WO2022257113A1 - 衍射光学元件、投射模组及电子设备 - Google Patents
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Definitions
- a diffractive optical element for splitting a single beam of light into 3 ⁇ 5 multi-beams of light comprising:
- microstructure meets the following conditions:
- An electronic device includes a receiving module and the above-mentioned projection module, the projection module is used for projecting light to the object to be measured, and the receiving module is used for receiving the light reflected by the object to be measured.
- Figure 3 is a schematic diagram of microstructures in some embodiments.
- Fig. 5 is a schematic cross-sectional view of a diffractive optical element in some embodiments.
- the second substructure 122 includes a first side 125 and a second side 126 oppositely arranged, and the first side 125 and the second side 126 all connect the opposite long sides of the first substructure 121 and the third substructure 123
- H I are the two closest points on the first side 125 and the second side 126
- F and G are the two farthest end points passing through the second substructure 122 in the projection of the microstructure 120
- F is located in the first substructure 121
- G is located in the third substructure 123
- J is the intersection of the FG line and the HI line
- M and N are the two farthest points of the third substructure 123 in the Y-axis direction
- K and L are the third substructure
- ⁇ is the angle between the line AB and the line FG.
- the included angle between the line AB and the line MN is an acute angle.
- the long side of the first substructure 121 can be understood as the two edges of the first substructure 121 extending approximately along the line AB
- the long side of the third substructure 123 can be understood as the third substructure 123 approximately extending along the line MN. Two edges extending in the direction of the line.
- the diffractive optical element 100 satisfies the conditional formula: 2.5 ⁇ AB/CD ⁇ 4.0; 0.4 ⁇ AE/BE ⁇ 0.55; 0.65 ⁇ FJ/GJ ⁇ 0.85; 1.5 ⁇ MN/KL ⁇ 3.5; 0.5 ⁇ MN/AB ⁇ 1.5; 0.5 ⁇ KL/CD ⁇ 2.
- AB/CD and AE/BE are used to design the shape of the first substructure 121
- FJ/GJ is used to design the relative positional relationship between the second substructure 122, the first substructure 121 and the third substructure 123.
- the diffractive optical element 100 can split a single beam of light into multiple beams of 3*5, and when applied to electronic equipment, it has a larger FOI in the projection direction of five beams, which can obtain More depth information of the object to be measured in this direction.
- this application does not limit the projection directions of the 3*5 multi-beams of light, which can be selected according to actual application scenarios.
- the diffractive optical element 100 has a diffraction angle in the Y-axis direction, and the diffraction angle is the diffraction angle of the beams on both sides of the diffractive optical element 100 in the Y-axis direction relative to the middle beam.
- the beam splitting array in order to cooperate with the manufacturing process, smoothly produce the beam splitting array and avoid damage to the substrate 110 , after the beam splitting array is manufactured through photoresist, there will be a residual glue layer 124 between the substrate 110 and the microstructure 120 .
- the surface of the substrate 110 is covered with an adhesive residue layer 124 , and the microstructure 120 is formed on the adhesive residue layer 124 .
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Abstract
一种衍射光学元件（100）、投射模组（210）及电子设备（200），衍射光学元件(100)包括呈阵列的多个微结构(120)。微结构(120)包括第一子结构(121)、第二子结构(122)与第三子结构(123)。满足：2.5＜AB/CD＜4.0；0.4＜AE/BE＜0.55；0.65＜FJ/GJ＜0.85；1.5＜MN/KL＜3.5；0.5＜MN/AB＜1.5；0.5＜KL/CD＜2；30°＜α＜95°。AB为第一子结构(121)最远的两个点，CD垂直于AB并与AB交于E，F、G为微结构(120)最远的两点，HI为第二子结构(122)最近的两个点并与FG交于J，MN为第三子结构(123)在Y轴最远的两点，KL为第三子结构(123)在X轴最远的两点，α为AB与FG的夹角。
Description
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。
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，通过主动向待测物体投射光线，并接收从待测物体反射的光线，从而获取待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。其中，衍射光学元件将单束光分束为3*5的多束光，3*5的多束光在其中一个方向具有较大的FOI(Field Of Intensity)，有利于获取待测物体更多的深度信息。衍射光学元件的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
根据本申请的各种实施例，提供一种衍射光学元件、投射模组及电子设备。
一种衍射光学元件，用于将单束光分束为3×5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式分布的多个微结构；
其中，所述微结构在所述基底上的投影轮廓包括依次相连接的第一子结构、第二子结构以及第三子结构，所述第二子结构的两端分别与所述第一子结构和所述第三子结构相对的长边相连接，所述第二子结构包括连接所述第一子结构和所述第三子结构且相对设置的第一边和第二边；
且所述微结构满足以下条件：
2.5＜AB/CD＜4.0；0.4＜AE/BE＜0.55；0.65＜FJ/GJ＜0.85；
1.5＜MN/KL＜3.5；0.5＜MN/AB＜1.5；0.5＜KL/CD＜2；30°＜α＜95°；
其中，A、B为所述第一子结构距离最远的两个点，B相对A更靠近所述第二子结构，E为AB连线上的点，C、D为经过点E且垂直于AB连线的方向上所述第一子结构的两个点，H和I为所述第一边和所述第二边上距离最近的两个点，F、G为所述微结构的投影中经过所述第二子结构且距离最远的两个端点，F位于所述第一子结构，G位于所述第三子结构，J为FG连线与HI连线的交点，M、N为所述第三子结构在Y轴方向上距离最远的两个点，K、L为所述第三子结构在X轴方向上距离最远的两个点，其中，X轴方向与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，多个所述微结构在所述X轴方向及所述Y轴方向上呈矩形阵列排布，α为AB连线与FG连线的夹角。
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出的光线进行分束。
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待测物体投射光线，所述接收模组用于接收被待测物体反射的光线。
本发明的一个或多个实施例的细节在下面的附图和描述中提出。本发明的其它特征、目的和优点将从说明书、附图以及权利要求书变得明显。
为了更好地描述和说明这里公开的那些发明的实施例和/或示例，可以参考一幅或多幅附图。用于描述附图的附加细节或示例不应当被认为是对所公开的发明、目前描述的实施例和/或示例以及目前理解的这些发明的最佳模式中的任何一者的范围的限制。
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3*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形状示意图；
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、第二子结构；123、第三子结构；124、余胶层；125、第一边；126、第二边；200、电子设备；210、投射模组；211、光源；220、接收模组；230、待测物体。
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”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“内”、“外”、“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示出了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3*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呈阵列分布形成分束阵列，从而使得衍射光学元件100能够将单束光分束形成3*5的多束光。衍射光学元件100可应用于采用散斑结构光或dToF技术的电子设备中，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3*5的多束光，从而形成点阵光斑投射到待测物体上，供电子设备获取待测物体深度信息。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，多个微结构120在X轴方向及Y轴方向上呈矩形阵列排布，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包括第一子结构121、第二子结构122与第三子结构123，第二子结构122的两端分别与第一子结构121和第三子结构123相对的长边相连接。A、B为第一子结构121距离最远的两个点，B相对A更靠近所述第二子结构，E为AB连线上的点。C、D为经过点E且在垂直于AB连线的方向上距离最近的两个点，具体地，C和D可以为第一子结构121中段位置距离最近的两个点。第二子结构122包括相对设 置的第一边125和第二边126，第一边125和第二边126均连接第一子结构121和第三子结构123相对的两长边，H、I为第一边125和第二边126上距离最近的两个点，F、G为微结构120的投影中经过第二子结构122且距离最远的两个端点，F位于第一子结构121，G位于第三子结构123，J为FG连线与HI连线的交点，M、N为第三子结构123在Y轴方向上距离最远的两个点，K、L为第三子结构123在X轴方向上距离最远的两个点，α为AB连线与FG连线的夹角。
在一些实施例中，AB连线与MN连线的夹角为锐角。另外，第一子结构121的长边可以理解为第一子结构121大致沿AB连线方向延伸的两条边缘，第三子结构123的长边可以理解为第三子结构123大致沿MN连线方向延伸的两条边缘。
可以理解的是，通过上述微结构120的结构设计，AB连线与FG连线相交，微结构120的形状大致呈沿AB连线与FG连线延伸的“V”字型。微结构120的形状也可以大致理解为以第一子结构121为靴底，第二子结构122为靴柄，第三子结构123为靴顶的“马蹄靴”状。微结构120满足条件式：30°＜α＜95°，其中，α为AB连线与FG连线的夹角，即微结构120形成的“V”字型的角度。
请再参见图1，在一些实施例中，微结构120沿X轴方向与Y轴方向呈矩形阵列排布。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，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。在一些实施例中，相邻两个微结构120在X轴方向上的最短距离大于200nm，相邻两个微结构120在Y轴方向上的最短距离大于200nm。进一步地，在一些实施例中，微结构120呈n*n的矩形阵列排布，n为大于1的自然数，换言之，微结构120形成的分束阵列的行数与列数相等。微结构120形成规则排布的矩形阵列，有利于进一步提升衍射光学元件100的光学性能。
在一些实施例中，AB与Y轴方向的夹角在30°至60°之间，例如可以为30°、45°或60°，FG与Y轴方向的夹角在30°至60°之间，例如可以为30°、45°或60°。
在一些实施例中，第一子结构121位于第三子结构123的X轴负方向一侧，AB连线相对MN连线朝向X轴负方向倾斜，CD连线相对KL连线朝Y轴负方向倾斜。由此限定第一子结构121、第二子结构122与第三子结构123的相对位置与朝向，从而合理设计微结构120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，第二子结构122位于第三子结构123的X轴负方向一侧。第二子结构122连接第一子结构121位于CD连线的Y轴负方向一侧的部分，第二子结构122连接第一子结构121位于AB连线的X轴正方向一侧的部分。换言之，AB连线与CD连线将第一子结构121划分为四个部分，第二子结构122位于第一子结构121与第三子结构123之间，并与第一子结构121由BED连线划分的部分连接。在另一些实施例中，第二子结构122连接第一子结构121长边的中部。
在一些实施例中，点F为第一子结构121于Y轴负方向上的顶点，即点F位于第一子结构121在X轴、Y轴构成的直角坐标系中的左下角。
为便于理解第一子结构121、第二子结构122与第三子结构123的形状，在图3所示的实施例中，以虚线O与虚线P划分第一子结构121、第二子结构122与第三子结构123，虚线O与虚线P均为虚拟线条，实际上还可以有其他划分方式，只要能够描述微结构120的大致形状即可。
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，分束阵列的衍射效应明显，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，分束阵列的面积以及分束阵列中微结构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的数量以及分束阵列的占用面积，以使得分束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。
在一些实施例中，衍射光学元件100满足条件式：AB＞CD；BE＞AE；GJ＞FJ；MN＞KL。满足上述条件式，能够对微结构120各部分尺寸或相对尺寸关系进行合理设计，有利于提升衍射光学元件100的光学性能。
进一步地，在一些实施例中，衍射光学元件100满足条件式：2.5＜AB/CD＜4.0；0.4＜AE/BE＜0.55；0.65＜FJ/GJ＜0.85；1.5＜MN/KL＜3.5；0.5＜MN/AB＜1.5；0.5＜KL/CD＜2。其中，AB/CD与AE/BE用于对第一子结构121的形状进行设计，FJ/GJ用于对第二子结构122与第一子结构121及第三子结构123的相对位置关系进行设计，MN/KL用于对第三子结构123的形状进行设计，KL/CD与MN/AB用于对第一子结构121及第三子结构123的相对尺寸进行设计，α用于对第一子结构121与第三子结构123的相对位置进行设计。满足上述条件式，衍射光学元件100中微结构120的结构设计更加合理，有利于进一步提升衍射光学元件100的光学性能。
另外，在一些实施例中，衍射光学元件100的最小尺寸特征在150nm至1200nm之间，例如，CD为第一子结构121的最小尺寸特征，HI为第二子结构122的最小尺寸特征，KL为第三子结构123的最小尺寸特征，且衍射光学元件 100满足关系式：150nm≤HI≤1200nm，150nm≤CD≤1200nm，150nm≤KL≤1200nm。满足上述条件式，微结构120中各子结构的最小尺寸均大于或等于150nm，从而纳米光刻技术或纳米压印技术等生产技术能够满足微结构120生产精度的需求，有利于提升微结构120的制造良率，同时提升微结构120的制造精度。同时，满足上述条件式，微结构120的最小尺寸特征与近红外波段波长相近，因而微结构120形成的分束阵列对近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的衍射光学性能。在一些实施例中，HI＜CD；HI＜KL，则HI可以理解为整个微结构120的最小尺寸特征。
需要说明的是，在本申请中，某两点的连线的数值，可以理解为该两点之间的直线距离。另外，在本申请中，描述平行于基底110的平面，可以理解为基底110设置有微结构120的平面，或者是平行于基底110设置有微结构120的表面的虚拟平面。描述微结构120各子结构的尺寸特征，可以理解为微结构120于基底110的表面上的投影轮廓的尺寸特征。
请再参见图1和图2，上述衍射光学元件100，设置大致呈马蹄靴状的微结构120形成的分束阵列，使得衍射光学元件100能够将单数光分束为图2所示的3*5的多束光，实现点阵投射，从而能够应用于散斑结构光或dToF电子设备中，用于获取待测物体的深度信息。并且，在衍射光学元件100中设置由上述微结构120形成的分束阵列，衍射光学元件100分束形成的3*5的多束光具备良好的均匀度、零级强度及衍射效率，则衍射光学元件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。
具体地，以下以其中一个分束实验数据证明上述衍射光学元件100具备良好的光学性能。在分束实验中，入射光的波长为940nm，衍射光学元件100将入射光束分束形成3*5的多束光，分束后的多束光的均匀度为12.04％，零级能量 强度占总能量强度的4.3％，衍射效率为70.4％。其中，均匀度为3*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3*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 |
| 3*5分束 | 12.04％ | 4.30％ | 70.40％ |
从上述实验数据可得知衍射光学元件100具备良好的光学性能，能够满足高检测精度的需求。
值得一提的是，衍射光学元件100能够将单束光分束为3*5的多束光，且应用于电子设备中时，具有5束光束的投射方向上具有更大的FOI，能够获取该方向上待测物体更多的深度信息。但本申请并未对3*5的多束光的投射方位做限定，具体可根据实际应用场景进行选择。例如，在具体应用时，可将衍射光学元件100分束形成5束光束的方向与需要获取待测物体较多深度信息的方向相对应，即相对图像传感器而言，衍射光学元件100投射的点阵可以为3*5的多束光，也可以为5*3的多束光。
请再参见图2和图3所示，在一些实施例中，衍射光学元件100在X轴方向上具有第一衍射角度与第二衍射角度，例如，在图2所示的实施例中，衍射光学元件100在X轴方向上分束形成5束光束，以中间光束为起点，两侧的第一束光束相对中间光束的衍射角β1即为第一衍射角度，第二束光束相对中间光束的衍射角β2即为第二衍射角度。衍射光学元件100在Y轴方向上具有一个衍射角度，该衍射角度即为衍射光学元件100在Y轴方向上两侧的光束相对中间光束的衍射角。
可以理解的是，微结构120的尺寸特征不同，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β2为第一衍射角度β1的两倍，且衍射光学元件100在X轴方向上的第一衍射角度β1在7.5°至17.5°之间，具体可以为：7.5°、10°、12.5°、15°或17.5°。衍射光学元件100在Y轴方向上的衍射角度在10°至20°之间，具体可以为：10°、12.5°、15°、17.5°或20°。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。
更进一步地，通过分束实验，上述条件式中，CD、HI、AB/CD、AE/BE、MN/KL、MN/AB以及α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，调整这些参数，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，在一些实施例中，对微结构120的结构做进一步设计，使得衍射光学元件100满足条件式：KL≥CD；AB＞MN；586nm≤CD≤1180nm；345nm≤HI≤828nm；2.9≤AB/CD≤3.6；0.43≤AE/BE≤0.51；1.5≤MN/KL≤3.4；0.7≤MN/AB≤1；35°≤α≤86°。
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，且H方向一栏的数值为第一衍射角度β1的数值，第二衍射角度β2的数值可由第一衍射角度β1获得。D1为第一实施例中衍射光学元件100的衍射角选型，在D1中，衍射光学元件100的衍射角为7.5°*15°*10°，其中，前面两个角度分别为β1与β2的数值，第三个角度为衍射光学元件100在Y轴方向上的衍射角度。D2为第二实施例中衍射光学元件100的衍射角选型，在D2中，衍射光学元件100的衍射角为10°*20°*10°。D3为第三实施例中 衍射光学元件100的衍射角选型，在D3中，衍射光学元件100的衍射角为10°*20°*12.5°。同理，D4-D15分别为第四实施例至第十五实施例衍射光学元件100的衍射角选型。可以理解的是，衍射光学元件100的衍射角为7.5°*15°*10°，则衍射光学元件100投射光的FOI为15°*30°*20°。
表2
各实施例中微结构120的尺寸特征由表3给出，表3中距离尺寸数值单位均为nm，α数值的单位为°，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
| 实施例 | AB | AE | BE | CD | HI | FJ | GJ | KL | MN | α(deg) |
| D1 | 4105.5 | 1932 | 2174 | 1180 | 828 | 2657 | 3415.5 | 1932 | 3002 | 85.2 |
| D2 | 3691.5 | 1794 | 1898 | 1142 | 724.5 | 2381 | 3174 | 1449 | 3002 | 61.6 |
| D3 | 3243 | 1587 | 1656 | 1070 | 621 | 2105 | 2622 | 1415 | 2450 | 68.9 |
| D4 | 3657 | 1621.5 | 2036 | 1070 | 690 | 2346 | 2967 | 1173 | 2967 | 44.8 |
| D5 | 2932.5 | 1276.5 | 1656 | 1001 | 552 | 1967 | 2415 | 1173 | 2415 | 59.4 |
| D6 | 2656.5 | 1207.5 | 1449 | 862.5 | 517.5 | 1622 | 2139 | 1139 | 2001 | 62.7 |
| D7 | 3139.5 | 1587 | 1553 | 897 | 621 | 2277 | 2898 | 931.5 | 2967 | 43.4 |
| D8 | 2794.5 | 1276.5 | 1518 | 828 | 483 | 1725 | 2484 | 931.5 | 2381 | 47.4 |
| D9 | 2380.5 | 1069.5 | 1311 | 724.5 | 448.5 | 1587 | 2070 | 966 | 1967 | 56.2 |
| D10 | 2208 | 1035 | 1173 | 690 | 414 | 1449 | 1828.5 | 966 | 1691 | 65.8 |
| D11 | 3174 | 1380 | 1794 | 862.5 | 586.5 | 2243 | 2863.5 | 862.5 | 2933 | 35.5 |
| D12 | 2829 | 1276.5 | 1553 | 793.5 | 483 | 1863 | 2311.5 | 793.5 | 2381 | 41.6 |
| D13 | 2346 | 1000.5 | 1346 | 724.5 | 414 | 1587 | 1932 | 828 | 2001 | 48.9 |
| D14 | 2208 | 1035 | 1173 | 655.5 | 345 | 1415 | 1725 | 862.5 | 1725 | 56.8 |
| D15 | 1966.5 | 966 | 1001 | 586.5 | 379.5 | 1208 | 1656 | 793.5 | 1518 | 62.6 |
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，D1表示第一实施例中微结构120的示意图，D2表示第二实施例中微结构120的示意图，以此类推。
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。
表4
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制得相应的微结构120 分束阵列。例如，当需要12.5°*25°*15°的衍射角时，对应表1可采用第六实施例D6，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示出了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构成的分束阵列即可。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，分束阵列由多个基底110表面凸起的微结构120构成，则模具具有与分束阵列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分束阵列。需要说明的是，分束阵列还可以由多个基底110表面凹陷的微结构120构成，则模具具有与分束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分束阵列。然而，由于光刻模板面积通常远小于分束阵列的面积，若直接在基底110上采用纳米光刻技术制备分束阵列，则需要多次移动光刻模板方能满足大面积分束阵列的制造。而先制造模具，再通过模具压印制备分束阵列，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分束阵列，有利于提升生产效率。
另外，为配合制造工艺，顺利生产分束阵列并避免损伤基底110，通过光刻胶制得分束阵列后，基底110与微结构120之间还会留有余胶层124。例如，在图5所示的实施例中，基底110的表面覆盖有余胶层124，微结构120形成于余胶层124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124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124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上形成分束阵列，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可以采用散斑结构光或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3*5的多光束，并投射到待测物体230上。投射模组210投射到待测物体230上的光束经待测物体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待测物体230反射的光束信号，获取待测物体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3*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。
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。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
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 (20)
- 一种衍射光学元件，其特征在于，用于将单束光分束为3×5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式分布的多个微结构；其中，所述微结构在所述基底上的投影轮廓包括依次相连接的第一子结构、第二子结构以及第三子结构，所述第二子结构的两端分别与所述第一子结构和所述第三子结构相对的长边相连接，所述第二子结构包括连接所述第一子结构和所述第三子结构且相对设置的第一边和第二边；且所述微结构满足以下条件：2.5＜AB/CD＜4.0；0.4＜AE/BE＜0.55；0.65＜FJ/GJ＜0.85；1.5＜MN/KL＜3.5；0.5＜MN/AB＜1.5；0.5＜KL/CD＜2；30°＜α＜95°；其中，A、B为所述第一子结构距离最远的两个点，B相对A更靠近所述第二子结构，E为AB连线上的点，C、D为经过点E且垂直于AB连线的方向上所述第一子结构的两个点，H和I为所述第一边和所述第二边上距离最近的两个点，F、G为所述微结构投影中经过所述第二子结构且距离最远的两个端点，F位于所述第一子结构，G位于所述第三子结构，J为FG连线与HI连线的交点，M、N为所述第三子结构在Y轴方向上距离最远的两个点，K、L为所述第三子结构在X轴方向上距离最远的两个点，其中，X轴方向与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，多个所述微结构在所述X轴方向及所述Y轴方向上呈矩形阵列排布，α为AB连线与FG连线的夹角。
- 根据权利要求1所述的衍射光学元件，其特征在于，HI小于CD，HI小于KL；和/或HI、CD与KL均在150nm至1200nm之间。
- 根据权利要求1所述的衍射光学元件，其特征在于，满足以下条件式：KL≥CD；AB＞MN。
- 根据权利要求3所述的衍射光学元件，其特征在于，满足以下条件式：586nm≤CD≤1180nm；345nm≤HI≤828nm；2.9≤AB/CD≤3.6；0.43≤AE/BE≤0.51；1.5≤MN/KL≤3.4；0.7≤MN/AB≤1；35°≤α≤86°。
- 根据权利要求4所述的衍射光学元件，其特征在于，满足以下条件式：2200nm≤AB≤4150nm；950nm≤AE≤1950nm；1200nm≤FJ≤2700nm；1650nm≤GJ≤3450nm；750nm≤KL≤1950nm；1500nm≤MN≤3050nm。
- 根据权利要求4所述的衍射光学元件，其特征在于，满足以下条件式：0.69≤FJ/GJ≤0.82；1.00≤KL/CD≤1.64。
- 根据权利要求1所述的衍射光学元件，其特征在于，AB连线与所述Y轴方向的夹角在30°-60°之间；FG连线与所述Y轴方向的夹角在30°-60°之间。
- 根据权利要求1所述的衍射光学元件，其特征在于，所述X轴方向与所述Y轴方向构成一平面直角坐标系，点F为所述第一子结构Y轴负方向的顶点。
- 根据权利要求1-8任一项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与第二衍射角度，所述第二衍射角度为所述第一衍射角度的两倍，所述第一衍射角度在7.5°至17.5°之间。
- 根据权利要求1-8任一项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Y轴方向上的衍射角度在10°至20°之间。
- 根据权利要求1-8任一项所述的衍射光学元件，其特征在于，所述基底 表面设置有余胶层，所述微结构设置于所述余胶层上。
- 根据权利要求11所述的衍射光学元件，其特征在于，所述基底的厚度为0.1mm-0.5mm，所述余胶层的厚度为1um-5um，所述微结构的高度为0.5um-1um。
- 根据权利要求1-8任一项所述的衍射光学元件，其特征在于，C和D为所述第一子结构中段位置距离最近的两个点。
- 根据权利要求1-8任一项所述的衍射光学元件，其特征在于，AB连线与MN连线的夹角为锐角。
- 根据权利要求1-8任一项所述的衍射光学元件，其特征在于，在所述X轴方向上相邻两个所述微结构的最短距离大于200nm，在所述Y轴方向上相邻两个所述微结构的最短距离大于200nm。
- 根据权利要求1-8任一项所述的衍射光学元件，其特征在于，所述衍射光学元件的入射光波长为940±50nm。
- 根据权利要求1-8任一项所述的衍射光学元件，其特征在于，多个所述微结构形成的矩形阵列的行数和列数相等。
- 一种投射模组，其特征在于，包括光源以及如权利要求1-17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出的光线进行分束。
- 一种电子设备，其特征在于，包括接收模组以及如权利要求18所述的投射模组，所述投射模组用于向待测物体投射光线，所述接收模组用于接收被待测物体反射的光线。
- 根据权利要求19所述的电子设备，其特征在于，所述电子设备基于结构光技术或飞行时间技术。
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|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 21944622 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
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| NENP | Non-entry into the national phase |
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| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 21944622 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |