CN116626789A - 面光源投射装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种面光源投射装置，包括：发光模块以及绕射光学组件模块。其中，该绕射光学组件模块上具有两层微米绕射层，该多个微米绕射层包含有多个微米结构，该多个微米结构的形状设置为锥形、圆盘状或以上形状的组合，该多个微米结构具有一外径，并且该多个微米结构的外径介于发光模块输出光束的窄半波宽入射波长的5倍至200倍之间。因此，提供一种具有耐受高能雷射持续照射后产生的热累积的面光源投射装置，以利于长时间照射以及远距离感测的面光源投射装置。

Description

面光源投射装置

技术领域

本发明关于一种面光源投射装置，应用于飞时测距装置(Time-of-Flight，ToF)。本发明特别关于一种包括具有多个微米结构的微米绕射层的面光源投射装置。

背景技术

近年来，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进行行动商务或娱乐休闲等用途。其中，3D感测技术因交互式的游戏机应用成功，逐渐带动风潮，并且3D感测技术也可以应用于近距离的人脸或物体辨识、中距离的AR/VR应用、建筑物室内检测及自动驾驶所需的光学雷达以及远距离的物体遥测，使得各种3D感测技术蓬勃发展，目前为人所知的3D技术分别是立体视象感测、飞时测距感测、以及结构光感测。

其中，飞时测距感测技术是通过光源发射时间与接收到回授光的时间差，以取得多个距离值分布，而建立三维扫描结果。目前市面上主流用于飞时测距感测技术的发射光源可以分为准直光系统以及面光源系统，例如：垂直共振腔面射型雷射(Vertical CavitySurface Emitting Laser，VCSEL)，但由于准直光系统由一光源经由至少由两片透镜组成的光准直镜组形成准直光，再经由绕射组件投射而出数百至数万个光斑，这些光斑投射的距离与光源的发光功率成正比关系，适合短距离至长距离的应用，但是，这将增加面光源投射装置的厚度，并不适合行动装置的薄型化；采用面光源系统是最适合行动装置使用的发射光源，但是其投射距离受限于其发光功率，应用只能限于中短距离。

然而，面光源投射装置发出的光线，需要经过扩散片或者绕射片的扩散、散射，以加大光线投射的角度范围，以涵盖到三维扫描装置的视角(Filed-of-View)，目前的扩散片或者绕射片皆是采用高分子材料压印的方式制作，与面光源投射装置中的雷射光源搭配使用时，存在热累积的问题，尤其是在某些特殊环境需要使用短波长雷射(蓝光雷射或紫光雷射)，高分子材料更容易吸收这些波长造成材料结构劣化及形变，因而失去光扩散或光绕射功能的缺点，同时由于雷射光源集束性高以及光能量强，如果持续照射于胶材结构上，可能造成胶材结构热聚积起火等风险，并且这些问题难以通过物理特性的变化预防监控，因此，如何提供一种稳定安全且有效发散光束的扩散片或者绕射组件，此为一亟待解决的问题。

然而，使用扩散片，虽然可以均匀的将一束光发散投射且对光源的准直性要求不高，但有三个使用上的问题。一、会破坏光的偏振性，二、光的使用效率差，三、会破坏光的指向性，仅适用于中短距离投射及一般感测。另一方面，绕射组件是将一束光形成数百个至数万个光斑投射，因此绕射组件的光源对准直性的要求高，且设计不良的绕射组件会有严重的零级光斑(Zero order)。但是，绕射组件具有对于光的使用效率高且可保持光的偏振性及指向性等优点，因此适用于短距离至长距离的感测及有助于须维持光偏振性的特殊感测需求。

有鉴于上述缺点，发明人针对该多个缺点研究改进，终于有本发明产生。

发明内容

本发明的目的是提供一种面光源投射装置，其具有一绕射光学组件模块，该绕射光学组件模块上具有两微米绕射层，该多个微米绕射层包含有多个微米结构，其中，该多个微米结构的外径设置为发光模块发射光束的窄半波宽入射波长的5倍至200倍之间，使得光束通过绕射光学组件模块后产生的绕射光实现一种具有高密度的点矩阵且低零级绕射强度的绕射图案，借此，本发明提供一种面光源投射装置可适用于飞时测距感测技术且耐受高能雷射照射后的热累积，以利于长时间照射以及远距离感测，也适用于短波长雷射照射的耐光劣化的特殊环境影像感测。

为达上述目的，本发明提供一种面光源投射装置，包括：一绕射光学组件模块，其具有一入光面和一出光面，并且该绕射光学组件模块上设置有两层微米绕射层；一发光模块，其用于输出具有准直性的一光束，该光束具有一窄半波宽入射波长，该光束从该入光面入射进该绕射光学组件模块，并通过绕射光学组件模块后从该出光面输出该绕射光；其中，该多个微米绕射层包含有多个微米结构，该多个微米结构的形状设置为锥形、圆盘状或以上形状的组合，该多个微米结构具有一外径，并且该多个微米结构的该外径介于该窄半波宽入射波长的5倍至200倍之间，其影响绕射光斑的尺寸。

较佳地，根据本发明的面光源投射装置的绕射组件，其中，该多个微米结构的高度介于该外径的0.05倍至0.2倍之间。

较佳地，根据本发明的面光源投射装置的绕射组件，其中，该多个微米结构两两之间的间距介于该外径的0.5倍至5倍之间。

较佳地，根据本发明的面光源投射装置的绕射组件，其中，该多个微米结构的表面粗糙度(Ra)介于0.5nm至50nm之间。

较佳地，根据本发明的面光源投射装置，其中，该多个微米绕射层分别为一第一微米绕射层以及一第二微米绕射层。

较佳地，根据本发明的面光源投射装置，其中，该第一微米绕射层设置于该绕射光学组件模块的该入光面，该第二微米绕射层设置于该绕射光学组件模块的该出光面。

较佳地，根据本发明的面光源投射装置，其中，该绕射光学组件模块包含有：一第一绕射光学组件，该第一绕射光学组件具有一第一上表面以及一第一下表面；以及一第二绕射光学组件，该第二绕射光学组件具有一第二上表面以及一第二下表面；其中，该第一微米绕射层设置于该第一绕射光学组件的该第一上表面，该第二微米绕射层设置于该第二绕射光学组件，该光束从该第一下表面入射进该绕射光学组件模块，并通过该绕射光学组件模块后从该第二上表面输出该绕射光。

较佳地，根据本发明的面光源投射装置，其中，该第二微米绕射层设置于该第二下表面。

较佳地，根据本发明的面光源投射装置，其中，该第二微米绕射层设置于该第二上表面。

较佳地，根据本发明的面光源投射装置，其中，该第一微米绕射层具有一第一方向，该第一方向平行于该第一微米绕射层的中心处的垂直平分线，该第二微米绕射层具有一第二方向，该第二方向平行于该第二微米绕射层的中心处的垂直平分线，该第一方向与该第二方向具有一相对角度，该相对角度介于5度至90度之间。

较佳地，根据本发明的面光源投射装置，其中，该相对角度介于19-21度，以60度为一周期。

较佳地，根据本发明的面光源投射装置，其中，该微米绕射层的该多个微米结构系呈六角最密排列。

较佳地，根据本发明的面光源投射装置，其中，该多个微米绕射层分别设置于该绕射光学组件模块的该入光面以及该出光面。

较佳地，根据本发明的面光源投射装置，其中，该绕射光学组件模块可以进一步包含有一基板，该基板、该微米绕射层、与该多个微米结构由干式蚀刻形成，该绕射光学组件模块的材料为透明晶体或玻璃。

本发明所提供的面光源投射装置，主要利用两微米绕射层的微米结构的外径设置为发光模块发射光束的窄半波宽入射波长的5倍至200倍之间，使得光束通过绕射光学组件模块后产生具有高密度的点矩阵的绕射光。并且，进一步通过调整高度的范围以控制绕射光斑的光强度及零级绕射强度，调整间距的范围以控制光斑的距离及范围，以及调整表面粗糙度的范围以控制光的使用效率及零级绕射强度，使得光束通过绕射光学组件模块后产生的绕射光实现一种具有高密度的点矩阵且低零级绕射强度的绕射图案。此外，本发明的两微米绕射层由干式蚀刻形成，且绕射光学组件模块的材料为透明晶体或玻璃，使得本发明提供一种面光源投射装置可适用于飞时测距感测技术且耐受高能雷射照射后的热累积，以利于长时间照射以及远距离感测，也适用于短波长雷射照射的耐光劣化的特殊环境影像感测，具有广泛适用性及高度稳定性等功效。

为使本领域的技术人员了解本发明的目的、特征及功效，借由下述具体实施例，并配合所附的图式，对本发明详加说明如下。

附图说明

图1为本发明的面光源投射装置的示意图；

图2为说明本发明的发光模块发射入射光至绕射光学组件模块的示意图；

图3为本发明的微米绕射层的示意图；

图4为本发明第一实施例的面光源投射装置的示意图；

图5为本发明第一实施例的绕射光学组件模块的示意图；

图6为本发明第一实施例的微米结构的示意图；

图7为本发明第一实施例的微米结构的放大示意图；

图8为示例性说明第一绕射光学组件与第二绕射光学组件之间的夹角示意图；

图9为本发明第二实施例的绕射光学组件模块的示意图；

图10为本发明第三实施例的绕射光学组件模块的示意图。

附图标记说明：

100、100A、100B：面光源投射装置；

11、11A、11B：发光模块；

12、12A、12B：绕射光学组件模块；

121、121B：第一绕射光学组件；

1211、1211B：第一上表面；

1212、1212B：第一下表面；

122、122B：第二绕射光学组件；

1221、1221B：第二上表面；

1222、1222B：第二下表面；

21、21A：入光面；

22、22A：出光面；

31、31A：微米绕射层；

311、311B：第一微米绕射层；

312、312B：第二微米绕射层；

32：微米结构；

33：基板；

41：第一方向；

42：第二方向；

d：间距；

h：高度；

L：光束；

Ld：绕射光；

φ：外径；

θ：相对角度。

具体实施方式

现在将参照示出本发明概念的示例性实施例的附图在下文中更充分地阐述本发明概念。以下借由参照附图更详细地阐述的示例性实施例，本发明概念的优点及特征以及其达成方法将显而易见。然而，应注意，本发明概念并非仅限于以下示例性实施例，而是可实施为各种形式。因此，提供示例性实施例仅是为了揭露本发明概念并使本领域的技术人员了解本发明概念的类别。在图式中，本发明概念的示例性实施例并非仅限于本文所提供的特定实例且为清晰起见而进行夸大。

本文所用术语仅用于阐述特定实施例，而并非旨在限制本发明。除非上下文中清楚地另外指明，否则本文所用的单数形式的用语“一”及“该”旨在亦包括复数形式。本文所用的用语“和/或”包括相关所列项其中一或多者的任意及所有组合。应理解，当称组件“连接”或“耦合”至另一组件时，所述组件可直接连接或耦合至所述另一组件或可存在中间组件。

相似地，应理解，当称一个组件(例如层、区或基板)位于另一组件“上”时，所述组件可直接位于所述另一组件上，或可存在中间组件。相比之下，用语“直接”意指不存在中间组件。更应理解，当在本文中使用用语“包括”、“包含”时，是表明所陈述的特征、整数、步骤、操作、组件、和/或组件的存在，但不排除一或多个其他特征、整数、步骤、操作、组件、组件、和/或其群组的存在或添加。

此外，将借由作为本发明概念的理想化示例性图的剖视图来阐述详细说明中的示例性实施例。相应地，可根据制造技术和/或可容许的误差来修改示例性图的形状。因此，本发明概念的示例性实施例并非仅限于示例性图中所示出的特定形状，而是可包括可根据制造制程而产生的其他形状。图式中所例示的区域具有一般特性，且用于说明组件的特定形状。因此，此不应被视为仅限于本发明概念的范围。

亦应理解，尽管本文中可能使用用语“第一”、“第二”、“第三”等来阐述各种组件，然而该些组件不应受限于该些用语。该些用语仅用于区分各个组件。因此，某些实施例中的第一组件可在其他实施例中被称为第二组件，而此并不背离本发明的教示内容。本文中所阐释及说明的本发明概念的态样的示例性实施例包括其互补对应物。本说明书通篇中，相同的参考编号或相同的指示物表示相同的组件。

此外，本文中参照剖视图和/或平面图来阐述示例性实施例，其中所述剖视图和/或平面图是理想化示例性说明图。因此，预期存在由例如制造技术和/或容差所造成的相对于图示形状的偏离。因此，示例性实施例不应被视作仅限于本文中所示区的形状，而是欲包括由例如制造所导致的形状偏差。因此，图中所示的区为示意性的，且其形状并非旨在说明装置的区的实际形状、亦并非旨在限制示例性实施例的范围。

请参照图1，图1为本发明的面光源投射装置的示意图。如图1所示，本发明的面光源投射装置100包括：发光模块11以及绕射光学组件模块12。

请同时配合参照图2，图2为说明本发明的发光模块发射入射光至绕射光学组件模块的示意图。如图2所示，本发明的发光模块11，其用于输出光束L，光束L具有特定的窄半波宽入射波长(图未示)，并且光束L可以是具高度指向性的光束。在一些实施例中，发光模块11可以是可同时发射出多道光束的垂直共振腔面射型雷射(vertical-cavity surface-emitting laser，VCSEL)模块。在其他实施例中，发光模块11也可以是可发出单一光束的边射型雷射二极管(edge-emitting laser diode)模块、经过准直后的发光二极管(light-emitting diode，LED)模块或是其他适当的光源，且光源的数量可以是一个，也可以是多个，然而本发明不限于此。

请参照图2及图3所示，图3为本发明的微米绕射层的示意图。根据本发明的绕射光学组件模块12，其用于供光束L通过而形成向外投射的绕射光Ld，绕射光学组件模块12具有入光面21和出光面22，入光面用于接收该光束L，并且出光面22用于输出该绕射光Ld，其中，绕射光学组件模块12具有两微米绕射层31，并且该多个微米绕射层31具有多个微米结构32，该多个微米结构32的外径φ介于该光束L的窄半波宽入射波长的5倍至200倍之间。需要进一步说明的是，微米结构32的外径φ可以供使用者调整绕射光Ld所形成的绕射图案的光斑密度，当外径φ越大时，绕射光Ld所形成的绕射图案的光斑密度越低，其优点在于绕射光Ld所形成的绕射图案范围较大，可以在较小尺寸的面光源投射装置100上实现3D感测，但缺点在于光斑密度低的情况下难以实现远距离感测，反之，当外径φ越小时，绕射光Ld所形成的绕射图案的光斑密度越高，其优点在于3D感测精准度高，且可以实现远距离感测，但缺点在于过小的外径φ将导致产生的绕射图案的范围过小，造成面光源投射装置100的尺寸难以缩减，不符合实际应用需求。

借此，本发明的面光源投射装置100，其借由绕射光学组件模块12将原本的光束L转换为绕射光Ld，同时搭配将微米结构32的外径φ设置为介于该光束L的窄半波宽入射波长的5倍至200倍之间，达到具有高密度的点矩阵的绕射图案，其中，绕射图案的光斑具备均匀光强度以及高密集度等优点，以实现远距离感测的功效。

值得一提的是，本发明的绕射光学组件模块12必须具备两微米绕射层31，其原因在于，当仅使用单层微米绕射层作为绕射光学组件模块12时，在小尺寸的面光源投射装置100上绕射光Ld所形成的绕射图案的光斑密度不足以覆盖大面积的投射范围，同上所述，光斑密度低的情况下难以实现远距离感测，同时也造成远距离感测的精准度大幅下降。因此，本发明借由两微米绕射层31相互搭配，使得绕射光Ld形成一种具有高密度的点矩阵的绕射图案。值得说明的是，绕射层31相互搭配不限于2层，上述的实际制程仅为举例说明之用，并非用于限制本发明。

具体地，在一些实施例中，本发明的微米结构32的形状可以设置为锥形、圆盘状或以上形状的组合。需要进一步说明的是，本文中所称的外径φ，其可以是任意微米结构32的宽度的表示，当微米结构32为圆盘状时，外径φ可以为微米结构32的外径φ，当微米结构32非圆盘状时，外径φ可以使用最接近微米结构32的圆柱型结构的外径表示，然而本发明不限于此。

具体地，在一些实施例中，该多个微米结构32的高度介于外径φ的0.05倍至0.2倍之间。需要进一步说明的是，微米结构32的高度可以供使用者调整绕射光Ld所形成的绕射图案的光斑光强均匀度，其原因在于，微米结构32的高度与光束L的外径φ的搭配，将影响绕射光Ld的绕射因子和干涉因子，使得绕射图案的光斑光强均匀度产生变化。可以理解的是，当微米结构32的高度过小的情况下，光束L穿过绕射光学组件模块12后将无法形成绕射光Ld。此外，在实际制程上，微米结构32的高度越高，则微米结构32的晶体的均匀度亦将下降，从而进一步影响绕射光Ld所形成的绕射图案的光斑光强均匀度。值得说明的是，上述的实际制程仅为举例说明之用，并非用于限制本发明。

具体地，在一些实施例中，该多个微米结构32两两之间的间距可以供使用者调整绕射光Ld所形成的绕射图案的范围，其中，当间距越大时，绕射光Ld所形成的绕射图案的范围越大，反之，当间距越小时，绕射光Ld所形成的绕射图案的范围越小。可以理解的是，使用者可以视其需求，选择何种间距搭配上述的微米结构32的外径φ较为适切。值得一提的是，在本发明较佳实施例中，微米结构32的两两之间的距离必须介于外径φ的0.5倍至5倍之间，其原因在于，微米结构32的两两之间的距离小于r的0.5倍时，将导致绕射光Ld所形成的绕射图案的范围过小，不符合实际应用的需求，反之，当为了提升绕射光Ld所形成的绕射图案的范围而提高间距时，由于外径φ过小将导致光束L穿过绕射光学组件模块12后无法形成绕射光Ld。

具体地，在一些实施例中，该多个微米结构32的表面粗糙度(Ra)会影响绕射光Ld所形成的绕射图案的零级绕射强度及光的使用效率，其中，当Ra越大时，光的使用效率会变差，同时，零级绕射强度变弱，甚至会低于一级绕射强度，反之，当Ra越小时，光的使用效率会愈高，同时，零级绕射强度会愈强，可以理解的是，使用者可以视其需求，选择何种间距搭配上述的微米结构32的表面粗糙度Ra较为适切。值得一提的是，在本发明较佳实施例中，微米结构32的表面粗糙度Ra必须介于0.5nm至50nm之间，其原因在于，微米结构32的Ra小于0.5nm时，其零级绕射会太强，不符合实际应用的需求，反之，当为了降低绕射光Ld所形成的零级绕射强度而提高Ra时，由于Ra超过50nm时，将导致光束L穿过绕射光学组件模块12后光的有效利用率低，绕射光斑强度不足。

因此，本发明的面光源投射装置100，其借由调整微米结构32的高度以及间距，进一步加强绕射光Ld所形成的绕射图案的强度均匀度以及光斑密集度，提升远距离感测的稳定度以及准确度，实现一种具有大范围及高光强均匀度的点矩阵的绕射图案，同时微米结构32亦具有良好的光学特性符合实际应用需求。

值得再提的是，在一些实施例中，本发明的微米绕射层31的该多个微米结构32呈六角最密排列，六角最密排列为空间利用率最高的排列方式，如此一来，通过将微米结构32呈六角最密排列进一步提升绕射光Ld所形成的绕射图案的光斑密集度，大幅提升远距离感测的准确度，然而本发明不限于此。

具体地，本发明的微米绕射层31的微米结构32可以由单一材料经由干式蚀刻形成，如此微米结构32的外观形状得以有效控制，相较于现有技术中由有机材料形成的光学结构来说，本发明的实施例的微米结构32不易产生裂化或裂解，也耐受物理性磨擦，因此微米绕射层31可具有稳定的光学性质。此外，在一些实施例中，微米绕射层31的材料可以包括透明晶体或玻璃，例如为蓝宝石(sapphire)或石英(Quartz)。具体来说，蓝宝石具有高硬度、高熔点以及高折射率多个特性。蓝宝石的莫氏硬度为9，属于硬度高且耐磨的材料，因此可使微米绕射层31的微米结构32不易受损。再者，蓝宝石的熔点大于摄氏2000度且导热性佳，因此即使长时间受到光源照射，也不易产生形变，有助于微米绕射层31保持稳定的光学性质。此外，由于蓝宝石的晶格堆积亦为六角系统(Hexagonal System)，在一些实施例中，可以与呈六角最密排列的微米结构32相互搭配，进一步提升绕射光Ld所形成的绕射图案的光斑密集度，然而本发明不限于此。

具体地，在一些实施例中，微米绕射层31可以分别设置于绕射光学组件模块12的入光面21以及出光面22。在另一些实施例，绕射光学组件模块12可以进一步包含有第一绕射光学组件以及第二绕射光学组件，其中，第一绕射光学组件上设置有第一微米绕射层，第二绕射光学组件上设置有第二微米绕射层。如此一来，通过双层的光学组件的设置，用户可以根据自身需求调整光学组件之间的夹角，以控制绕射光Ld所形成的绕射图案以及光斑密集度，大幅提升本发明的面光源投射装置100应用范围，使得本发明具有广泛适用性，然而本发明不限于此。

因此，本发明通过调整微米绕射层31的该多个微米结构32的排列方式，进一步提升绕射光Ld所形成的绕射图案的光斑密集度，大幅提升远距离感测的准确度，同时搭配双层的光学组件的设置，使得本发明具有广泛适用性。

第一实施例

以下，参照图式，说明本发明的面光源投射装置100的第一实施的实施形态。

请参阅图4及图5所示，图4为本发明第一实施例的面光源投射装置的示意图；图5为本发明第一实施例的绕射光学组件模块的示意图。如图4所示，本发明第一实施例的面光源投射装置100，其应用于3D感测系统，该面光源投射装置100包括：发光模块11以及绕射光学组件模块12，其中，绕射光学组件模块12包含有第一绕射光学组件121以及第二绕射光学组件122，第一绕射光学组件121上设置有第一微米绕射层311，第二绕射光学组件122上设置有第二微米绕射层312，并且第一微米绕射层311以及第二微米绕射层312皆具有多个微米结构32，分别为微米结构32-1以及微米结构32-2，另，在本实施例中，绕射光学组件模块12具有基板33，基板33与微米结构32为一体成形。

具体地，如图4所示，本发明的第一实施例的绕射光学组件模块12的第一微米绕射层311以及第二微米绕射层312的该多个微米结构32通过蚀刻的制程实现一体成形，该绕射光学组件模块12的材料为晶体，例如为蓝宝石，由于蓝宝石属于硬度高且耐磨的材料，可提供绕射光学组件模块12保持稳定的光学性质外，如上所述，蓝宝石的晶格堆积亦为六角系统，可以与呈六角最密排列的微米结构32相互搭配，进一步提升绕射光Ld所形成的绕射图案的光斑密集度，然而本发明不限于此。

具体地，如图4及图5所示，本发明第一实施例的第一绕射光学组件121，其具有第一上表面1211以及第一下表面1212，在本实施例中，第一下表面1212相当于绕射光学组件12的入光面21，并且第一绕射光学组件121上设置有第一微米绕射层311，第一微米绕射层311设置于第一上表面1211。本发明第一实施例的第二绕射光学组件122，其具有第二上表面1221以及第二下表面1222，在本实施例中，第二上表面1221相当于绕射光学组件12的出光面22，并且第二绕射光学组件122上设置有第二微米绕射层312，第二微米绕射层312设置于第二上表面1221。具体地，在本实施例中，光束L通过绕射光学组件模块12而形成向外投射的绕射光Ld，光束L从第一下表面1212入射进绕射光学组件模块12，并且从第二上表面1221输出该绕射光Ld，然而本发明不限于此。

值得一提的是，在本实施例中，第一微米绕射层311的微米结构32-1与第二微米绕射层312的微米结构32-2完全相同，以保证绕射光Ld所形成的光斑在未重叠的情况下可以具有一致的光斑光强度，以保证远距离感测的准确度，然而本发明不限于此。

具体地，请参阅图6及图7所示，图6为本发明第一实施例的微米结构的示意图；图7为本发明第一实施例的微米结构的放大示意图。如图6及图7所示，本发明第一实施例的微米结构32呈六角最密排列，六角最密排列为空间利用率最高的排列方式，而且，本发明第一实施例的晶体材料亦为六角最密堆积，并且微米结构32系为圆柱状，借此大幅绕射光Ld所形成的绕射图案兼具均匀的光斑光强度以及高光斑密集度，达成提升远距离感测准确度的功效。具体地，在本实施例中，微米结构32的外径φ介于该光束L的窄半波宽入射波长的5倍至200倍之间，微米结构32的高度h介于外径φ的0.05倍至0.2倍之间，微米结构32的两两之间的间距d介于外径φ的0.5倍至5倍之间，微米结构32的表面粗糙度Ra介于0.5nm至50nm之间。如此一来，本发明第一实施例的面光源投射装置100，其进一步加强绕射光Ld所形成的绕射图案的光斑的强度均匀度以及光斑密集度，提升远距离感测的稳定度以及准确度。

请参阅图8所示，图8为示例性说明第一绕射光学组件与第二绕射光学组件之间的夹角示意图。如图8所示，在本实施例中，第一微米绕射层311的中心点与第二微米绕射层312的中心点垂直对位，第二微米绕射层312以中心点为圆心相对第一微米绕射层311旋转一相对角度θ，使通过第一微米绕射层311中心点的第一方向41与通过第二微米绕射层312中心点的第二方向42之间具有相对角度θ。较佳地，在本实施例中，该相对角度θ为12度时绕射光Ld可以具有最佳的光斑的强度均匀度以及光斑密集度，然而本发明不限于此。

需要进一步说明的是，在本实施例中相对角度θ理想为12度，然而本发明的实施例可能受制于量测仪器的误差，根据本发明所使用的量测仪器所量测第一方向41与第二方向42之间的相对角度θ理想是介于10度至14度的范围。然而，使用者可视需求，选择误差范围更小的量测相对角度θ，其量测值可能更小。在此仅为示例性说明，本发明不限于此。另外，本发明所指的相对角度θ可界定为光束L为红外光范围(例如830nm以上)下所测量，并且第一微米绕射层311与第二微米绕射层312完全相同；或者，为了方便说明，本发明所指的相对角度θ可界定光束L为940nm下量测。

具体地，当利用前述方式调整通过第一微米绕射层311中心处的第一方向41与通过第二微米绕射层312中心处的第二方向42之间的相对角度θ为5度时，所产生的绕射光Ld的光斑分布呈六角分布的绕射图案，其原因在于，本发明第一实施例的晶体材料为六角最密堆积，同时由于部分的绕射光Ld的光斑(亦即绕射点)相互重叠排列，造成绕射点中具有较高光强度的光斑覆盖较低光强度的光斑，使得绕射光Ld所形成的光斑的强度均匀度较差。另一方面，当第一微米绕射层311的中心处的第一方向41与第二微米绕射层312的中心处的第二方向42之间的相对角度θ为12度时，所产生的绕射光Ld的光斑分布呈均匀地分布，其原因在于，本实施例通过调整相对角度θ改变绕射光Ld的光斑位置，减少绕射光Ld的光斑相互重叠，从而大幅提升射光Ld的光斑的强度均匀度以及光斑密集度，借此，使得远距离感测的感测讯号可以提升，强化远距离感测的轮廓辨识。可以理解的是，使用者可以视其需求调整相对角度θ，相对角度θ的范围可以介于0度至90度之间，例如相对角度θ可以是5度、10度以及20度等，以选择何种绕射光Ld所形成的绕射图案较为适切，本发明不应被解释为仅限于此。

因此，本发明第一实施例的面光源投射装置100，其借由调整第一微米绕射层311与第二微米绕射层312之间的相对角度θ，以调整第一微米绕射层311的微米结构32与第二微米绕射层312的微米结构32的相对位置，实现一种具有高密度的点矩阵的绕射图案以适用于飞时测距感测系统。

以下提供面光源投射装置的其他示例，以使本发明所属技术领域中的技术人员更清楚的理解可能的变化。以与上述实施例相同的组件符号指示的组件实质上相同于上述参照图1至图3所叙述者。与面光源投射装置100相同的组件、特征、和优点将不再赘述。

具体地，请参阅图9所示，图9为本发明第二实施例的绕射光学组件模块的示意图。第二实施例的面光源投射装置100A与第一实施例的面光源投射装置100的不同之处在于，在本实施例中，面光源投射装置100A的绕射光学组件模块12A为单基板结构，该多个微米绕射层31A分别设置于绕射光学组件模块12A的入光面21A以及出光面22A，并且该多个微米绕射层31A可以具有完全相同的微米结构32。在本实施例中，微米绕射层31A可以先通过蚀刻的方式设置于入光面21A以及出光面22A其中之一者，第一层的微米绕射层31A设置完成后，将绕射光学组件模块12A旋转相对角度θ后，再设置另一层的微米绕射层31A于该入光面21A以及该出光面22A其中之另一者，然而本发明不限于此。

具体地，请参阅图10所示，图10为本发明第三实施例的绕射光学组件模块的示意图。第三实施例的面光源投射装置100B与第一实施例的面光源投射装置100的不同之处在于，在本实施例中，面光源投射装置100B的绕射光学组件模块12B具有第一绕射光学组件121B以及第二绕射光学组件122B，第一微米绕射层311B设置于第一绕射光学组件121B的第一上表面1211B，第二微米绕射层312B设置于第二绕射光学组件122B的第二下表面1222B。值得一提的是，在本实施例中，第一微米绕射层311B与第二微米绕射层312B的微米结构32完全相同，以保证绕射光Ld所形成的光斑在未重叠的情况下可以具有一致的光斑光强度，以保证远距离感测的准确度。

可以理解的是，第二微米绕射层312B的设置位置皆不会大幅影响面光源投射装置100所形成的绕射光Ld，以及绕射光Ld所形成绕射图案的光斑的强度均匀度以及密集度，并且本发明所属技术领域中的技术人员能够基于上述示例再作出各种变化和调整，在此不再一一列举。

以上借由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，所属技术领域的技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

以上所述的是本发明的优选实施方式，应当指出对于本技术领域的普通人员来说，在不脱离本发明所述的原理前提下还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也在本发明的保护范围内。

Claims (12)

1.一种面光源投射装置，其特征在于，包括：

一绕射光学组件模块，其具有一入光面和一出光面，并且所述绕射光学组件模块上设置有两层微米绕射层；

一发光模块，其用于输出具有准直性的一光束，所述光束具有一窄半波宽入射波长，所述光束从所述入光面入射进所述绕射光学组件模块，并通过绕射光学组件模块后从所述出光面输出绕射光；

其中，多个所述微米绕射层包含有多个微米结构，所述多个微米结构的形状设置为锥形、圆盘状或以上形状的组合，所述多个微米结构具有一外径，并且所述多个微米结构的所述外径介于所述窄半波宽入射波长的5倍至200倍之间。

2.根据权利要求1所述的面光源投射装置，其特征在于，所述多个微米结构的高度介于所述外径的0.05倍至0.2倍之间。

3.根据权利要求1所述的面光源投射装置，其特征在于，所述多个微米结构两两之间的间距介于所述外径的0.5倍至5倍之间。

4.根据权利要求1所述的面光源投射装置，其特征在于，所述多个微米结构的表面粗糙度介于0.5nm至50nm之间。

5.根据权利要求1所述的面光源投射装置，其特征在于，所述多个微米绕射层分别为一第一微米绕射层以及一第二微米绕射层。

6.根据权利要求5所述的面光源投射装置，其特征在于，所述第一微米绕射层设置于所述绕射光学组件模块的所述入光面，所述第二微米绕射层设置于所述绕射光学组件模块的所述出光面。

7.根据权利要求5所述的面光源投射装置，其特征在于，所述绕射光学组件模块包含有：

一第一绕射光学组件，所述第一绕射光学组件具有一第一上表面以及一第一下表面；以及

一第二绕射光学组件，所述第二绕射光学组件具有一第二上表面以及一第二下表面；

其中，所述第一微米绕射层设置于所述第一绕射光学组件的所述第一上表面，所述第二微米绕射层设置于所述第二绕射光学组件，所述光束从所述第一下表面入射进所述绕射光学组件模块，并通过所述绕射光学组件模块后从所述第二上表面输出所述绕射光。

8.根据权利要求7所述的面光源投射装置，其特征在于，所述第二微米绕射层设置于所述第二下表面。

9.根据权利要求7所述的面光源投射装置，其特征在于，所述第二微米绕射层设置于所述第二上表面。

10.根据权利要求7所述的面光源投射装置，其特征在于，所述第一微米绕射层的中心点与所述第二微米绕射层的中心点垂直对位，所述第二微米绕射层以中心点为圆心相对所述第一微米绕射层旋转一相对角度，使通过所述第一微米绕射层中心点的一第一方向与通过所述第二微米绕射层中心点的一第二方向之间具有所述相对角度，且所述相对角度介于5度至90度之间。

11.根据权利要求1所述的面光源投射装置，其特征在于，所述多个微米绕射层的所述多个微米结构呈六角最密排列。

12.根据权利要求1所述的面光源投射装置，其特征在于，所述绕射光学组件模块包含有一基板，所述多个微米绕射层设置于所述基板上，所述基板与所述多个微米结构由干式蚀刻形成，所述绕射光学组件模块的材料为透明晶体或玻璃。