衍射光投射装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供一种衍射光投射装置，包括发光源以及衍射光学模组。该发光源用以输出一光束，该衍射光学模组用以供发光源所输出的光束通过而形成向外投射的衍射光。其中，衍射光学模组包括层叠设置的第一衍射光学元件以及第二衍射光学元件，且该第一衍射光学元件以及该第二衍射光学元件分别由不同材料所制成，用以共同延伸光束的可用波长范围。本实用新型专利技术能够延伸衍射光学模组对于入射至其中的光束的可用波长范围，提升衍射光学模组的设计自由度。

【技术实现步骤摘要】
衍射光投射装置
本技术关于一种光学装置，尤其关于一种衍射光(diffractionlight)投射装置。
技术介绍
随着电子工业的演进以及工业技术的蓬勃发展，各种电子设备大都朝着轻便、易于携带的方向进行开发与设计，以利使用者随时随地应用于移动商务或娱乐休闲等用途。而又由于近年来机、光、电的整合与应用受到重视的程度日益增加，因此各式各样的光学装置正广泛地延伸至各种产品上，如智能型手机、穿戴式电子装置等体积小且方便携带的可携式电子设备，故使用者得以于有需求时随时取出并进行使用，不仅具有重要的商业价值，更让一般大众的日常生活增添色彩。再者，随着生活品质的提升，人们希望电子设备具有更多元化的功能，也因此对于应用在电子设备上的光学装置产生更多的诉求，例如立体(3D)感测的诉求，而为了满足这些诉求，现已有一些相关于衍射光学元件的应用被提出。举例来说，请参阅图1，其为利用结构光技术进行立体感测的实施概念示意图。图1示意了激光光源11所输出的激光光束L11通过准直元件13后被准直并入射至衍射光学元件12，且这些被准直的激光光束L11’再于通过衍射光学元件12后形成向外投射的结构光(structuredlight)L12，进而空间中可呈现相应的结构光图案14以供进行立体感测，其中，图1所示的结构光图案14为点图案(dotpattern)。再举例来说，请参阅图2，其为现有利用飞行时间技术(TimeofFlying，TOF)进行立体感测的实施概念示意图。图2示意了复数激光光源21所输出的激光光束L21经由衍射光学元件22的光束整形(beamshaping)后均匀地打散在空间中的特定有效范围(FOV)内，以供进行飞行时间量测。然而，一般的激光光源在工厂被制造时会产生特定的公差，此将导致相同规格的激光光源所输出的激光光束存在中心波长的差异，再加上使用环境中温度所造成的影响，中心波长的差异量可达数十纳米(nm)。而由于衍射光学元件对于入射其中的衍射光的波长非常灵敏而具有波长选择性，因此衍射光学元件的应用会受到其衍射本质的限制。详言之，一般单层结构的衍射光学元件的衍射效率可以数学式表示如下：其中，λ为入射至衍射光学元件的激光光束的波长，λ0为衍射光学元件的设计波长，η(λ)为衍射光学元件对于波长是λ时的衍射效率，为波长是λ时的光程差(相位差)，h为衍射光学元件的最大高度，n(λ)以及n(λ0)分别为衍射光学元件对波长λ以及波长λ0的折射率，nair为空气对波长λ以及波长λ0的折射率。是以，当入射至衍射光学元件的激光光束的波长λ相同于衍射光学元件的设计波长λ0时，衍射效率的理论值可被表示为sinc2{1-1}＝100％。请参阅图3，其为单层结构的衍射光学元件由聚碳酸酯(Polycarbonate，PC)材料所制成且其设计波长λ0＝436.8时对于各波长的衍射效率的关系示意图。而由以上的说明以及图3所示可知，衍射光学元件仅在光束的波长为436.8时具有较高的衍射效率(77.64％)，且其衍射效率随着波长的渐增而越小，也就是说，单层结构的衍射光学元件对于可用波长范围非常狭窄，入射至衍射光学元件的激光光束的波长λ需近乎衍射光学元件的设计波长λ0才能获得较佳的衍射效率。此外，衍射光学元件对于不同波长的零阶光束(0thorder)衍射效率的关系示意图如图4所示，是以，当激光光源所输出的激光光束的波长不同于衍射光学元件的设计波长时，会形成如图5所示的强烈的零阶光束效应(箭头指示处)，抑或是导致如图6所示的信噪比(SNR)降低的现象(箭头指示处)。根据以上的说明，现有的衍射光投射装置具有改善的空间。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题在于，针对现有技术存在的上述不足，提供一种衍射光投射装置，能够延伸衍射光学模组对于入射至其中的光束的可用波长范围，提升衍射光学模组的设计自由度。本技术解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种衍射光投射装置，包括一发光源以及一衍射光学模组，该发光源用以输出一光束；该衍射光学模组用以供该光束通过而形成向外投射的一衍射光，且该衍射光学模组包括一第一衍射光学元件以及一第二衍射光学元件；其中，该第一衍射光学元件以及该第二衍射光学元件呈层叠设置并分别由不同材料所制成，用以共同延伸该光束的一可用波长范围。较佳地，该第一衍射光学元件具有一第一入光面以及一第一出光面，而该第二衍射光学元件具有一第二入光面以及一第二出光面；其中，该光束依序通过该第一入光面、该第一出光面、该第二入光面以及该第二出光面而形成向外投射的该衍射光。较佳地，该第一出光面具有一第一表面结构，而该第二入光面具有一第二表面结构；其中，该第一表面结构以及该第二表面结构形状互补；或者，该第一入光面具有该第一表面结构，而该第二出光面具有该第二表面结构；其中，该第一表面结构以及该第二表面结构形状互补。较佳地，该第一表面结构以及该第二表面结构皆呈阶梯状，且该第一表面结构以及该第二表面结构中的任两相互补的阶梯具有相同的宽度。较佳地，该第一出光面与该第二入光面之间具有一间隔距离。较佳地，该可用波长范围介于一第一波长以及一第二波长之间，且该第一衍射光学元件对该第一波长以及该第二波长分别具有一第一折射率以及一第二折射率，而该第二衍射光学元件对该第一波长以及该第二波长分别具有一第三折射率以及一第四折射率；其中，该第一衍射光学元件的一最大高度以及该第二衍射光学元件的一最大高度满足下列关系式：其中，h1以及h2分别为该第一衍射光学元件的该最大高度以及该第二衍射光学元件的该最大高度，λ1以及λ2分别为该第一波长以及该第二波长，n1(λ1)以及n1(λ2)分别为该第一折射率以及该第二折射率，n2(λ1)以及n2(λ2)分别为该第三折射率以及该第四折射率。较佳地，该第一出光面贴合于该第二入光面。较佳地，该可用波长范围介于一第一波长与一第二波长之间，且该第一衍射光学元件对该第一波长以及该第二波长分别具有一第一折射率以及一第二折射率，而该第二衍射光学元件对该第一波长以及该第二波长分别具有一第三折射率以及一第四折射率；其中，该衍射光学模组满足下列关系式：其中，λ1以及λ2分别为该第一波长以及该第二波长，n1(λ1)以及n1(λ2)分别为该第一折射率以及该第二折射率，n2(λ1)以及n2(λ2)分别为该第三折射率以及该第四折射率。较佳地，该衍射光投射装置是用于一立体感测系统或一生物辨识系统的衍射光投射装置。本技术还提供一种衍射光投射装置，包括一发光源以及一衍射光学模组，该发光源用以输出一光束；该衍射光学模组用以供该光束通过而形成向外投射的一衍射光，且该衍射光学模组包括呈层叠设置并分别由不同材料所制成的一第一衍射光学元件以及一第二衍射光学元件；其中，该光束的一可用波长范围中包括一第一波长以及与该第一波长相差五十纳米以上的一第二波长，且该衍射光学模组对于该第一波长与该第二波长之间的任两波长的衍射效率的差距小于百分之零点五。较佳地本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种衍射光投射装置，其特征在于，包括：/n一发光源，用以输出一光束；以及/n一衍射光学模组，用以供该光束通过而形成向外投射的一衍射光，且该衍射光学模组包括一第一衍射光学元件以及一第二衍射光学元件；其中，该第一衍射光学元件以及该第二衍射光学元件呈层叠设置并分别由不同材料所制成，用以共同延伸该光束的一可用波长范围。/n

【技术特征摘要】
20191108 TW 1082148551.一种衍射光投射装置，其特征在于，包括：
一发光源，用以输出一光束；以及
一衍射光学模组，用以供该光束通过而形成向外投射的一衍射光，且该衍射光学模组包括一第一衍射光学元件以及一第二衍射光学元件；其中，该第一衍射光学元件以及该第二衍射光学元件呈层叠设置并分别由不同材料所制成，用以共同延伸该光束的一可用波长范围。


2.如权利要求1所述的衍射光投射装置，其特征在于，该第一衍射光学元件具有一第一入光面以及一第一出光面，而该第二衍射光学元件具有一第二入光面以及一第二出光面；其中，该光束依序通过该第一入光面、该第一出光面、该第二入光面以及该第二出光面而形成向外投射的该衍射光。


3.如权利要求2所述的衍射光投射装置，其特征在于，该第一出光面具有一第一表面结构，而该第二入光面具有一第二表面结构；其中，该第一表面结构以及该第二表面结构形状互补；或者
该第一入光面具有该第一表面结构，而该第二出光面具有该第二表面结构；其中，该第一表面结构以及该第二表面结构形状互补。


4.如权利要求3所述的衍射光投射装置，其特征在于，该第一表面结构以及该第二表面结构皆呈阶梯状，且该第一表面结构以及该第二表面结构中的任两相互补的阶梯具有相同的宽度。


5.如权利要求2所述的衍射光投射装置，其特征在于，该第一出光面与该第二入光面之间具有一间隔距离。


6.如权利要求5所述的衍射光投射装置，其特征在于，该可用波长范围介于一第一波长以及一第二波长之间，且该第一衍射光学元件对该第一波长以及该第二波长分别具有一第一折射率以及一第二折射率，而该第二衍射光学元件对该第一波长以及该第二波长分别具有一第三折射率以及一第四折射率；其中，该第一衍射光学元件的一最大高度以及该第二衍射光学元件的一最大高度满足下列关系式：






其中，h1以及h2分别为该第一衍射光学元件的该最大高度以及该第二衍射光学元件的该最大高度，λ1以及λ2分别为该第一波长以及该第二波长，n1(λ1)以及n1(λ2)分别为该第一折射率以及该第二折射率，n2(λ1)以及n2(λ2)分别为该第三折射率以及该第四折射率。


7.如权利要求2所述的衍射光投射装置，其特征在于，该第一出光面贴合于该第二入光面。


8.如权利要求7所述的衍射光投射装置，其特征在于，该可用波长范围介于一第一波长与一第二波长之间，且该第一衍射光学元件对该第一波长以及该第二波长分别具有一第一折射率以及一第二折射率，而该第二衍射光学元件对该第一波长以及该第二波长分别具有一第三折射率以及一第四折射率；其中，该衍射光学模组满足下列关系式：



其中，λ1以及λ2分别为该第一波长以及该第二波长，n1(λ1)以及n1(λ2)分别为该第一折射率以及该第二折射率，n2(λ1)以及n2(λ2)分别为该第三折射率以及该第四折射率。


9.如权利要求1所述的衍射光投射装置，其特征在于，该衍射光投射装置是用于一立体感测系统或一生物辨识系统的衍射光投射装...

【专利技术属性】
技术研发人员：纪政宏，颜智敏，
申请(专利权)人：高准精密工业股份有限公司，
类型：新型
国别省市：中国台湾;71