多截面式光学元件及其光学侦测装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种能够有效提高讯号信噪比且应用在光学侦测装置的多截面式光学元件，其包含一基底、一中心透镜部、一隔绝透镜部以及一集光透镜部。该中心透镜部设置在该基底的中央。该隔绝透镜部设置在该中心透镜部之一侧。该集光透镜部设置在该中心透镜部相对于该隔绝透镜部之另一侧。该隔绝透镜部与该集光透镜部的至少其中之一的曲率半径不同于该中心透镜部之曲率半径，且该隔绝透镜部之该曲率半径相同或相异于该集光透镜部之该曲率半径。该中心透镜部具有一中心轴，该隔绝透镜部与该集光透镜部的至少其中之一的圆心不落在该中心轴上。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是提供一种利用光学元件集中光束的光学侦测装置，尤指一种能有效提高讯号信噪比的多截面式光学元件、及利用该多截面式光学元件的光学侦测装置。
技术介绍
请参阅图1与图2，图1为现有技术之光学侦测装置50之示意图，图2为传统菲涅尔透镜(Fresnellens)之结构侧视图。光学侦测装置50利用发光元件52输出光侦测讯号，光侦测讯号打到外部物体56反射而由光侦测元件54读取，光学侦测装置50藉由分析反射的光侦测讯号来取得外部物体56的信息。外部物体56可包含表皮层561、真皮组织层562以及血管563。若是外部物体56没有完全贴紧光学侦测装置50的触控区，光侦测元件54会接收到表皮散射讯号S1、组织散射讯号S2与血管散射讯号S3。组织散射讯号S2和血管散射讯号S3可以帮助光学侦测装置50取得所需的外部物体56信息，表皮散射讯号S1则属于噪声，会影响光学侦测装置50分析外部物体56信息的准确性。现有技术是设计将传统菲涅尔透镜58设置在发光元件52上以提高侦测光量。传统菲涅尔透镜58主要由中心透镜部581与多个旁透镜部582组成。中心透镜部581的曲率半径r1实质相等于旁透镜部582的曲率半径r2、r3及r4。中心透镜部581的曲率中心O1和旁透镜部582的曲率中心O2、O3及O4都会落在中心透镜部的对称轴S上。传统菲涅尔透镜58仍无法解决表皮散射讯号S1造成的噪声干扰问题，故如何设计一种能有效排除表皮散射讯号以提高侦测精度的光学侦测装置，便为相关光学系统厂商的发展目标之一。
技术实现思路
本专利技术是提供一种能有效提高讯号信噪比的多截面式光学元件、及利用该多截面式光学元件的光学侦测装置，以解决上述之问题。本专利技术之申请专利范围是揭露一种能够有效提高讯号信噪比的多截面式光学元件，该多截面式光学元件包含有一基底、一中心透镜部、一第一隔绝透镜部以及一第一集光透镜部。该中心透镜部设置在该基底的中央。该第一隔绝透镜部设置在该中心透镜部之一侧。该第一集光透镜部设置在该中心透镜部相对于该第一隔绝透镜部之另一侧。该第一隔绝透镜部与该第一集光透镜部的至少其中之一的曲率半径不同于该中心透镜部之曲率半径，且该第一隔绝透镜部之该曲率半径相同或相异于该第一集光透镜部之该曲率半径。该中心透镜部具有一中心轴，该第一隔绝透镜部与该第一集光透镜部的至少其中之一的圆心不落在该中心轴上。本专利技术之申请专利范围另揭露一种可有效提高讯号信噪比的光学侦测装置，其包含有一发光元件、一光侦测元件以及至少一多截面式光学元件。该发光元件投射一光侦测讯号到一外部物体。该光侦测元件接收来自该外部物体的一反射光讯号。该至少一多截面式光学元件设置于该发光元件和/或该光侦测元件上，能够会聚该光侦测讯号和/或隔绝部分的该反射光讯号。该至少一多截面式光学元件包含一基底、一中心透镜部、一第一隔绝透镜部以及一第一集光透镜部。该中心透镜部设置在该基底的中央。该第一隔绝透镜部设置在该中心透镜部之一侧。该第一集光透镜部设置在该中心透镜部相对于该第一隔绝透镜部之另一侧。该第一隔绝透镜部与该第一集光透镜部的至少其中之一的曲率半径不同于该中心透镜部之曲率半径，且该第一隔绝透镜部之该曲率半径相同或相异于该第一集光透镜部之该曲率半径。该中心透镜部具有一中心轴，该第一隔绝透镜部与该第一集光透镜部的至少其中之一的圆心不落在该中心轴上。本专利技术之申请专利范围另揭露该至少一多截面式光学元件设置在该光侦测元件上方时，该光侦测元件对齐该至少一多截面式光学元件之该中心透镜部偏向该第一隔绝透镜部的位置。该至少一多截面式光学元件设置在该发光元件上是偏向该光侦测元件的位置。本专利技术提供了一款全新设计的多截面式光学元件，多截面式光学元件的概念类同于传统菲涅尔透镜，但是本专利技术的多截面式光学元件进一步将所有旁透镜部的曲率半径设计成不同于中心透镜部的曲率半径，且所有旁透镜部的曲率中心亦不会座落在中心透镜部的中心轴上。如此一来，多截面式光学元件便能利用散射隔绝区防止表皮散射讯号进入光侦测元件，另利用集光功能区集中收集血管散射讯号和/或组织散射讯号，因而更能大幅提高光学侦测装置的讯号信噪比，即使外部物体没有直接碰触光学侦测装置的触控区仍可取得精确的侦测结果。附图说明图1为现有技术之光学侦测装置之示意图。图2为传统菲涅尔透镜之结构侧视图。图3为本专利技术实施例之光学侦测装置之示意图。图4为图3的部分区域放大示意图。图5为本专利技术实施例之多截面式光学元件之示意图。图6为本专利技术实施例之多截面式光学元件之侧视图。图7为本专利技术实施例之多截面式光学元件和发光元件与光侦测元件之位置关是示意图。附图标号说明：10光学侦测装置12底座14发光元件16光侦测元件18、18a、18b多截面式光学元件20外部物体201表皮层202真皮组织层203血管22基底24中心透镜部26第一隔绝透镜部28第一集光透镜部30第二隔绝透镜部32第二集光透镜部34第三隔绝透镜部36第三集光透镜部38第一隔绝透镜部之反射面40第一集光透镜部之反射面S1表皮散射讯号S2组织散射讯号S3血管散射讯号Ax中心轴R0中心透镜部的曲率半径R11第一隔绝透镜部的曲率半径R12第一集光透镜部的曲率半径R21第二隔绝透镜部的曲率半径R22第二集光透镜部的曲率半径R31第三隔绝透镜部的曲率半径R32第三集光透镜部的曲率半径C0中心透镜部的曲率中心C11第一隔绝透镜部的曲率中心C12第一集光透镜部的曲率中心C21第二隔绝透镜部的曲率中心C22第二集光透镜部的曲率中心C31第三隔绝透镜部的曲率中心C32第三集光透镜部的曲率中心D1第一隔绝透镜部之曲率中心和中心轴之距离D2第二隔绝透镜部之曲率中心和中心轴之距离D3第三隔绝透镜部之曲率中心和中心轴之距离Da第一集光透镜部之曲率中心和中心轴之距离Db第二集光透镜部之曲率中心和中心轴之距离Dc第三集光透镜部之曲率中心和中心轴之距离θ1第一隔绝透镜部之反射面与中心轴之夹角θa第一集光透镜部之反射面与中心轴之夹角Ds发光元件与光侦测元件的间距R1中心透镜部的曲率半径R2第一旁透镜部的曲率半径R3第二旁透镜部的曲率半径R4第三旁透镜部的曲率半径50光学侦测装置52发光元件54光侦测元件56外部物体561表皮层562真皮组织层563血管58传统菲涅尔透镜581中心透镜部582旁透镜部r1中心透镜部的曲率半径r2、r3、r4旁透镜部的曲率半径O1中心透镜部的曲率中心O2、O3、O4旁透镜部的曲率中心本专利技术目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。具体实施方式应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。请参阅图3与图4，图3为本专利技术实施例之光学侦测装置10之示意图，图4为图3所示区域A的放大示意图。光学侦测装置10包含底座12、发光元件14、光侦测元件16以及多截面式光学元件18。发光元件14与光侦测元件16分别设置在底座12内的不同位置处。发光元件14朝向光学侦测装置10外面投射光侦测讯号以侦测外部物体20，光侦测元件16接收来自外部物体20的反射光讯号，并根据光讯号的光体积变化信号(Photoplethysmography,PPG)分析外部物体20的信息。外部物体20可为用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种能够有效提高讯号信噪比的多截面式光学元件，其特征在于，该多截面式光学元件包含有：一基底；一中心透镜部，设置在该基底的中央；一第一隔绝透镜部，设置在该中心透镜部之一侧；以及一第一集光透镜部，设置在该中心透镜部相对于该第一隔绝透镜部之另一侧；其中，该第一隔绝透镜部与该第一集光透镜部的至少其中之一的曲率半径不同于该中心透镜部之曲率半径。

【技术特征摘要】
1.一种能够有效提高讯号信噪比的多截面式光学元件，其特征在于，该多截面式光学元件包含有：一基底；一中心透镜部，设置在该基底的中央；一第一隔绝透镜部，设置在该中心透镜部之一侧；以及一第一集光透镜部，设置在该中心透镜部相对于该第一隔绝透镜部之另一侧；其中，该第一隔绝透镜部与该第一集光透镜部的至少其中之一的曲率半径不同于该中心透镜部之曲率半径。2.如权利要求1所述之多截面式光学元件，其特征在于，该第一隔绝透镜部之该曲率半径相同或相异于该第一集光透镜部之该曲率半径。3.如权利要求1所述之多截面式光学元件，其特征在于，该第一隔绝透镜部之该曲率半径是为该中心透镜部之该曲率半径的0.86～0.97倍，和/或该第一集光透镜部之该曲率半径是为该中心透镜部之该曲率半径的0.7～0.82倍。4.如权利要求1所述之多截面式光学元件，其特征在于，该中心透镜部具有一中心轴，该第一隔绝透镜部与该第一集光透镜部的至少其中之一的圆心不落在该中心轴上。5.如权利要求4所述之多截面式光学元件，其特征在于，另包含有：一第二隔绝透镜部，设置在该第一隔绝透镜部旁相对于中心透镜部之一侧；以及一第二集光透镜部，设置在该第一集光透镜部旁相对于中心透镜部之一侧；其中，该第二隔绝透镜部与该第二集光透镜部的至少其中之一的曲率半径不同于该中心透镜部之该曲率半径。6.如权利要求5所述之多截面式光学元件，其特征在于，该第二隔绝透镜部之该曲率半径是为该中心透镜部之该曲率半径的0.93～1.1倍，和/或该第二集光透镜部之该曲率半径是为该中心透镜部之该曲率半径的0.66～0.77倍。7.如权利要求5所述之多截面式光学元件，其特征在于，该第二隔绝透镜部之圆心和该中心轴之距离是为该第一隔绝透镜部之圆心和该中心轴之距离的1.2～1.6倍，和/或该第二集光透镜部之圆心和该中心轴之距离是为该第一集光透镜部之圆心和该中心轴之距离的2.2～2.6倍。8.如权利要求5所述之多截面式光学元件，其特征在于，另包含有：一第三隔绝透镜部，设置在该第二隔绝透镜部旁相对于中心透镜部之一侧；以及一第三集光透镜部，设置在该第二集光透镜部旁相对于中心透镜部之一侧；其中，该第三隔绝透镜部与该第三集光透镜部的至少其中之一的曲率半径不同于该中心透镜部之该曲率半径。9.如权利要求8所述之多截面式光学元件，其特征在于，该第三隔绝透镜部之该曲率半径是为该中心透镜部之该曲率半径的0.91～1倍，和/或该第三集光透镜部之该曲率半径是为该中心透镜部之该曲率半径的0.78～0.89倍。10.如权利要求8所述之多截面式光学元件，其特征在于，该第三隔绝透镜部之圆心和该中心轴之距离是为该第一隔绝透镜部之圆心和该中心轴之距离的1.6～2倍，和/或该第三集光透镜部之圆心和该中心轴之距离是为该第一集光透镜部之圆心和该中心轴之距离的2.8～3.2倍。11.如权利要求4所述之多截面式光学元件，其特征在于，该第一隔绝透镜部之一反射面与该中心轴之一夹角实质异于该第一集光透镜部之一反射面与该中心轴之一夹角。12.一种可有效提高讯号信噪比的光学侦测装置，其特征在于，其包含有：一发光元件，投射一光侦测讯号到一外部物体；一光侦测元件，接收来自该外部物体的一反射光讯号；以及至少一多截面式光学元件，设置于该发光元件和/或该光侦测元件上，能够会聚该光侦测讯号和/或隔绝部分的该反射光讯号，该至少一多截面式光学元件包含：一基底；一中心透镜部，设置在该基底的中央；一第一隔绝透镜部，设置在该中心透镜部之一侧；以及一第一集光透镜部，设置在该中心透镜部相对于该第一隔绝透镜部之另一侧；其中，该第一隔绝透镜部与该第一集光透镜部的至少其中之一的曲率半径不同于该中心透镜部之曲率半径。13.如权利要求12所述之光学侦测装置，其特征在于，该第一隔绝透镜部之该曲率半径相同或相异于该第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄郁湘，赖鸿庆，
申请(专利权)人：原相科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71