CN113466981A

CN113466981A - 衍射光学元件、投射模组及电子设备

Info

Publication number: CN113466981A
Application number: CN202110749037.4A
Authority: CN
Inventors: 成纯森; 冯坤亮; 李宗政; 鞠晓山
Original assignee: Jiangxi Oumaisi Microelectronics Co Ltd
Current assignee: Jiangxi Oumaisi Microelectronics Co Ltd
Priority date: 2021-07-01
Filing date: 2021-07-01
Publication date: 2021-10-01

Abstract

本发明涉及衍射光学元件、投射模组及电子设备。衍射光学元件包括呈阵列排布的微结构。微结构包括第一子结构和第二子结构。满足0.75＜AB/JK＜1.25；1.5＜CD/AB＜3；1.5＜EF/JK＜2.5；0.8＜HI/JK＜1.2；0.5＜GF/JK＜1.9。第一子结构的对称轴与第二子结构交于AB，C、D为第二子结构垂直于AB距离最远的两点，对称轴与第一子结构交于E和F。第一子结构以EF划分第一子部和第二子部。JK为第一子部垂直于EF且于第一子部的第一凹陷的最短距离，HI为第一子部垂直于EF且于第一子部的第二凹陷的最短距离，GF为第一子部垂直于EF的最短距离。衍射光学元件能满足高精度检测的需求。

Description

衍射光学元件、投射模组及电子设备

技术领域

本发明涉及三维探测技术领域，特别是涉及一种衍射光学元件、投射模组及电子设备。

背景技术

基于飞行时间(Time of Flight，ToF)或结构光技术常被应用于电子设备中，电子设备包括投射模组和接收模组。投射模组向被测物体投射光线，接收模组接收从被测物体反射的光线，从而获取被测物体的三维深度信息。散斑结构光以及直接测量飞行时间(direct Time of Flight，dToF)技术通常借助衍射光学元件对光源出射光线进行分束，以形成点阵光斑投射到待测物体上，因而衍射光学元件的光学性能对三维检测精度有着重要影响。然而，目前衍射光学元件的光学性能还有待提升，难以满足高检测精度的需求。

发明内容

基于此，有必要提供一种衍射光学元件、投射模组及电子设备，以提升衍射光学元件的光学性能。

一种衍射光学元件，用于将单束光分束为5×5的多束光，所述衍射光学元件包括：

基底；以及

在所述基底上呈阵列排布的多个微结构，所述微结构在所述基底上的投影轮廓包括相互间隔的第一子结构和第二子结构，所述第一子结构关于对称轴呈轴对称图形，所述第一子结构包括本体与从所述本体朝向所述第二子结构延伸的第一支部和第二支部，所述第一支部与所述第二支部与所述对称轴相间隔设置，并关于所述对称轴呈轴对称图形；

且所述微结构满足以下条件式：

0.75＜AB/JK＜1.25；1.5＜CD/AB＜3；1.5＜EF/JK＜2.5；

0.8＜HI/JK＜1.2；0.5＜GF/JK＜1.9；

其中，所述对称轴与所述第二子结构交于A和B，C、D分别为所述第二子结构在垂直于AB的方向上距离最远的两个点，所述对称轴与所述第一子结构交于E和F，且在A指向F的方向上，A、B、E和F依次排列，所述第一子结构以EF为分界线划分为第一子部和第二子部，在E指向F的方向上，所述第一子部远离EF的一侧的轮廓依次包括第一凹陷和第二凹陷，所述第一凹陷位于所述第一支部上，所述第二凹陷位于所述本体上，J为所述第一凹陷轮廓上的点，H为所述第二凹陷轮廓上的点，JK为所述第一支部在垂直于EF的方向上于所述第一凹陷范围内的最短距离，HI为所述第一子部在垂直于EF的方向上于所述第二凹陷范围内的最短距离，I位于EF上，G为EF过点F的垂线与所述第一子部的交点，多个所述微结构在X轴方向与Y轴方向上呈矩形阵列排布，所述X轴方向与所述Y轴方向为平行于所述基底的平面上两个相互垂直的方向，所述X轴方向与所述Y轴方向构成一平面直角坐标系。

上述衍射光学元件，在基底上设置有多个呈阵列排布的微结构，通过对微结构的设计使得衍射光学元件能够将单束光分束为5×5的多束光，从而实现基于散斑结构光或dTOF技术的电子设备中所需的点阵投射。并且，采用上述的微结构，衍射光学元件分束形成的5×5的多束光的均匀度、零级强度及衍射效率等参数良好，即衍射光学元件具备良好的光学性能，应用于三维检测技术中能够满足高检测精度的需求。同时，满足上述条件式，能够合理设计微结构中第一子结构与第二子结构的形状，有利于提升衍射光学元件的光学性能。

在其中一个实施例中，JK所在直线与所述第一子结构的轮廓交于四个点，HI所在直线与所述第一子结构的轮廓交于两个点，GF所在直线与所述第一子结构交于三个点。如此，能够进一步合理设计第一子结构的形状，使第一子结构大致呈刀叉形，有利于提升衍射光学元件的光学性能。

在其中一个实施例中，所述第二子结构关于AB成轴对称图形，所述第二子结构关于CD成轴对称图形。如此，能够优化第二子结构的形状，从而有利于提升衍射光学元件的光学性能。

在其中一个实施例中，满足以下条件式：

150nm≤AB≤2200nm；150nm≤JK≤2200nm。如此，能够对微结构中的较小尺寸特征进行合理配置，当微结构中的较小尺寸特征大于150nm时，微结构的最小尺寸特征不会过小，从而生产工艺能够满足微结构的高精度生产需求，有利于提升微结构的制造良率，也有利于提升衍射光学元件的光学性能。同时，当微结构中的较小尺寸特征满足上述条件时，微结构的较小尺寸特征与红外波段波长相近，对红外波段光线具备良好的衍射效应，有利于提升衍射光学元件的光学性能。

在其中一个实施例中，满足以下条件式：

800nm≤AB≤1600nm；800nm≤JK≤1600nm；0.88≤AB/JK≤1.13；

1.8≤CD/AB≤2.6。该四个参数对衍射光学元件衍射角度的影响程度较大，满足上述条件式，能够对该四个参数进行合理配置，有利于控制衍射光学元件的衍射角度在合理范围内，同时也有利于提升衍射光学元件的光学性能。

在其中一个实施例中，满足以下条件式：

1550nm≤CD≤3450nm；1600nm≤EF≤3600nm；750nm≤GF≤1900nm；

750nm≤HI≤1600nm；1.80≤EF/JK≤2.30；0.85≤HI/JK≤1.10；

0.80≤GF/JK≤1.6。满足上述条件式，能够对微结构的形状及尺寸进行合理设计，有利于进一步提升衍射光学元件的光学性能。

在其中一个实施例中，EF与所述X轴方向的夹角在30°至60°之间。如此，能够对多个微结构在阵列中的排列方向进行合理设计，从而有利于提升衍射光学元件的光学性能。

在其中一个实施例中，所述衍射光学元件在所述X轴方向上具有第一衍射角度及第二衍射角度，所述第二衍射角度为所述第一衍射角度的两倍，所述衍射光学元件在所述Y轴方向上具有第三衍射角度和第四衍射角度，所述第四衍射角度为所述第三衍射角度的两倍；

所述第一衍射角度在7.5°至17.5°之间；

所述第三衍射角度在7.5°至17.5°之间。X轴方向与Y轴方向上多样化的衍射角度设计，有利于满足电子设备中投射角度的多样化需求，从而提升衍射光学元件的适用范围。

一种投射模组，包括光源以及如上述任一实施例所述的衍射光学元件，所述衍射光学元件用于对所述光源发射的光线进行分束。在投射模组中采用上述的衍射光学元件，衍射光学元件具备良好的光学性能，因而投射模组应用于电子设备中能够满足高检测精度的需求。

一种电子设备，包括接收模组以及如上述的投射模组，所述投射模组用于向被测物体投射光线，所述接收模组用于接收被待测物体反射的光线。在电子设备中采用上述投射模组，衍射光学元件具备良好的光学性能，有利于提升电子设备的检测精度，从而满足高检测精度的需求。

附图说明

图1为一些实施例中衍射光学元件的示意图；

图2为一些实施例中衍射光学元件分束形成5×5的多束光的示意图；

图3为一些实施例中微结构的示意图；

图4为对应不同衍射角度的微结构的示意图；

图5为一些实施例中衍射光学元件的剖面示意图；

图6为一些实施例中电子设备的示意图。

其中，100、衍射光学元件；110、基底；120、微结构；121、第一子结构；122、第一子部；123、第二子部；124、第二子结构；125、第一凹陷；126、第二凹陷；127、凹槽；128、本体；129、第一支部；130、第二支部；130、余胶层；200、电子设备；210、投射模组；211、光源；220、接收模组；230、被测物体。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

请参见图1、图2和图3，图1为一些实施例中衍射光学元件100的示意图，图2为一些实施例中衍射光学元件100分束形成5×5的多束光的示意图，图3示出了一些实施例中微结构120的示意图。其中，图2所示的H方向与图1及图3所示的X轴方向相对应，并对应图像传感器的水平方向，图2所示的V方向与图1及图3所示的Y方向相对应，并对应图像传感器的竖直方向。

在一些实施例中，衍射光学元件100包括基底110以及设置于基底110上的多个微结构120，多个微结构120在基底110上呈阵列分布，通过对微结构120的设计，使得衍射光学元件100能够将单束光分束形成5×5的多束光。衍射光学元件100可应用在基于散斑结构光或dToF技术的电子设备200中，衍射光学元件100用于将电子设备内光源发射的单束光分束成5×5的多束光，从而形成点阵光斑投射到被测物体上，进而使得电子设备能够获取被测物体深度信息。X轴方向与Y轴方向可以为平行于基底110的平面上两个相互垂直的方向，X轴与Y轴构成一平面直角坐标系。

具体地，参考图1和图3所示，在一些实施例中，微结构120在基底110上的投影轮廓包括相互间隔的第一子结构121和第二子结构124，第一子结构121关于一对称轴(图未示出)呈轴对称图形。其中，对称轴与第二子结构124交于A和B，C、D分别为第二子结构124在垂直于AB的方向上距离最远的两个点。对称轴与第一子结构121交于E和F，且在A指向F的方向上，A、B、E和F依次排列。换言之，AB与EF共线，第一子结构121与第二子结构124沿对称轴方向间隔设置。第二子结构124的形状大致呈圆角矩形。

第一子结构121以EF为分界线划分为第一子部122和第二子部123。在E指向F的方向上，第一子部122远离EF的一侧的轮廓依次包括第一凹陷125和第二凹陷126。J为第一凹陷125内的点，H为第二凹陷126内的点，换言之，J位于第一子部122形成第一凹陷125的部分的轮廓上，H位于第一子部122形成第二凹陷126的部分的轮廓上。JK为第一子部122在垂直于EF的方向上于第一凹陷125范围内的最短距离。K与对称轴相间隔，JK的延长线与EF的延长线相交。HI为第一子部122在垂直于EF的方向上于第二凹陷126范围内的最短距离，I位于EF上。G为EF连线过点F的垂线与第一子部122的交点。换言之，CD、JK、HI及GF均垂直于AB与EF，且在A指向F的方向上，C、J、K、G依次排列。第一子结构121朝向第二子结构124的一侧还形成有凹槽127，凹槽127关于对称轴呈轴对称图形，从而使得第一子结构121大致呈叉口朝向第二子结构124的刀叉形状。

换言之，第一子结构121包括本体128以及从本体128朝向第二子结构124延伸的第一支部129和第二支部130，第一支部129和第二支部130均与对称轴间隔设置，且第一支部129和第二支部130关于对称轴呈轴对称图形。可以理解的是，第一子部122包括了第一支部129与本体128位于EF靠近第一支部129一侧的部分，第二子部123包括了第二支部130与本体128位于EF靠近第二支部130一侧的部分。第一凹陷125位于第一支部129上，第二凹陷125位于本体128上。

需要说明的是，对称轴并非实际存在的直线，而是为方便描述微结构120的形状而引出的虚拟直线，在图3所示的实施例中，对称轴可以理解为AB与EF所在的直线。

并且，微结构120满足以下条件式：0.75＜AB/JK＜1.25；1.5＜CD/AB＜3；1.5＜EF/JK＜2.5；0.8＜HI/JK＜1.2；0.5＜GF/JK＜1.9。其中，AB/JK的数值范围用于设计第二子结构124相对第一子结构121的尺寸，CD/AB的数值范围用于设计第二子结构124的形状，EF/JK、HI/JK及GF/JK用于设计第一子部122的形状，进而设计第一子结构121的形状。

上述衍射光学元件100，在基底110上设置有多个呈阵列排布的微结构120，通过对微结构120的设计使得衍射光学元件100能够将单束光分束为5×5的多束光，从而实现基于散斑结构光或dTOF技术的电子设备中所需的点阵投射。并且，采用上述的微结构120，衍射光学元件100分束形成的5×5的多束光的均匀度、零级强度及衍射效率等参数良好，即衍射光学元件100具备良好的光学性能，应用于三维检测技术中能够满足高检测精度的需求。同时，满足上述条件式，能够合理设计微结构120中第一子结构121与第二子结构124的形状，有利于提升衍射光学元件100的光学性能。

以下以一个实验数据证明上述衍射光学元件100具备良好的光学性能。在实验中，入射光的波长为940nm，衍射光学元件100将入射光束分束形成5×5的多束光，分束形成的多束光的均匀度为28.32％，零级能量强度占总能量强度的4.3％，衍射效率为91.0％。其中，均匀度为5×5的多束光中能量最高的光束与能量最低的光束的能量之差与能量之和的比值，衍射效率为5×5的多束光的能量之和与出射光总能量的比值。具体实验数据如下表1：

表1

设计档案	均匀度	零级	衍射效率
				5×5分束	28.32％	4.30％	91.1％

由表1的实验数据可知，衍射光学元件100分束形成的多束光的均匀度及衍射效率良好，零级强度角度，从而衍射光学元件100具备良好的光学性能，能够满足电子设备高检测精度的需求。

需要说明的是，电子设备通常采用近红外波段光线进行检测，因而衍射光学元件100的适用入射光波长可以为近红外波段，例如适用于对780nm-1100nm的近红外短波波段光线进行分束。进一步地，在一些实施例中，入射光波长在940±50nm，衍射光学元件100的衍射效应明显，有利于提升衍射光学元件100的光学性能，从而提升三维检测精度。

另外，可以理解的是，微结构120构成的阵列的面积以及微结构120阵列中微结构120的数量可以根据入射光光斑的径向尺寸进行调整，只要能够满足入射光束的分束需求即可，此处不做限定。例如，当入射光束的光斑尺寸较大，可以增大微结构120的数量以及微结构120阵列的面积，以使得微结构120阵列能够覆盖整个入射光束的光斑范围，提升入射光的利用率。

请再参见图3，在一些实施例中，JK所在直线与第一子结构121的轮廓交于四个点，HI所在直线与第一子结构121的轮廓交于两个点，GF所在直线与第一子结构121交于三个点。换言之，第一子部122与第二子部123在EF连线上相互连接，而在JK所在的直线处形成间隙，从而第一子结构121的形状大致呈刀叉形，第一子结构121而刀叉形叉口朝向第二子结构124设置。在一些实施例中，第二子结构124的几何中心位于第一子结构121的几何中心的X轴负方向以及Y轴负方向一侧。

在一些实施例中，J为第一凹陷125距离对称轴最近的点，H为第二凹陷126距离对称轴最近的点，换言之，J位于第一凹陷125的底部，H位于第二凹陷126的底部。在一些实施例中，CD与AB的交点为CD的中点，换言之，第二子结构124以AB为分界线的两部分在CD方向上的尺寸相等。进一步地，在一些实施例中，第二子结构124也关于对称轴成轴对称图形，即关于AB成轴对称图形。更进一步地，在一些实施例中，第二子结构124关于对称轴以及CD所在直线均成轴对称图形。如此，能够进一步优化第一子结构121与第二子结构124的形状，有利于提升衍射光学元件100的光学性能。

在一些实施例中，多个微结构120在X轴方向与Y轴方向上呈矩形阵列排布，换言之，在X轴方向上，阵列中同一行的微结构120的几何中心位于同一直线上，且该直线平行于X轴方向；在Y轴方向上，阵列中同一列的微结构120的几何中心位于同一直线上，该直线平行于Y轴方向。参考图1所示，多个微结构120呈矩形阵列排布，在相邻两个微结构120中，其中一个第二子结构124的几何中心在X轴方向上与Y轴方向上均位于两个第一子结构121的几何中心之间。进一步地，在一些实施例中，EF与X轴方向的夹角在30°至60°之间，例如可以为40°、45°或50°。如此，能够对多个微结构120的排列规则进行优化，有利于提升衍射光学元件100的光学性能。

在一些实施例中，衍射光学元件100满足以下条件式：150nm≤AB≤2200nm；150nm≤GF≤2200nm；150nm≤HI≤2200nm；150nm≤JK≤2200nm。其中，AB为第二子结构124较小的尺寸特征，GF、HI和JK分别为第一子结构121三个较小的尺寸特征。满足上述条件式，能够对微结构120中的较小尺寸特征进行合理配置。当微结构120中的较小尺寸特征大于150nm时，微结构120的最小尺寸特征不会过小，从而生产工艺能够满足微结构120的高精度生产需求，有利于提升微结构120的制造良率，也有利于提升衍射光学元件100的光学性能。另外，当微结构120中的较小尺寸特征满足上述条件时，微结构120的较小尺寸特征与红外波段波长相近，对红外波段光线具备良好的衍射效应，有利于提升衍射光学元件100的光学性能。

请再参见图1和图2，在一些实例中，衍射光学元件100在X轴方向上具有第一衍射角度及第二衍射角度，在Y轴方向上具有第三衍射角度与第四衍射角度。具体地，衍射光学元件100在X轴方向上分束形成5束光束，中间光束两侧的第一束光束相对中间光束的衍射角度α1即为第一衍射角度，中间光束两侧的第二束光束相对中间光束的衍射角度α2即为第二衍射角度。同理，衍射光学元件100在Y轴方向上，中间光束两侧的第一束光束相对中间光束的衍射角度β1即为第三衍射角度，中间光束两侧的第二束光束相对中间光束的衍射角度β2即为第四衍射角度。可以理解的是，当衍射光学元件100应用于配置有图像传感器的电子设备中时，第一衍射角度与第二衍射角度分别为图像传感器水平方向的两个衍射角度，第三衍射角度与第四衍射角度分别为图像传感器竖直方向的两个衍射角度。当然，根据实际应用场景的不同需求，在另一些实施例中，X轴方向、Y轴方向与图像传感器的水平方向及竖直方向的对应关系也可相反。

可以理解的是，微结构120的尺寸特征及形状不同，衍射光学元件100于X轴方向与Y轴方向上的衍射角度也不同，多样化的衍射角度设计，使得衍射光学元件100能够满足更多不同场景以及不同电子设备的投射需求。

具体地，在一些实施例中，第二衍射角度α2为第一衍射角度α1的两倍，且第一衍射角度α1在7.5°至17.5°之间，具体可以为：7.5°、10°、12.5°、15°或17.5°。第四衍射角度β2为第三衍射角度β1的两倍，且第三衍射角度在7.5°至17.5°之间，具体可以为7.5°、10°、12.5°、15°或17.5°。根据不同场景及电子设备的需求，衍射光学元件100在X轴方向与Y轴方向上的衍射角度可以为上述衍射角度的任意搭配。

在一些实施例中，通过实验验证，微结构120的上述参数中，AB、JK、AB/JK以及CD/AB的参数数值对衍射光学元件100的衍射角度影响程度较大，换言之，调整该四个参数数值，能够有效调节衍射光学元件100的衍射角度。为进一步提升衍射光学元件100的光学性能，同时有效控制衍射光学元件100的衍射角度，在一些实施例中，对微结构120做进一步设计，使得微结构120满足条件式：800nm≤AB≤1600nm；800nm≤JK≤1600nm；0.88≤AB/JK≤1.13；1.8≤CD/AB≤2.6。

进一步地，在一些实施例中，微结构120满足条件式：1550nm≤CD≤3450nm；1600nm≤EF≤3600nm；750nm≤GF≤1900nm；750nm≤HI≤1600nm；1.80≤EF/JK≤2.30；0.85≤HI/JK≤1.10；0.80≤GF/JK≤1.6。如此，能够对微结构120各参数进行合理配置，从而使得微结构120的尺寸及形状更加合理，有利于提升衍射光学元件100的光学性能。

基于上述记载，以下将提供15个具体的实施例进行说明，各实施例的衍射光学元件100衍射角度如表2所示。其中，H对应图像传感器的水平方向，并与X轴方向对应，即H为X轴方向的衍射角度，同理，V为图像传感器的竖直方向，即Y轴方向的衍射角度。H方向一栏的数值为第一衍射角度α1的数值，V方向一栏为第三衍射角度β1的数值。由于第二衍射角度α2为第一衍射角度α1的两倍，第四衍射角度β2为第三衍射角度β1的两倍，由此，可以根据该表2中的第一衍射角度α1和第三衍射角度β1分别获得对应的二衍射角度α2和第四衍射角度β2基于衍射光学元件100的衍射角度为α1×α2×β1×β2，则表2中的B1所对应的第一实施例中衍射光学元件100的衍射角度选型中，α1和β1的取值均为7.5°，相应地，α2和β2的取值均为15°，此时，该衍射光学元件100的衍射角度为7.5°×15°×7.5°×15°。该表2中的B2为第二实施例中衍射光学元件100的衍射角度选型，具体地，在B2中，衍射光学元件100的衍射角度为10°×20°×7.5°×15°。B3为第三实施例中衍射光学元件100的衍射角选型，在B3中，衍射光学元件100的衍射角度为10°×20°×10°×20°。同理，B4-B15分别为第四实施例至第十五实施例衍射光学元件100的衍射角度选型。可以理解的是，以其中一个实施例为例，衍射光学元件100的衍射角度为7.5°×15°×7.5°×15°，则衍射光学元件100投射光的FOI为15°×30°×15°×30°，在实际使用中，可根据所需的FOI对微结构120各参数进行设计，从而得到相对应的衍射角度。

表2

另外，图4示出了第一实施例到第十五实施例中微结构120的示意图，即对应不同衍射角度的微结构120的形状示意图，同理，B1表示第一实施例中微结构120的示意图，B2表示第二实施例中微结构120的示意图，B3表示第三实施例中微结构120的示意图，以此类推。

各实施例中微结构120的尺寸特征由表3给出，表3中各参数数值单位均为nm。表3中微结构120的尺寸特征均满足上述各条件式，因而各实施例中的衍射光学元件100具备良好的光学性能。由表3可看出，通过调整微结构120的尺寸特征，能够调节衍射光学元件100的衍射角，从而满足不同场景或电子设备的投射需求。

表3

根据表3的数值，可以得到如表4所示的数据，表4中的数据均满足上述各关系式，衍射光学元件100具备良好的光学性能。

表4

序号	衍射角度搭配	AB/JK	CD/AB	EF/JK	HI/JK	GF/JK
							B1	7.5°×15°×7.5°×15°	0.98	2.19	2.23	1.00	0.98
B2	10°×20°×7.5°×15°	1.05	2.00	2.21	0.95	1.24
							B3	10°×20°×10°×20°	1.03	2.09	2.19	1.00	1.00
B4	12.5°×25°×7.5°×15°	0.91	2.58	2.18	1.00	1.18
							B5	12.5°×25°×10°×20°	1.00	2.17	2.03	0.97	1.17
B6	12.5°×25°×12.5°×25°	1.07	1.87	2.04	0.93	1.00
							B7	15°×30°×7.5°×15°	1.00	2.30	2.00	0.97	1.55
B8	15°×30°×10°×20°	1.04	2.10	2.25	1.04	1.29
							B9	15°×30°×12.5°×25°	1.12	1.83	2.04	1.00	1.15
B10	15°×30°×15°×30°	1.04	1.85	2.08	0.96	0.84
							B11	17.5°×35°×7.5°×15°	0.88	2.53	1.97	1.03	1.47
B12	17.5°×35°×10°×20°	1.00	2.00	2.00	0.97	1.03
							B13	17.5°×35°×12.5°×25°	1.13	2.04	2.30	1.09	1.39
B14	17.5°×35°×15°×30°	0.92	1.92	1.81	0.88	1.04
							B15	17.5°×35°×17.5°×35°	1.05	1.87	2.05	0.95	1.00

可以理解的是，在衍射光学元件100的生产中，可以根据所需要的衍射角度，选用其中一个实施例的参数，并根据该实施例的参数在基底110上制得相应的微结构120形成的阵列，从而得到对应的衍射光学元件100。例如，当需要12.5°×25°×12.5°×25°的衍射角时，对应表1可采用第六实施例B6，从而根据表2及表3中的参数制得对应的衍射光学元件100。

请参见图1和图5，图5为一些实施例中衍射光学元件100的剖面示意图。衍射光学元件100的生产工艺不限，包括但不限于为纳米光刻技术或纳米压印技术等，只要能够在基底110上形成由微结构120构成的阵列即可。在一些实施例中，先采用纳米光刻技术制造出与分束阵列相对应的模具。例如，微结构120为基底110表面上的凸起结构，则模具具有与微结构120形成的阵列的形状相对应的凹陷结构。在基底110上涂覆光刻胶，从而通过模具采用纳米压印技术将基底110上的光刻胶压印形成微结构120构成的阵列。需要说明的是，微结构120还可以为基底110表面的凹陷结构，则模具具有与微结构120构成的阵列形状相对应的凸起结构。

当然，也可直接在基底110上采用纳米光刻技术制备微结构120。然而，由于光刻模板面积通常远小于微结构120构成的阵列的面积，若直接在基底110上采用纳米光刻技术制备微结构120构成的阵列，则需要多次移动光刻模板方能满足大面积微结构120阵列的制造。而先制造模具，再通过模具压印制备微结构120阵列，仅需在模具制造过程中多次移动光刻模板，制得模具后便可通过模具快速量产微结构120阵列，有利于提升生产效率。

另外，为配合制造工艺，顺利生产微结构120阵列并避免损伤基底110，通过光刻胶制得微结构120阵列后，基底110与微结构120之间还会留有余胶层130。例如，在图5所示的实施例中，基底110的表面覆盖有余胶层130，微结构120形成于余胶层130上。在一些实施例中，基底110的厚度为0.1mm-0.5mm，具体可以为0.3mm，余胶层130的厚度为1um-5um，具体可以为3um，微结构120的高度，即微结构120在垂直于余胶层130表面的方向上的尺寸为0.5um-1um，具体可以为0.8um。如此设置，有利于配合制造工艺顺利在基底110上形成微结构120阵列，也能够使得制得的衍射光学元件100具备足够的结构强度。基底110的材质不限，可以为任意适用的透光材质，包括但不限于为硅、二氧化硅、硼硅酸钠玻璃、蓝宝石等。

请参见图1与图6，图6示出了一些实施例中电子设备200的示意图。在一些实施例中，衍射光学元件100与光源211组装形成投射模组210，并应用于电子设备200中，电子设备200还包括接收模组220。具体地，电子设备200可以基于散斑结构光或dToF等任意适用需借助点阵投射获取深度信息的技术。光源211能够发射红外光束，例如光源211能够发射940±50nm的红外光束。衍射光学元件100位于光源211的出光侧，衍射光学元件100能够将光源211出射的单光束分束为5×5的多光束，并投射到被测物体230上。投射模组210投射到待测物体上的光束经被测物体230反射后被接收模组220接收，其中，接收模组220可配置有图像传感器。接收模组220能够根据投射模组210投射的光束信号以及经被测物体230反射的光束信号，获取被测物体230的深度信息，从而实现三维检测功能。

在电子设备200中采用上述衍射光学元件100，衍射光学元件100能够将单光束分束为5×5的多光束并具备良好的光学性能，有利于提升电子设备200的检测精度。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种衍射光学元件，其特征在于，用于将单束光分束为5×5的多束光，所述衍射光学元件包括：

基底；以及

在所述基底上呈阵列排布的多个微结构，所述微结构在所述基底上的投影轮廓包括相互间隔的第一子结构和第二子结构，所述第一子结构关于对称轴呈轴对称图形，所述第一子结构包括本体与从所述本体朝向所述第二子结构延伸的第一支部和第二支部，所述第一支部和所述第二支部与所述对称轴相间隔设置，并关于所述对称轴呈轴对称图形；

且所述微结构满足以下条件式：

0.75＜AB/JK＜1.25；1.5＜CD/AB＜3；1.5＜EF/JK＜2.5；

0.8＜HI/JK＜1.2；0.5＜GF/JK＜1.9；

2.根据权利要求1所述的衍射光学元件，其特征在于，JK所在直线与所述第一子结构的轮廓交于四个点，HI所在直线与所述第一子结构的轮廓交于两个点，GF所在直线与所述第一子结构交于三个点。

3.根据权利要求1所述的衍射光学元件，其特征在于，所述第二子结构关于AB成轴对称图形，所述第二子结构关于CD成轴对称图形。

4.根据权利要求1-3任一项所述的衍射光学元件，其特征在于，满足以下条件式：

150nm≤AB≤2200nm；150nm≤JK≤2200nm。

5.根据权利要求1-3任一项所述的衍射光学元件，其特征在于，满足以下条件式：

800nm≤AB≤1600nm；800nm≤JK≤1600nm；0.88≤AB/JK≤1.13；

1.8≤CD/AB≤2.6。

6.根据权利要求5所述的衍射光学元件，其特征在于，满足以下条件式：

1550nm≤CD≤3450nm；1600nm≤EF≤3600nm；750nm≤GF≤1900nm；

750nm≤HI≤1600nm；1.80≤EF/JK≤2.30；0.85≤HI/JK≤1.10；

0.80≤GF/JK≤1.6。

7.根据权利要求1-3任一项所述的衍射光学元件，其特征在于，EF与所述X轴方向的夹角在30°至60°之间。

8.根据权利要求7所述的衍射光学元件，其特征在于，所述衍射光学元件在所述X轴方向上具有第一衍射角度及第二衍射角度，所述第二衍射角度为所述第一衍射角度的两倍，所述衍射光学元件在所述Y轴方向上具有第三衍射角度和第四衍射角度，所述第四衍射角度为所述第三衍射角度的两倍；

所述第一衍射角度在7.5°至17.5°之间；

所述第三衍射角度在7.5°至17.5°之间。

9.一种投射模组，其特征在于，包括光源以及如权利要求1-8任一项所述的衍射光学元件，所述衍射光学元件用于对所述光源发射的光线进行分束。

10.一种电子设备，其特征在于，包括接收模组以及如权利要求9所述的投射模组，所述投射模组用于向被测物体投射光线，所述接收模组用于接收被待测物体反射的光线。