CN212658852U - 反射型衍射元件、投影膜组、光电装置及电子设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种反射型衍射元件、投影膜组、光电装置及电子设备。一种反射型衍射元件，包括：基底；反射层，设于基底上；反射层的远离基底的表面为反射面；以及若干个微结构组，设于反射层的反射面；相邻两个微结构组之间有衍射间隔；每个微结构组包括至少一个三棱柱微结构，三棱柱微结构的一个侧面与反射面贴合，另外两个侧面分别为入光面和出光面；三棱柱微结构的与反射面贴合的侧面为第一侧面，入光面与第一侧面之间的夹角和出光面与第一侧面之间的夹角均为锐角；同一所述微结构组中，相邻三棱柱微结构的侧棱无缝衔接；由入光面垂直射入的光可由出光面垂直射出，且由入光面垂直射入的光与由出光面垂直射出的光垂直。
Description
技术领域
本实用新型涉及光学投影领域，特别是涉及一种反射型衍射元件、投影膜组、光电装置及电子设备。
背景技术
这里的陈述仅提供与本申请有关的背景信息，而不必然构成现有技术。
随着光学投影技术的发展，投影模组在电子设备中的应用越来越广。具体的，投影模组包括激光发射器和衍射元件。传统的，衍射元件上的微结构呈长方体状，衍射元件的一个表面与基底或设于基底上的反射层贴合，且微结构的侧面与基底垂直，微结构的侧面与微结构的远离基底的表面之间的夹角为直角。
一般微结构通过压印成型。在脱模工序时，模具与微结构的侧面贴压，微结构的侧面与微结构的远离基板的表面之间的棱容易损伤变形，影响衍射元件的衍射效果。
实用新型内容
基于此，有必要提供一种在成型后脱模时，可避免棱边损伤变形的反射型衍射元件。
一种反射型衍射元件，包括：
基底；
反射层，设于所述基底上；所述反射层的远离所述基底的表面为反射面；以及
若干个微结构组，设于所述反射层的反射面；相邻两个所述微结构组之间有衍射间隔；每个微结构组包括至少一个三棱柱微结构，所述三棱柱微结构的一个侧面与所述反射面贴合，另外两个侧面分别为入光面和出光面；所述三棱柱微结构的与所述反射面贴合的侧面为第一侧面，所述入光面与所述第一侧面之间的夹角和所述出光面与所述第一侧面之间的夹角均为锐角；同一所述微结构组中，相邻所述三棱柱微结构的侧棱无缝衔接；由所述入光面垂直射入的光可由所述出光面垂直射出，且由所述入光面垂直射入的光与由所述出光面垂直射出的光垂直。
上述反射型衍射元件，微结构在成型后脱模时，模具开始脱模后便与微结构的侧面分离，从而不会因摩擦或贴压等使得微结构的入光面和出光面间的棱边损伤变形，从而更好的保证反射型衍射元件的光学性能。
在其中一个实施例中，所述入光面和所述出光面均为平面，且所述入光面和所述出光面垂直。从而使得三棱柱微结构的结构更加简单，便于三棱柱微结构的制作。
在其中一个实施例中，所述入光面与所述第一侧面的夹角等于所述出光面与所述第一侧面的夹角。因此，由入光面垂直射入的光，经第一侧面与反射面贴合的位置后发生反射，反射光与出光面垂直，从而能够从出光面垂直射出。从而使得三棱柱微结构的结构更加简单。
在其中一个实施例中，沿垂直于所述三棱柱微结构的侧棱的方向，所述三棱柱微结构的截面的腰长l＝N*w/(2*(n1-n0))；其中，N为整数，w为所述反射型衍射元件的工作波长，n1为三棱柱微结构材料的折射率，n0为空气的折射率。从而可以使得经过反射型衍射元件处理后的光形成的激光图案更加清晰。
在其中一个实施例中，沿垂直于所述三棱柱微结构的侧棱的方向，每个所述微结构的截面的腰长均相同。一方面，三棱柱微结构的形状相同，故在形成三棱柱微结构时，选用相同的模具即可，避免因磨具放置位置错误而导致无法形成预设的激光图案的现象；另一方面，三棱柱微结构的形状相同，从而在形成三棱柱微结构时，无需对应设置不同尺寸的模具，从而减少了设计及制备不同尺寸的模具的时间；再一方面，在根据预设的激光图案，设置若干个微结构组的个数和摆放位置等时，仅需要计算一次光程即可，简化若干个微结构组的设计计算过程。
在其中一个实施例中，所述反射层为全反射层。即使得射至反射面上的光能够发生全反射，避免折射损耗。
在其中一个实施例中，所述反射层为铝层、金层或银层。铝层、金层和银层均具有较好的全反射效果。另外，铝层成本低，且易成型。
本实用新型还提供一种投影膜组，其包括激光发射器以及本实用新型提供的反射型衍射元件。
上述投影膜组，微结构在成型后脱模时，模具开始脱模后便与微结构的侧面分离，从而不会因摩擦或贴压等使得微结构的入光面和出光面间的棱边损伤变形，从而更好的保证反射型衍射元件的光学性能，进而保证投影模组的投影效果。
本实用新型还提供一种光电装置，其包括：
本实用新型提供的投影膜组，用于朝目标物体发射激光图案；以及
相机模组，用以接收经目标物体反射后的激光图案。
上述光电装置，微结构在成型后脱模时，模具开始脱模后便与微结构的侧面分离，从而不会因摩擦或贴压等使得微结构的入光面和出光面间的棱边损伤变形，从而更好的保证反射型衍射元件的光学性能，进而保证投影模组的投影效果，即更好的保证光电装置的光电效果。
本实用新型还提供一种电子设备，其包括：
壳体；以及
本实用新型提供的光电装置，设于所述壳体上。
上述电子设备，微结构在成型后脱模时，模具开始脱模后便与微结构的侧面分离，从而不会因摩擦或贴压等使得微结构的入光面和出光面间的棱边损伤变形，从而更好的保证反射型衍射元件的光学性能，进而保证投影模组的投影效果，即更好的保证电子设备的光电效果。
附图说明
图1为本实用新型一实施例提供的反射型衍射元件的结构示意图。
图2为本实用新型一实施例提供的投影膜组的结构示意图。
100、反射型衍射元件；110、基底；130、反射层；131、反射面；150、三棱柱微结构；151、第一侧面；153、入光面；155、出光面；170、衍射间隔；200、投影膜组；210、激光发射器。
具体实施方式
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型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实用新型。但是本实用新型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实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。
在本实用新型的描述中，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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。
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。在本实用新型的描述中，“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。
在本实用新型中，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实用新型中的具体含义。
在本实用新型中，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。
如图1所示，本实用新型一实施例提供的反射型衍射元件100，包括基底110、反射层130以及若干个微结构组。其中，反射层130设于基底110上。反射层130的远离基底110的表面为反射面131。若干个微结构组设于反射层130的反射面131。相邻两个微结构组之间有衍射间隔170。每个微结构组包括至少一个三棱柱微结构150。三棱柱微结构150的一个侧面与反射面131贴合，另外两个侧面分别为入光面153和出光面155。三棱柱微结构150的与反射面131贴合的侧面为第一侧面151，入光面153与第一侧面151之间的夹角和出光面155与第一侧面151之间的夹角均为锐角。同一微结构组中，相邻三棱柱微结构150的侧棱无缝衔接；由入光面153垂直射入的光可由出光面155垂直射出，且由入光面153垂直射入的光与由出光面155垂直射出的光垂直。
上述反射型衍射元件100，微结构在成型后脱模时，模具开始脱模后便与微结构的侧面分离，从而不会因摩擦或贴压等使得微结构的入光面153和出光面155间的棱边损伤变形，从而更好的保证反射型衍射元件100的光学性能。
另外，由入光面153垂直射入的光可由出光面155垂直射出，故光在由入光面153射入时，和在由出光面155射出时均不会发生折射，从而减小了光在三棱柱微结构150的传递过程中的损耗。
再者，由入光面153垂直射入的光可由出光面155垂直射出，且入光面153与出光面155不共面，故光射入的方向与光射出的方向不同。故用以发出激光的激光发射器不会由出光面155射出的光，从而可以根据需要任意设定成像的位置。
再者，由入光面153垂直射入的光与由出光面155垂直射出的光垂直，即能实现入射光的垂直弯折，从而该反射型衍射元件100适用潜望式光路系统。
可选地，基底110为玻璃基底110或金属基底110，能起到支撑作用，且方便在上面设置反射层130即可。
可以理解的是，不同微结构组中，三棱柱微结构150的个数可以相同，也可以不同，根据需要形成的图像进行具体设置即可。
需要说明的是，当将反射型衍射元件100应用于投影模组中时，投影膜组中的激光发射器发出的若干平行的激光，如射至反射型衍射元件100的光均为平行光，故若干个三棱柱微结构150中的入光面153平行。相应地，三棱柱微结构150中的出光面也平行。
需要说明的是，衍射间隔170的设置，使得射入衍射间隔170内的光可发生衍射现象。更具体地，由于微结构组设于反射层的反射面上，故射入衍射间隔170内的光在发生衍射现象前首先发生反射。且衍射间隔170设于相邻微结构组之间，故射入衍射间隔170内的光，可依次经过反射和衍射后射出，以与由出光面155出射的光发生干涉。
可以理解的是，衍射间隔170的大小可根据需要的衍射效果进行设定即可。
本实施例中，入光面153和出光面155均为平面，且入光面153和出光面155垂直。从而使得三棱柱微结构150的结构更加简单，便于三棱柱微结构150的制作。
另外，入光面153为平面，由入光面153射入的光为均匀的平行光。故将其应用于投影模组中时，激光发生器发出均匀的平行激光即可。
可以理解的是，为了避免由入光面153射入后的光不能通过三棱柱微结构150发生90度转折，入光面153的侧边不能设置倒角。相应地，为了便于由出光面155射出的光垂直于出光面155射出，出光面155的侧边也不能设置倒角。换言之，沿垂直于入光面153和出光面155之间的侧棱的方向，反射型衍射元件的截面的顶角，即远离反射面131的顶角为尖角。
当然，可以理解的是，在另外可行的实施例中，入光面不限于平面，还可以是曲面或折面等规则或不规则的表面。可以理解的是，入射光垂直射入入光面，即入射光与入射光射入入光面的点的切面垂直。相应地，出光面也不限于平面，与入光面对应设置，使得射出的光能与出光面垂直，并且由出光面射出的光与由入光面射入的光垂直即可。另外，需要说明的是，由于最终需要由出光面射出的光平行，故由入光面射入的光也平行，由入光面射入的入射光的入射位置只能是切面与入射光垂直的位置，故入光面射入的光不均匀分布，相应的也要求激光发生器发出的光也不均匀。
进一步地，本实施例中，入光面153与第一侧面151的夹角等于出光面155与第一侧面151的夹角。换言之，三棱柱微结构150在垂直于入光面153和出光面155之间的侧棱的方向的截面为等腰直角三角形。因此，由入光面153垂直射入的光，经第一侧面151与反射面131贴合的位置后发生反射，反射光与出光面155垂直，从而能够从出光面155垂直射出，参图1所示。从而使得三棱柱微结构150的结构更加简单。
换言之，入光面153和出光面155分别与反射面131的夹角均为45度。垂直入射至入光面153的光与反射面131的夹角也为45度，垂直出光面155射出的光与反射面131的夹角也为45度。另外，由于激光发射器发出的光为平行光，故射入衍射间隔170内的光与反射面131之间的夹角也为45度。
进一步地，由于入光面153和出光面155分别与反射面131的夹角均为45度，从而使得激光发射器发出的光均可以入射至入光面153或衍射间隔170，从而使得激光发生器发出的激光均能按照预设的光路传播。
另外，由于同一三棱柱微结构150中，入光面153与出光面155对称设置，故若光由出光面155射入三棱柱微结构150中，三棱柱微结构150也能实现光的90度转折。经三棱柱微结构150中传播后的光与射入衍射间隔发生反射衍射后的光的光程差认为半波长的整数倍，故也能形成较清晰的激光图案。故可以通过调整反射型衍射元件中光的入射方向，可得到两种不同的激光图案。
当然，在另外可行的实施例中，入光面与第一侧面的夹角也可以不等于出光面与第一侧面的夹角，可以通过设置第一侧面的形状等方式，使得由入光面射入的光经过多次反射，以从出光面垂直射出。
本实施例中，沿垂直于三棱柱微结构150的侧棱的方向，三棱柱微结构150的截面的腰长l＝N*w/(2*(n1-n0))；其中，N为整数，w为反射型衍射元件100的工作波长，n1为三棱柱微结构150的材料的折射率，n0为空气的折射率。
可以理解的是，本实施例中，反射型衍射元件100的原理为，射入衍射间隔170内的光经反射衍射后与出光面155射出的光之间存在相位差异，即存在光程差，从而使得衍射后的光与出光面155射出的光发生干涉成像。若形成较清晰的效果，则需要两者的光程差为半波长的整数倍，即：
其中，l为光在三棱柱微结构150中传播的物理路程，l*n1为光由入光面153射入至由出光面155射出的过程的光程，为射入衍射间隔170内的光经过相同物理路径后的光程。从而可直接推导得出三棱柱微结构150的截面的的腰长l＝N*w/(2*(n1-n0))，以使得经过反射型衍射元件100处理后的光形成的激光图案更加清晰。
可以理解的是，三棱柱微结构150的截面的的腰长的大小与反射型衍射元件100的工作波长以及三棱柱微结构150的折射率相关。另外，可以理解的是，每个反射型衍射元件100只适用于一种工作波长。
进一步地，本实施例中，沿垂直于三棱柱微结构150的侧棱的方向，每个微结构的截面的腰长均相同。一方面，三棱柱微结构150的形状相同，故在形成三棱柱微结构150时，选用相同的模具即可，避免因磨具放置位置错误而导致无法形成预设的激光图案的现象；另一方面，三棱柱微结构150的形状相同，从而在形成三棱柱微结构150时，无需对应设置不同尺寸的模具，从而减少了设计及制备不同尺寸的模具的时间；再一方面，在根据预设的激光图案，设置若干个微结构组的个数和摆放位置等时，仅需要计算一次光程即可，简化若干个微结构组的设计计算过程。
本实施例中，反射层130为全反射层130，即使得射至反射面131上的光能够发生全反射，避免折射损耗。具体到本实施例中，反射层130为铝层。铝层具有较好的全反射效果，成本低，且易成型。更具体地，铝层为镀铝层，通过溅射等方式形成。当然，在另外可行的实施例中，反射层130不限于铝层，还可以是金层或银层等，其均具有较好的全反射效果，以避免折射损耗。
如图2所示，本实用新型一实施例提供的投影膜组200，包括激光发射器210以及反射型衍射元件100。
上述投影膜组200，微结构在成型后脱模时，模具开始脱模后便与微结构的侧面分离，从而不会因摩擦或贴压等使得微结构的入光面和出光面间的棱边损伤变形，从而更好的保证反射型衍射元件的光学性能，进而保证投影模组的投影效果。
可以理解的是，上述投影模组中，其光路系统为潜望式光路系统。
另外，每个反射型衍射元件只适用于一种工作波长，故上述投影模组中，激光发射器可发出与衍射元件的工作波长匹配的激光即可，无需激光发射器发射各种不同波长的激光，对激光发射器可发射激光的波长的范围要求较小。
可以理解的是，在另外可行的实施例中，投影模组中的反射型衍射元件还可以是本实用新型另外的实施例提供的反射型衍射元件。
本实用新型一实施例提供的光电装置，包括本实用新型提供的投影膜组以及相机模组。其中，投影膜组用于朝目标物体发射激光图案。相机模组用以接收经目标物体反射后的激光图案。
上述光电装置，微结构在成型后脱模时，模具开始脱模后便与微结构的侧面分离，从而不会因摩擦或贴压等使得微结构的入光面和出光面间的棱边损伤变形，从而更好的保证反射型衍射元件的光学性能，进而保证投影模组的投影效果，即更好的保证光电装置的光电效果。
本实用新型一实施例提供的电子设备，包括壳体以及本实用新型提供的光电装置。光电装置设于壳体上，以便于光电装置朝目标物体发射激光图案，并接收目标物反射后的激光图案。
上述电子设备，微结构在成型后脱模时，模具开始脱模后便与微结构的侧面分离，从而不会因摩擦或贴压等使得微结构的入光面和出光面间的棱边损伤变形，从而更好的保证反射型衍射元件的光学性能，进而保证投影模组的投影效果，即更好的保证电子设备的光电效果。
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实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种反射型衍射元件，其特征在于，包括：
基底；
反射层，设于所述基底上；所述反射层的远离所述基底的表面为反射面；以及
若干个微结构组，设于所述反射层的反射面；相邻两个所述微结构组之间有衍射间隔；每个微结构组包括至少一个三棱柱微结构，所述三棱柱微结构的一个侧面与所述反射面贴合，另外两个侧面分别为入光面和出光面；所述三棱柱微结构的与所述反射面贴合的侧面为第一侧面，所述入光面与所述第一侧面之间的夹角和所述出光面与所述第一侧面之间的夹角均为锐角；同一所述微结构组中，相邻所述三棱柱微结构的侧棱无缝衔接；由所述入光面垂直射入的光可由所述出光面垂直射出，且由所述入光面垂直射入的光与由所述出光面垂直射出的光垂直。
2.根据权利要求1所述的反射型衍射元件，其特征在于，所述入光面和所述出光面均为平面，且所述入光面和所述出光面垂直。
3.根据权利要求2所述的反射型衍射元件，其特征在于，所述入光面与所述第一侧面的夹角等于所述出光面与所述第一侧面的夹角。
4.根据权利要求3所述的反射型衍射元件，其特征在于，沿垂直于所述三棱柱微结构的侧棱的方向，所述三棱柱微结构的截面的腰长l＝N*w/(2*(n1-n0))；其中，N为整数，w为所述反射型衍射元件的工作波长，n1为三棱柱微结构材料的折射率，n0为空气的折射率。
5.根据权利要求4所述的反射型衍射元件，其特征在于，沿垂直于所述三棱柱微结构的侧棱的方向，每个所述微结构的截面的腰长均相同。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的反射型衍射元件，其特征在于，所述反射层为全反射层。
7.根据权利要求6所述的反射型衍射元件，其特征在于，所述反射层为铝层、金层或银层。
8.一种投影膜组，其特征在于，包括激光发射器以及权利要求1至7任一项所述的反射型衍射元件。
9.一种光电装置，其特征在于，包括：
权利要求8所述的投影膜组，用于朝目标物体发射激光图案；以及
相机模组，用以接收经目标物体反射后的激光图案。
10.一种电子设备，其特征在于，包括：
壳体；以及
权利要求9所述的光电装置，设于所述壳体上。
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2020
- 2020-07-06 CN CN202021295916.1U patent/CN212658852U/zh not_active Expired - Fee Related
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