似，所以第二绕射层212可以是移除部分原本的第二绕射层212而形成，其中被移除的部分位于第二基板102的边缘处，并且可用激光光束L2来移除。
接合材料230能涂布于第一基板101的内表面101a以及第一基板101的边缘，所以被涂布的接合材料230能接触内表面101a并围绕第一绕射层211。请参阅图2C与图2D，之后，可压迫第二基板102于接合材料230与第一基板101上，以接合或连接第一基板101与第二基板102。至此，光学元件200基本上已制造完成。
图3是本发明另一实施例的光学元件的剖面示意图。请参与图3，图3所示的光学元件300相似于图2D所示的光学元件200，所以下文主要叙述光学元件200与300之间的差异。相同或相似的特征基本上不再重复叙述。
具体而言，光学元件300包括第一折射率匹配层341与第二折射率匹配层342。第一折射率匹配层341形成在第一基板101与第一绕射层211之间。其次，第一折射率匹配层341形成在内表面101a上。相似地，第二折射率匹配层342形成在第二基板102与第二绕射层212之间。此外，第二折射率匹配层342形成在内表面102a上。
第一折射率匹配层341的折射率介于第一绕射层211与第一基板101两者的折射率之间。相似地，第二折射率匹配层342的折射率介于第二绕射层212与第二基板102两者的折射率之间。据此，第一折射率匹配层341能减缓第一绕射层211与第一基板101之间的折射率变化，进而降低光能的损失。同理，第二折射率匹配层342也能减缓第二绕射层212与第二基板102之间的折射率变化，进而降低光能的损失。
光学元件300还包括第一抗反射层351与第二抗反射层352。第一抗反射层351形成在第一基板101的外表面101b上，其中外表面101b相对于内表面101a。也就是说，第一基板101位于第一抗反射层351与第一绕射层211之间。在本实施例中，第一基板101位于第一抗反射层351与第一折射率匹配层341之间。
相似地，第二抗反射层352形成在第二基板102的外表面102b上，其中外表面102b相对于内表面102a。也就是说，第二基板102位于第二抗反射层352与第二绕射层212之间。在本实施例中，第二基板102位于第二抗反射层352与第二折射率匹配层342之间。第一抗反射层351与第二抗反射层352皆能减少从光学元件300反射的光线，以使光学元件300能传输更多光线，从而改善光学效率。
须注意的是，第一折射率匹配层341、第二折射率匹配层342、第一抗反射层351与第二抗反射层352可用于上述实施例。换句话说，第一折射率匹配层341、第二折射率匹配层342、第一抗反射层351以及第二抗反射层352其中至少一者可以形成在光学元件100或200中。因此，第一折射率匹配层341、第二折射率匹配层342、第一抗反射层351与第二抗反射层352不限制仅用于光学元件300中。
虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明精神和范围内，当可作些许更动与润饰，因此本发明保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。