CN109324466A - 超颖投影仪和包括超颖投影仪的电子设备 - Google Patents

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Abstract

一种超颖投影仪包括：边发射器件，被配置为通过其侧表面发射光；超颖结构层，与边发射器件的上表面间隔开，包括多个纳米结构，所述多个纳米结构具有小于从边发射器件发射的光的波长的亚波长形状尺度；以及路径改变构件，被配置为改变从边发射器件发射的光的路径，以引导该路径朝向超颖结构层。超颖投影仪因此可以被配置为基于将从边发射器件发射的光引导通过超颖结构层来发射结构光的光图案，同时具有相对紧凑的装置尺寸。

Description

超颖投影仪和包括超颖投影仪的电子设备
相关申请的交叉引用
本申请要求于2017年7月31日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请10-2017-0097134的优先权，其公开内容通过引用全部合并于此。
技术领域
本公开涉及超颖投影仪和包括超颖投影仪的电子设备。
背景技术
近来，对于与各种电子设备组合的小型激光投影仪的需求逐渐增加。
例如，超小型投影仪可以用于由移动装置和可穿戴装置实现的增强现实(AR)、虚拟现实(VR)和混合现实(MR)，并且激光投影仪可以用于在用于准确地识别对象如人等的三维形状的深度传感器中形成结构光。
通常，用于激光投影的照明组件是使用微光学技术制造的，并且需要多个光学组件来实现期望的性能。这些光学组件占据的体积是影响设计精度和制造条件的因素。
发明内容
提供了具有超小尺寸并被配置为输出具有期望性能的光(例如，具有特定图案的结构光)的超颖投影仪。
提供了包括一个或多个超颖投影仪的电子设备。
附加方面部分地将在以下描述中阐述，且部分地将通过以下描述而变得清楚明白，或者可以通过所示出实施例的实践来获知。
根据一些示例实施例，超颖投影仪可以包括基板、基板上的边发射器件、与边发射器件的上表面间隔开的超颖结构层以及路径改变构件。边发射器件可以包括上表面和相对于上表面倾斜的侧表面，边发射器件被配置为通过侧表面发射光。超颖结构层可以与边发射器件的上表面间隔开。超颖结构层可以包括具有亚波长形状尺度的多个纳米结构，亚波长形状尺度小于从边发射器件发射的光的波长。路径改变构件可以被配置为改变从边发射器件发射的光的路径，以引导所述路径朝向超颖结构层。
超颖投影仪还可以包括固定基板、超颖结构层和路径改变构件的壳体，使得超颖投影仪是集成模块。
基板可以包括分别连接到边发射器件的两个电极的阴极和阳极以及使阴极和阳极彼此电隔离的绝缘层。
该多个纳米结构可以包括折射率高于与该多个纳米结构相邻的其他材料的折射率的材料。
该多个纳米结构可以包括导电材料。
该多个纳米结构可以与作为规则分布或随机分布的形状分布相关联，使得该多个纳米结构被配置为基于接收到从边发射器件发射的光来形成具有特定图案的结构光。
该多个纳米结构的形状分布可以与在特定方向上偏转和输出结构光相关联。
基于入射光的偏振，该多个纳米结构的形状分布可以与不同的透射相位分布相关联。
该多个纳米结构的与边发射器件的上表面平行的截面的形状可以具有非对称性。
该多个纳米结构可以与等于或小于从边发射器件发射的光的波长的一半的布置间距相关联。
超颖结构层还可以包括支撑该多个纳米结构的支撑层，并且该多个纳米结构可以包括在支撑层的相对的各侧上的分别的多个纳米结构。
在支撑层的相对的各侧中从边发射器件发射的光首先到达的一侧上的多个纳米结构可以与形状分布相关联，所述形状分布与增大入射光的发散角的透射相位分布相关联。
路径改变构件可以包括反射面，该反射面被配置为将从边发射器件发射的光的路径弯折特定角度。
反射面可以包括被配置为调整入射光的发散角的曲面。
反射面可以包括超颖面，该超颖面包括多个纳米结构，该多个纳米结构与小于从边发射器件发射的光的波长的亚波长形状尺度相关联。
超颖面的多个纳米结构的形状分布可以与调整入射光的发散角相关联。
超颖结构层的多个纳米结构的形状分布可以与形成提供布置了一组字符键的键盘图像或包括至少一个图标的图像的结构光相关联。
一种用户接口装置可以包括超颖投影仪和被配置为拍摄由超颖投影仪形成的图像的成像装置。
一种电子设备可以包括：用户接口装置；存储器，被配置为存储至少一个指令程序；以及处理器，被配置为从由成像装置捕获的图像中提取用户输入信号并且根据用户输入信号执行指令程序。
一种深度识别设备可以包括：超颖投影仪，被配置为向对象发射结构光；传感器，被配置为接收从对象反射的结构光；以及计算器，被配置为将向对象发射的结构光的图案与从对象反射的结构光的图像进行比较，并计算对象的深度位置。
根据一些示例实施例，一种超颖投影仪可以包括基板、基板上的边发射器件以及被配置为改变从边发射器件发射的光的路径的路径改变构件。边发射器件可以包括上表面和相对于上表面倾斜的侧表面，边发射器件被配置为通过侧表面发射光。路径改变构件可以包括反射面，该反射面被配置为将从边发射器件发射的光的路径弯折特定角度，该反射面包括超颖面，该超颖面包括多个纳米结构，该多个纳米结构与小于从边发射器件发射的光的波长的亚波长形状尺度相关联。
反射面可以包括被配置为调整入射光的发散角的曲面。
超颖面的多个纳米结构的形状分布可以与调整入射光的发散角相关联。
超颖面的多个纳米结构的形状分布可以与形成提供布置有一组字符键的键盘图像或包括至少一个图标的图像的结构光相关联。
基板可以包括分别连接到边发射器件的两个电极的阴极和阳极以及使阴极和阳极彼此电隔离的绝缘层。
该多个纳米结构可以包括折射率高于与该多个纳米结构相邻的其他材料的折射率的材料。
该多个纳米结构可以包括导电材料。
根据一些示例实施例，一种超颖投影仪可以包括基板、基板上的边发射器件以及多个纳米结构。边发射器件可以包括上表面和相对于上表面倾斜的侧表面，边发射器件被配置为通过侧表面发射光。该多个纳米结构可以被配置为接收从边发射器件发射的光并且基于接收到从边发射器件发射的光来产生结构光图案，该多个纳米结构具有小于从边发射器件发射的光的波长的亚波长形状尺度。
该多个纳米结构可以包括在与边发射器件的上表面间隔开的超颖结构层中。超颖投影仪还可以包括路径改变构件，该路径改变构件被配置为改变从边发射器件发射的光的路径，以引导所述路径朝向超颖结构层。
该多个纳米结构可以包括在超颖投影仪的路径改变构件中，该路径改变构件被配置为改变从边发射器件发射的光的路径。路径改变构件可以包括反射面，该反射面被配置为将从边发射器件发射的光的路径弯折特定角度。反射面可以包括超颖面，该超颖面包括所述多个纳米结构。
反射面可以包括被配置为调整入射光的发散角的曲面。
超颖面的多个纳米结构的形状分布可以与调整入射光的发散角相关联。
超颖面的多个纳米结构的形状分布可以与形成提供布置有一组字符键的键盘图像或包括至少一个图标的图像的结构光相关联。
基板可以包括分别连接到边发射器件的两个电极的阴极和阳极以及使阴极和阳极彼此电隔离的绝缘层。
该多个纳米结构可以包括折射率高于与该多个纳米结构相邻的其他材料的折射率的材料。
该多个纳米结构可以包括导电材料。
附图说明
通过以下结合附图对实施例的描述，这些和/或其他方面将变得清楚并且更容易理解，在附图中：
图1是示出了根据一些示例实施例的超颖投影仪的示意配置的截面图；
图2是示出了图1的超颖投影仪中包括的边发射器件的示例配置的截面图；
图3是示出了可以在图1的超颖投影仪中采用的超颖结构层的示例配置的透视图；
图4是示出了可以在图1的超颖投影仪中采用的另一超颖结构层的示例配置的透视图；
图5至图8是示出了可应用于图1的超颖投影仪的超颖结构层中的纳米结构的示例形状的透视图；
图9是示出了可应用于图1的超颖投影仪的另一超颖结构层的示例配置的透视图；
图10是示出了根据一些示例实施例的超颖投影仪的示意配置的截面图；
图11是示出了根据一些示例实施例的超颖投影仪的示意配置的截面图；
图12是示出了图11的超颖投影仪的超颖面的示例配置的截面图；
图13是示出了根据一些示例实施例的超颖投影仪的示意配置的截面图；
图14是示意性地示出了根据一些示例实施例的用户接口装置和包括用户接口装置的电子设备的框图；以及
图15是示出了根据一些示例实施例的深度识别设备的示意配置的框图。
具体实施方式
现在详细参考示例实施例，在附图中示出了其中至少一些示例实施例，其中，贯穿附图类似的附图标记指代类似的元素。在这点上，一些示例性实施例可以具有不同形式，并且不应当被解释为受限于本文所阐明的描述。因此，下面仅通过参考附图描述实施例，以解释各个方面。本文中所使用的术语“和/或”包括相关列出项目中的一个或多个的任意和所有组合。诸如“......中的至少一个”之类的表述在元素列表之前时修饰整个元素列表，而不是修饰列表中的单独元素。
下文将参考附图描述本公开的实施例。在附图中，类似的附图标记指代类似的元素，并且为了图示的清楚，元素的尺寸可以放大。这里描述的实施例仅用于说明的目的，并且可以对此做出各种修改。
在下面的描述中，当一元件被称为在另一元件“之上”或“上”时，其可以直接在该另一元件上，同时与该另一元件接触，或者可以在该另一元件之上而不接触该另一元件。此外，当一元件被称为“在”另一元件“上”时，将理解该元件可以在该另一元件之上或之下。
当在本说明书中与数值相结合使用术语“约”或“基本上”时，意味着相关数值包括在所述数值附近±10％的公差。当指定范围时，范围包括其间的所有值，例如以0.1％的增量。
本文中使用的单数形式“一”、“一个”和“该”意在还包括复数形式，除非上下文明确地另行指出。还将理解，本文中使用的术语“包括”和/或“包含”指定存在所描述的特征或元素，但是不排除存在或添加一个或多个其它特征或元素。
在本公开中，诸如单元或模块等术语用于表示具有至少一个功能或操作的单元，并且用硬件、软件或者硬件和软件的组合来实现。诸如“单元”或“模块”等术语可以进一步用于表示被配置为执行该至少一个功能或操作的硬件的实例。
图1是示出了根据一些示例实施例的超颖投影仪100的示意配置的截面图。图2是示出了图1的超颖投影仪100中包括的边发射器件120的示例配置的截面图。图3是示出了可以在图1的超颖投影仪100中采用(“包括”)的超颖结构层MS的示例配置的透视图。
超颖投影仪100包括：边发射器件120；超颖结构层MS，与边发射器件120间隔开并且被配置为将从边发射器件120发射的光132转换成具有特定(或备选地，预定)图案的结构光SL并输出结构光SL；和路径改变构件140，被配置为改变从边发射器件120发射的光132的路径，以引导该路径朝向超颖结构层MS。
当由边发射器件120产生的光132入射在超颖结构层MS上时，超颖结构层MS基于入射光132形成在空间中传播的光线的分布。这种光线在角空间中形成光束点，并且根据施加到超颖结构层MS的条件而不同地分布。这些光线被称为结构光SL。
由超颖结构层MS产生的结构光SL可以具有被数学编码为使用亮点和暗点独有地指定角位置坐标的图案。这样的图案可以被三维对象改变形状，并且可以使用诸如相机等成像装置对这种改变进行成像，以通过根据坐标比较图案并且追踪图案形状的变化程度来提取关于三维对象的深度信息。
边发射器件120可以被放置(“定位”)在基板110上，并且可以包括上表面120a和相对于上表面120a倾斜的侧表面120b(例如，如图1所示，侧表面120b可以相对于上表面120a正交延伸)。上表面120a可以与基板110平行地延伸。侧表面120b是光出射面。
如图1所示，超颖结构层MS根据间隔距离170与边发射器件120的上表面120a间隔开。如图1所示，超颖结构层MS可以平行于或基本平行于边发射器件120的上表面120a延伸(例如，在制造公差和/或材料公差内平行)。由于超颖结构层MS放置在边发射器件120之上，且光132通过侧表面120b从边发射器件120出射，所以在边发射器件120与超颖结构层MS之间还设置有路径改变构件140，其中路径改变构件140被配置为改变从边发射器件120出射的光132的路径，使得该路径可以被引导朝向超颖结构层MS，如图1所示。路径改变构件140可以包括反射面140a，该反射面140a被配置为将从边发射器件120出射的光132的传播路径弯折特定(或者备选地，预定)角度。例如，在图1所示的示例实施例中，反射面140a可以被配置为将光132的传播路径弯折大约120度。反射面140a可以是镜面涂层。反射面140a的倾斜角度与超颖结构层MS相对于作为边发射器件120的光出射面的侧表面120b的位置相关联，使得反射面140a被配置为将光的光轴弯折特定(或者备选地，预定)角度。例如，光的光轴可以沿竖直方向弯折，或者可以弯折，使得光可以沿向左倾斜大约30°的方向传播。
现在将参照图2来描述边发射器件120的示例配置。
边发射器件120包括彼此间隔开的下包覆层121和上包覆层125。在下包覆层121和上包覆层125之间设置增益区123。第一反射镜区122和第二反射镜区124被放置(“定位”)在增益区123的两侧(“相对侧”)。第一反射镜区122、增益区123和第二反射镜区124形成(“至少部分地构成”)激光腔LC。
增益区123可以包括被配置为当电子和空穴通过第一电极127和第二电极128被注入时产生特定(或者备选地，预定)波长带(“光波长谱”)中的光的材料。增益区123可以具有III-V族化合物半导体，或者基于III-V族化合物半导体的量子阱或量子点结构。
下包覆层121和上包覆层125可以包括带隙比增益区123大的半导体材料。例如，下包覆层121和上包覆层125可以包括GaAs、GaP、AlGaAs、InGaP或InGaAlP。
第一电极127可以设置在下包覆层121的下表面上，并且第二电极128可以设置在上包覆层125的上表面上，以便将电流注入到增益区123中。可以在下包覆层121和第一电极127之间进一步提供接触层(未示出)，并且可以在上覆盖层125和第二电极128之间提供另一接触层(未示出)。接触层可以包括GaAs、GaP、AlGaAs、InGaP或InGaAs。接触层可以掺杂有杂质以有助于电流注入增益区123中。
第一反射镜区122、增益区123以及第二反射镜区124沿着水平方向(即，X轴方向)布置，如图2所示。第一反射镜区122和第二反射镜区124反射在增益区123中产生的光，并且放大满足特定(或者备选地，预定)谐振条件的光，并允许放大的光从边发射器件120出射作为光132。
第一反射镜区122和第二反射镜区124可以具有被配置为对光进行反射的光栅图案。光栅图案具有水平重复方向(X轴方向)。可以根据光栅图案的形状或重复周期来调整反射率。另外，第一反射镜区122和第二反射镜区124可以调整为具有不同的反射率，以控制光出射的方向。例如，第一反射镜区122可以具有大约90％或更大的反射率，而第二反射镜区124可以具有比第一反射镜区122低的反射率。在这种情况下，光可以通过第二反射镜区124出射到侧表面120b。但是，这是非限制性示例。除了光栅图案之外，第一反射镜区122和第二反射镜区124可以采用(“包括”)被配置为执行反射功能的各种结构以与增益区123一起形成谐振器。
边发射器件120还可以包括：半导体光放大器，被配置为进一步放大在激光腔LC中谐振时被放大并从边发射器件120出射的光；和波导结构，将光引导到期望的位置。
在以上描述中，描述了边发射器件120的基本配置，但是边发射器件120不限于此。边发射器件120可以包括法布里-珀罗激光二极管或分布反馈(DFB)激光二极管。另外，可以采用具有侧向光出射面的任何结构。
基板11O包括：分别连接到边发射器件120的两个电极127和128的阴极114和阳极112；和绝缘层116，将阴极114和阳极112彼此电分离(“隔离”、“绝缘”等)。阴极114可以直接或间接地与设置在边发射器件120的下表面上的第一电极127接触，并且阳极112可以通过导线130连接到设置在边发射器件120的上表面上的第二电极128。
基板110也可以被配置为用作释放从边发射器件120产生的热的散热器。也即，来自边发射器件120的热可以通过包括金属材料的阴极114被释放到外部。
超颖投影仪100可以被设置为集成模块。也即，基板110、超颖结构层MS和路径改变构件140可以被设置为集成模块。超颖投影仪100还可以包括被配置为固定基板110、超颖结构层MS和路径改变构件140的壳体160。即，壳体160可以固定基板110、超颖结构层MS和路径改变构件140，使得超颖投影仪100是集成模块。“集成模块”将被理解为是指以下装置：是彼此永久耦接(“固定”)的元件的组合件，使得该组合件的内部被密封或基本上密封(例如，在制造公差和/或材料公差内密封)，以防止外部机械操纵，并且该组合件可以被称为单个的单独元件。
超颖结构层MS包括多个纳米结构NS，纳米结构NS具有小于从边发射器件120出射的光的波长的亚波长形状尺度。
将参考图3描述超颖结构层MS的配置。
超颖结构层MS中包括的多个纳米结构NS具有比从边发射器件120出射的光132的波长λ小的至少一个亚波长形状尺度。这里，“形状尺度”意味着维度的数值，维度包括限定纳米结构NS的形状的厚度或截面宽度。
纳米结构NS的厚度(t)小于从边发射器件120发射的光132的波长λ。另外，纳米结构NS的布置间距P小于波长λ。另外，纳米结构NS的宽度D可以小于波长λ。
在一些示例实施例中，纳米结构NS的形状尺度和/或布置间距P可以等于或小于从边发射器件120发射的光的波长λ的一半。纳米结构NS可以被配置为作为形成超颖结构的强散射单元。当布置间距P变得小于波长λ时，基于该多个纳米结构NS的该至少一个亚波长形状尺度，纳米结构NS上的入射光132可以被控制以具有期望形状，而没有高阶衍射。
尽管纳米结构NS被示出为具有圆柱形状，但是纳米结构NS不限于此。与纳米结构NS的厚度“t”方向垂直的(即与XY平面平行的)纳米结构NS的截面可以具有各种形状，例如多边形、十字形、星形或非对称形状。另外，尽管纳米结构NS被示出为具有相同的形状(“公共形状”)，但是纳米结构NS不限于此。例如，可以在超颖结构层MS上设置具有不同形状的纳米结构NS。
超颖结构层MS还可以包括支撑该多个纳米结构NS的支撑层SU。支撑层SU可以包括电介质材料。例如，支撑层SU可以包括诸如聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯(PS)或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等聚合物材料或SiO2。
纳米结构NS可以包括电介质材料。纳米结构NS可以包括折射率大于与该多个纳米结构NS相邻的其他材料(例如，支撑层SU)的折射率的材料。纳米结构NS可以包括折射率大于支撑层SU的折射率的材料。例如，纳米结构NS可以包括单晶硅、多晶硅、非晶硅、Si3N4、GaP、TiO2、AlSb、AlAs、AlGaAs、AlGaInP、BP和ZnGeP2中任一种。
在一些示例实施例中，该多个纳米结构NS可以包括导电材料。导电材料可以是被配置为引起表面等离子激元激发的高导电金属材料。例如，该多个纳米结构NS可以包括选自以下材料中的至少任一种：铜(Cu)、铝(Al)、镍(Ni)、铁(Fe)、钴(Co)、锌(Zn)、钛(Ti)、钌(Ru)、铑(Rh)、钯(Pd)、铂(Pt)、银(Ag)、锇(0s)、铱(Ir)、金(Au)以及包括任一种所列元素的合金。另外，纳米结构NS可以包括诸如石墨烯等高导电二维材料或导电氧化物。
在一些示例实施例中，纳米结构NS中的一些纳米结构NS可以包括具有高折射率的电介质材料，并且一些纳米结构NS可以包括导电材料。也即，纳米结构NS中的一些纳米结构NS可以包括具有(“关联于”)折射率比支撑层SU的折射率高的电介质材料，并且纳米结构NS中的其他纳米结构NS可以包括导电材料。
上述纳米结构NS中的每一个可以根据其材料和形状与独有的透射强度和透射相位相关联。穿过超颖结构层MS的光的相位或强度分布可以通过调整纳米结构NS的形状分布来控制。在下文中，术语“形状分布”是指该多个纳米结构NS的形状、该多个纳米结构NS的尺寸、该多个纳米结构NS的尺寸分布、该多个纳米结构NS的布置间距以及该多个纳米结构NS的布置间距分布中的至少任一项。在一些示例实施例中，该多个纳米结构NS与作为规则分布或随机分布的特定形状分布相关联，使得该多个纳米结构被配置为基于接收到从边发射器件120发射的光132，形成具有特定图案的结构光SL。该多个纳米结构NS的形状分布可以与在特定方向上偏转和输出结构光SL相关联。在一些示例实施例中，基于入射光的偏振，该多个纳米结构的形状分布与不同的透射相位分布相关联。
虽然示出了所有纳米结构NS具有相同的形状、尺寸和高度，但是这是示例。也即，纳米结构NS不限于此。例如，可以根据纳米结构NS的位置来调整纳米结构NS的水平或竖直尺寸或材料，以使得该多个纳米结构NS基于超颖结构层MS上的入射光132产生具有特定透射强度分布或特定透射相位分布的结构光SL，从而该多个纳米结构NS可以被称为“关联于”特定透射强度分布或特定透射相位分布。为了使该多个纳米结构NS产生具有特定透射强度分布或透射相位分布的结构光SL，可以根据纳米结构NS的位置确定一组多个纳米结构NS的形状分布。另外，这样的纳米结构NS的组可以以特定(或者备选地，预定)周期重复布置。该多个纳米结构NS的形状分布可以是规则的、周期性的或伪周期性的。然而，该多个纳米结构NS的形状分布不限于此。例如，该多个纳米结构NS的形状分布可以是随机的。
与现有技术的微光学组件相比，超颖结构层MS可以具有超小间距和较薄厚度，并且因此可以在较宽角度范围上形成任意图案而没有高阶衍射。因此，超颖投影仪100可以具有超小尺寸(例如，相对小的尺寸)。例如，超颖投影仪100的厚度H可以是大约4mm或更小。
再次重申，基于包括如本文所述的多个纳米结构NS，其中该多个纳米结构NS具有如本文所述的一个或多个物理分布(例如，形状分布)，使得该多个纳米结构NS被配置为基于从边发射器件120发射的光132入射在该多个纳米结构NS上而产生具有特定图案的结构光SL，超颖投影仪可以被配置为产生具有该特定图案的结构光SL，而同时保持相对小(“紧凑”)的尺寸。因此，这种超颖投影仪可以为超颖投影仪和可以并入超颖投影仪的一种或多种设备提供改进的制造资金成本。通过降低成本和/或尺寸，超颖投影仪可以更经济和/或更可行地并入电子设备中，以使得电子设备能够实现增强现实(AR)、虚拟现实(VR)或混合现实(MR)。另外，超颖投影仪可以在用于精确的三维形状识别的深度传感器中被用作形成结构光的光源。因此，基于如本文所述包括该多个纳米结构NS，超颖投影仪可以解决与以下各项相关联的问题：与用户界面、增强现实(AR)、虚拟现实(VR)或混合现实(MR)及其某种组合等相关联的投影仪向电子设备中的可行和/或经济并入。
图4是示出了可应用于图1的超颖投影仪100的另一超颖结构层MS1的示例配置的透视图。
设置在超颖结构层MS1上的多个纳米结构NS可以具有随机形状分布，以被配置为形成具有特定图案的结构光SL。图4示出了纳米结构NS的宽度w1、w2、w3在不同的位置处是不同的。但是，这是非限制性示例。例如，纳米结构NS的布置位置和形状也可以是随机的，而不是关于位置是规则的。
图5至图8是示出了可应用于(“包括在”)图1所示的超颖投影仪100的超颖结构层MS中的纳米结构NS的示例形状的透视图。
参考图5，纳米结构NS可以具有一定厚度(t)的四边柱形状。四边柱的截面形状可以是边长为D的方形形状，但不限于此。例如，四方柱的截面形状可以是矩形。纳米结构NS可以被修改为具有其他多边柱形状。
参考图6，纳米结构NS的截面形状可以是十字形。虽然示出了纳米结构NS具有对称形状，但是这是示例。即，纳米结构NS可以被修改成具有非对称形状。再次重申，该多个纳米结构NS平行于边发射器件120的上表面120a的截面的形状可以具有非对称性。
纳米结构NS可以具有非对称形状，以根据入射光的偏振形成不同的透射相位分布。
参考图7，纳米结构NS可以具有非对称的椭圆柱形状。纳米结构NS可以具有长轴长度DL与短轴长度DS不同的椭圆形状，并且在这种情况下，不同的透射相位分布可以出现在平行于长轴的偏振光和平行于短轴的偏振光中。也即，可以分别对平行于长轴偏振的光和平行于短轴偏振的光执行不同的光学操作。
参考图8，纳米结构NS可以具有非对称的长方体形状，其具有长度为Dx且宽度为Dy的矩形截面。如同图7所示的形状，这种形状根据入射光的偏振可以导致不同的透射相位分布。例如，可以根据入射光的偏振获得不同的光学效果。
具有图5至8所示形状的纳米结构NS、纳米结构NS的组合或其改型可以按照如图3所示的规则布置形式或如图4所示的随机布置形式应用于图1所示的超颖投影仪100的超颖结构层MS。可以调整超颖结构层MS的纳米结构NS的形状、尺寸和排列，以将从边发射器件120出射的光转换为具有图案的结构光。另外，可以确定纳米结构NS的形状分布，以调整光学性能，例如出射光的束径、会聚/发散以及方向。
如果采用非对称纳米结构NS，则可以对具有通过非对称性可区分的特定偏振方向的光执行上述光学操作。例如，用于布置非对称纳米结构NS的规则可以根据偏振方向而变化，以从具有不同偏振的光获得不同的结构光形式。
图9是示出了可应用于图1所示的超颖投影仪100的另一超颖结构层MS3的示例配置的透视图。
超颖结构层MS3可以包括在支撑层SU的两侧上的多个纳米结构NS，其中分别的多个纳米结构NS1和NS2在支撑层SU的相对的各侧上。如图9所示，多个纳米结构NS1可以布置在支撑层SU的下表面SUa上以形成特定(或者备选地，预定)形状分布，并且多个纳米结构NS2可以布置在支撑层SU的上表面SUb上以形成另一特定(或者备选地，预定)形状分布。
支撑层SU的下表面SUa可以面向边发射器件120。也即，从边发射器件120发射的光132可以首先达到(“到达”)下表面SUa。在这种情况下，布置在支撑层SU的下表面SUa上的多个纳米结构NS1可以具有特定形状分布，使得该多个纳米结构NS1被配置为增大入射光的发散角。即，在支撑层SU的相对的各侧中从边发射器件120发射的光132首先到达的一侧上的多个纳米结构NS1可以与如下形状分布相关联，该形状分布与增大入射光132的发散角的透射相位分布相关联。例如，该多个纳米结构NS1的形状和透射相位分布可以使得该多个纳米结构NS1被配置为执行如同凹透镜的功能。为此，该多个纳米结构体NS1的形状分布可以使得该多个纳米结构体NS1的宽度可以在径向方向上从参考位置逐渐增加。该规则可以重复应用于径向方向，并且重复的周期可以不是恒定的。另外，纳米结构NS1的形状和透射相位分布可以与被配置为执行如同具有柱面或椭圆面的凹透镜的功能的纳米结构NS1相关联。
支撑层SU的上表面SUb上形成的多个纳米结构NS2可以具有形状分布，使得纳米结构NS2被配置为将发散角由多个纳米结构NS1加宽的光132转换为具有特定(或者备选地，预定)图案的结构光SL。
纳米结构NS1和NS2的形状可以从图5至8所示的形状、其组合和其改型中选择。
图10是示意性示出了根据一些示例实施例的超颖投影仪101的配置的截面图。
在一些示例实施例中，超颖投影仪101与图1中所示的超颖投影仪100的不同之处在于：超颖投影仪101的路径改变构件141的形状不同于超颖投影仪100的路径改变构件140的形状。路径改变构件141包括反射面141a，该反射面141a被配置为将光132的传播路径弯折特定(或者备选地，预定)角度，并且反射面141a可以具有被配置为调整入射光的发散角的曲面的形状。反射面141a可以是镜面涂层。反射面141a的曲面可以是球面或非球面，并且可以具有如图10所示的凸形，以增加入射光的发散角。
反射面141a的所示形状是非限制性示例。例如，反射面141a可以具有减小入射光的发散角的凹形，或者可以具有根据位置改变入射光的发散方向的曲面形状。
图11是示意性示出了根据一些示例实施例的超颖投影仪102的配置的截面图，图12是示出了图11所示的超颖投影仪102的超颖面142a的示例配置的截面图。
在一些示例实施例中，超颖投影仪102与图1中所示的超颖投影仪100的不同之处在于：超颖面142a是路径改变构件142的反射面。
如同超颖结构层MS，超颖面142a包括多个纳米结构NS，纳米结构NS具有(“关联于”)小于从边发射器件120发射的光的波长的亚波长形状尺度。也即，参照图3至9描述的纳米结构NS的形状和形状分布可以应用于超颖面142a。
超颖面142a的多个纳米结构NS的形状分布可以与被配置为控制入射光132的发散角的多个纳米结构NS相关联。例如，如图12所示，多个纳米结构NS的形状分布可以与被配置为执行如同凸面镜的功能的多个纳米结构NS相关联。多个纳米结构NS的形状分布可以如此关联，使得纳米结构NS的宽度D可以在径向方向上从参考位置逐渐减小。该规则可以重复应用于径向方向，并且重复的周期可以不是恒定的。另外，纳米结构NS的形状和透射相位分布可以与被配置为执行如同具有柱面或椭圆面的凸面镜的功能的多个纳米结构相关联。
在一些示例实施例中，超颖投影仪可以包括图11中所示的超颖面142a，并且可以包括被配置为折射由超颖面142a产生的结构光SL的层来代替包括多个纳米结构NS的超颖结构层MS。超颖面142a中包括的多个纳米结构NS可以具有这里包括的任何示例性实施例中所描述的超颖结构层MS中所包括的多个纳米结构NS的任何特征(例如，形状分布)。在一些示例实施例中，这种层可以从超颖投影仪中进一步省略，使得超颖面142a基于入射在其上的光132来生成结构光SL图案，其中超颖投影仪被配置为发射由超颖面142a产生的结构光SL。超颖面142a的多个纳米结构的形状分布与形成提供布置有一组字符键的键盘图像或包括至少一个图标的图像的结构光SL相关联。
鉴于至少以上内容，将理解，在一些示例实施例中，包括基板110和边发射器件120的超颖投影仪还包括多个纳米结构NS，该多个纳米结构NS被配置为接收从边发射器件120发射的光132并且基于接收到从边发射器件发射的光132来产生结构光SL图案，其中该多个纳米结构NS具有亚波长形状尺度，亚波长形状尺度小于从边发射器件发射的光的波长，并且其中该多个纳米结构NS可以包括在如本文所述的超颖结构层MS的至少一个元件中以及如本文所述的超颖面142a中。
图13是示意性示出了根据一些示例实施例的超颖投影仪103的配置的截面图。
在根据一些示例实施例的超颖投影仪103中，确定超颖结构层MS4的细节(例如，超颖结构层MS4中的多个纳米结构NS具有特定的形状分布)，使得通过超颖结构层MS4形成的结构光SL可以再现特定(或者备选地，预定)的任意形状。例如，如图13所示，由超颖结构层MS4形成的结构光图像I_SL可以是布置有一组字符键的键盘图像。由超颖结构层MS4形成的结构光图像I_SL可以是包括至少一个图标的图像。超颖结构层MS4可以包括具有形状分布的多个纳米结构NS，所述形状分布被配置为基于入射在超颖结构层MS4上的光132来实现这样的结构光图案。
所示的结构光图像I_SL是示例。例如，结构光图像I_SL可以是布置有一个或多个图标或指针的图像。也即，超颖结构层MS4的多个纳米结构NS的形状分布可以使得被配置为提供作为针对用户的用户界面的输入装置的各种图像可以被超颖投影仪103基于入射在超颖结构层MS4上的光132而再现为结构光图像I_SL。
由于上述超颖投影仪包括使用具有亚波长形状尺度的纳米结构的形状分布的超颖结构层，所以上述超颖投影仪可以具有超小尺寸。因此，超颖投影仪可以应用于诸如移动装置或可穿戴装置等各种电子设备。例如，上述超颖投影仪可以用作实现增强现实(AR)、虚拟现实(VR)或混合现实(MR)的超小型投影仪。另外，超颖投影仪可以在用于精确的三维形状识别的深度传感器用作形成结构光的光源。
图14是示意性地示出了根据一些示例实施例的用户接口装置1200和包括用户接口装置1200的电子设备1000的框图。
电子设备1000包括用户接口装置1200、处理器1300和存储器1400。
用户接口装置1200包括被配置为再现特定(或者备选地，预定)结构光图像I_SL的超颖投影仪1210和被配置为拍摄由超颖投影仪1210形成的结构光图像I_SL的成像装置1230。
由超颖投影仪1210再现的结构光图像I_SL可以是如图14所示布置有一组字符键的键盘图像，但不限于此。例如，结构光图像I_SL可以是布置有一个或多个图标或指针的图像。
用户可以使用结构光图像I_SL中所示的字符键来表达输入信息。也即，用户可以通过用他/她的手指触摸结构光图像I_SL的键盘上所示的字符键来执行期望的输入操作。
成像装置1230被放置为拍摄结构光图像I_SL。由成像装置1230拍摄的图像可以被发送到处理器1300以提取用户输入信号。
处理器1300负责电子设备1000的所有处理和控制操作。另外，处理器1300可以从由成像装置1230捕获的图像提取用户输入信号，并且可以根据提取的用户输入信号执行存储器1400中存储的执行模块(“指令程序”)之一。
存储器1400可以存储可以由处理器1300执行的一个或多个执行模块1410和1420以及执行执行模块1410和1420所需的数据。
另外，存储器1400可以存储用于由电子设备1000执行的各种应用的模块，并且根据电子设备1000中包括的装置，存储器1400还可以包括诸如通信模块、相机模块、视频重放模块或音频重放模块等模块。
存储器1400可以包括从以下项中选择的至少一种记录介质：闪存、硬盘、微型多媒体卡、存储卡(例如，安全数字(SD)卡或极速数字(XD)卡)、随机存取存储器(RAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、可编程只读存储器(PROM)、磁存储器、磁盘或光盘。
例如，电子设备1000可以是便携式移动通信装置、智能手机、智能手表、个人数字助理(PDA)、膝上型计算机、个人计算机(PC)、移动计算装置或非移动计算装置。然而，电子设备1000不限于此。
由于包括超颖投影仪1210的用户接口装置1200被配置为提供结构光图像I_SL作为输入界面，所以电子设备1000可以不包括例如真实键盘。可选地，电子设备1000可以包括真实键盘，并且用户可以选择是使用真实键盘还是由结构光图像I_SL提供的键盘。
图15是示意性地示出了根据一些示例实施例的深度识别设备的配置的框图。
深度识别设备2000包括：超颖投影仪2200，被配置为向对象OBJ发射结构光SLi；传感器2400，被配置为接收从对象OBJ反射的结构光SLr；以及计算器2600，被配置为通过比较从超颖投影仪2200发射的结构光SLi和由传感器2400接收的结构光SLr之间的图案改变来计算对象OBJ的深度位置。
超颖投影仪2200可以将从边发射器件发射的光(例如，光132)转换为具有特定(或者备选地，预定)图案的结构光(例如，结构光SL)，并且可以输出该结构光。超颖投影仪2200可以包括上述实施例的超颖投影仪100、101和102中的任何一个或其组合。
传感器2400感测从对象OBJ反射的结构光SLr。传感器2400可以包括光检测元件的阵列。传感器2400还可以包括分光元件，以根据波长分析从对象OBJ反射的光。
计算器2600可以将向对象OBJ发射的结构光SLi与从对象OBJ反射的结构光SLr进行比较，以获得关于对象OBJ的深度信息，并且可以基于深度信息来分析对象OBJ的三维形状、位置、运动等。由超颖投影仪2200产生的结构光SLi是数学编码为使用亮点和暗点独有地指定角位置坐标的图案。当这样的图案入射到具有三维形状的对象OBJ然后从对象OBJ反射时，反射的结构光SLr的图案不同于入射的结构光SLi的图案。关于对象OBJ的深度信息可以通过根据坐标比较这样的图案和追踪图案来提取，并且以这种方式，可以提取关于对象OBJ的形状和运动的三维信息。
附加的光学元件可以布置在超颖投影仪2200和对象OBJ之间，以便将从超颖投影仪2200发射的结构光SLi的方向调整为朝向对象OBJ，或者另外调制结构光SLi。
另外，深度识别设备2000还可以包括：控制器，被配置为总体上控制超颖投影仪2200的光源的操作或者传感器2400的操作；和存储器，存储当计算器2600执行三维信息提取时要使用的计算程序。
计算器2600的计算结果，即关于对象OBJ的形状和位置的信息可以被发送到其他单元。例如，可以将这样的信息发送到包括深度识别设备2000的电子设备的控制器。计算结果所发送到的单元可以是被配置为输出结果的显示装置或打印机。在一些示例实施例中，该单元可以是智能手机、蜂窝电话、个人数字助理(PDA)、膝上型计算机、个人计算机(PC)、可穿戴装置、移动装置或非移动计算装置。然而，其他单元不限于所列装置。
深度识别设备2000可以用作被配置为精确地获取关于前方对象的三维信息的传感器，并且因此可以被应用于各种电子设备。这样的各种电子设备的示例可以包括：自主驾驶设备，例如无人驾驶车辆、自主驾驶车辆、自主驾驶机器人或自主驾驶无人机；移动通信设备；以及物联网(IoT)设备。
在上述超颖投影仪中，可以通过具有亚波长纳米结构的超颖结构层将从边发射器件发射的光转换为具有各种图案的结构光。
上述超颖投影仪可以容易地实现为具有超小尺寸的集成模块。
上述超颖投影仪可以应用于各种电子设备。例如，可以将上述超颖投影仪应用于深度识别设备以进行精确的运动感测和三维形状感测。
因此，实施例中描述的操作是示例，而并非意在限制本发明构思的范围。在本公开中，为了简明起见，没有给出对已知的电组件、控制系统、软件及其功能方面的描述。此外，在附图中，元件之间的连接线或构件是作为示例示出的功能性、物理和/或电连接，可以替换为或与其他功能、物理和/或电连接一起使用。
已经参考附图描述和说明了示例实施例以帮助理解本发明构思。然而，这些实施例仅仅是示例，而并不限制本发明构思的范围。另外，将理解，本发明构思不限于在本公开中示出和描述的那些构思。也即，本领域的普通技术人员可以对此进行各种修改。
应当理解，应仅以描述性意义而不是限制性目的来考虑本文中描述的实施例。对一些示例实施例中的特征或方面的描述应当典型地被看作是可用于其他示例实施例中的其他类似特征或方面。
尽管已参考附图描述了一个或多个示例实施例，但本领域普通技术人员将理解，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可以进行形式和细节上的多种改变。

Claims (23)

1.一种超颖投影仪，包括：
基板；
所述基板上的边发射器件，所述边发射器件包括上表面和相对于所述上表面倾斜的侧表面，所述边发射器件被配置为通过所述侧表面发射光；
与所述边发射器件的上表面间隔开的超颖结构层，所述超颖结构层包括具有亚波长形状尺度的多个纳米结构，所述亚波长形状尺度小于从所述边发射器件发射的光的波长；以及
路径改变构件，被配置为改变从所述边发射器件发射的光的路径，以引导所述路径朝向所述超颖结构层。
2.根据权利要求1所述的超颖投影仪，还包括：
固定所述基板、所述超颖结构层和所述路径改变构件的壳体，使得所述超颖投影仪是集成模块。
3.根据权利要求1所述的超颖投影仪，其中，所述基板包括：
分别连接到所述边发射器件的两个电极的阴极和阳极；以及
使阴极和阳极彼此电隔离的绝缘层。
4.根据权利要求1所述的超颖投影仪，其中，所述多个纳米结构包括折射率高于与所述多个纳米结构相邻的其他材料的折射率的材料。
5.根据权利要求1所述的超颖投影仪，其中，所述多个纳米结构包括导电材料。
6.根据权利要求1所述的超颖投影仪，其中，所述多个纳米结构与作为规则分布或随机分布的形状分布相关联，使得所述多个纳米结构被配置为基于接收到所述边发射器件发射的光而形成具有特定图案的结构光。
7.根据权利要求6所述的超颖投影仪，其中，所述多个纳米结构的形状分布与在特定方向上偏转并输出所述结构光相关联。
8.根据权利要求1所述的超颖投影仪，其中，基于入射光的偏振，所述多个纳米结构的形状分布与不同的透射相位分布相关联。
9.根据权利要求1所述的超颖投影仪，其中，所述多个纳米结构的与所述边发射器件的上表面平行的截面的形状具有非对称性。
10.根据权利要求1所述的超颖投影仪，其中，所述多个纳米结构与布置间距相关联，所述布置间距等于或小于从所述边发射器件发射的光的波长的一半。
11.根据权利要求1所述的超颖投影仪，其中，
所述超颖结构层还包括支撑所述多个纳米结构的支撑层，以及
所述多个纳米结构包括在支撑层的相对的各侧上的分别的多个纳米结构。
12.根据权利要求11所述的超颖投影仪，其中，在所述支撑层的相对的各侧中从所述边发射器件发射的光首先到达的一侧上的多个纳米结构与形状分布相关联，所述形状分布与增加入射光的发散角的透射相位分布相关联。
13.根据权利要求1所述的超颖投影仪，其中，所述路径改变构件包括反射面，所述反射面被配置为将从所述边发射器件发射的光的路径弯折特定角度。
14.根据权利要求13所述的超颖投影仪，其中，所述反射面包括被配置为调整入射光的发散角的曲面。
15.根据权利要求13所述的超颖投影仪，其中，所述反射面包括超颖面，所述超颖面包括多个纳米结构，所述多个纳米结构与亚波长形状尺度相关联，所述亚波长形状尺度小于从所述边发射器件发射的光的波长。
16.根据权利要求15所述的超颖投影仪，其中，所述超颖面的所述多个纳米结构的形状分布与调整入射光的发散角相关联。
17.根据权利要求1所述的超颖投影仪，其中，所述超颖结构层的所述多个纳米结构的形状分布与形成结构光相关联，所述结构光提供布置有一组字符键的键盘图像或包括至少一个图标的图像。
18.一种用户接口装置，包括：
根据权利要求17所述的超颖投影仪；以及
成像装置，被配置为拍摄由所述超颖投影仪形成的图像。
19.一种电子设备，包括：
根据权利要求18所述的用户接口装置；
存储器，被配置为存储至少一个指令程序；以及
处理器，被配置为从由成像装置捕获的图像中提取用户输入信号，并根据用户输入信号执行所述指令程序。
20.一种深度识别设备，包括：
根据权利要求1所述的超颖投影仪，被配置为向对象发射结构光；
传感器，被配置为接收从对象反射的结构光；以及
计算器，被配置为比较向对象发射的结构光的图案与从对象反射的结构光的图案，并且计算对象的深度位置。
21.一种超颖投影仪，包括：
基板；
所述基板上的边发射器件，所述边发射器件包括上表面和相对于所述上表面倾斜的侧表面，所述边发射器件被配置为通过所述侧表面发射光；以及
路径改变构件，被配置为改变从所述边发射器件发射的光的路径，所述路径改变构件包括反射面，所述反射面被配置为使从所述边发射器件发射的光的路径弯折特定角度，所述反射面包括超颖面，所述超颖面包括多个纳米结构，所述多个纳米结构与亚波长形状尺度相关联，所述亚波长形状尺度小于从所述边发射器件发射的光的波长。
22.根据权利要求21所述的超颖投影仪，其中，所述超颖面的所述多个纳米结构的形状分布与形成结构光相关联，所述结构光提供布置有一组字符键的键盘图像或包括至少一个图标的图像。
23.一种超颖投影仪，包括：
基板；
所述基板上的边发射器件，所述边发射器件包括上表面和相对于所述上表面倾斜的侧表面，所述边发射器件被配置为通过所述侧表面发射光；以及
多个纳米结构，被配置为接收从所述边发射器件发射的光，并且基于接收到从所述边发射器件发射的光来产生结构光图案，所述多个纳米结构具有亚波长形状尺度，所述亚波长形状尺度小于从所述边发射器件发射的光的波长。
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