[发明专利]衍射光投射装置

说明书

本发明提供一种衍射光投射装置，包括发光源以及衍射光学模组。衍射光学模组用以供发光源所输出的光束通过而形成向外投射的衍射光，其中，衍射光学模组包括层叠设置的多个衍射光学元件，且这些衍射光学元件分别由不同材料所制成，用以共同延伸光束的可用波长范围。本发明能够延伸衍射光学模组对于入射至其中的光束的可用波长范围，提升衍射光学模组的设计自由度。

技术领域

本发明关于一种光学装置，尤其关于一种衍射光(diffraction light)投射装置。

背景技术

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用于移动商务或娱乐休闲等用途。而又由于近年来机、光、电的整合与应用受到重视的程度日益增加，因此各式各样的光学装置正广泛地延伸至各种产品上，如智能型手机、穿戴式电子装置等体积小且方便携带的可携式电子设备，故使用者得以于有需求时随时取出并进行使用，不仅具有重要的商业价值，更让一般大众的日常生活增添色彩。

再者，随着生活品质的提升，人们希望电子设备具有更多元化的功能，也因此对于应用在电子设备上的光学装置产生更多的诉求，例如立体(3D)感测的诉求，而为了满足这些诉求，现已有一些相关于衍射光学元件的应用被提出。举例来说，请参阅图1，其为利用结构光技术进行立体感测的实施概念示意图。图1示意了激光光源11所输出的激光光束L11通过准直元件13后被准直并入射至衍射光学元件12，且这些被准直的激光光束L11’再于通过衍射光学元件12后形成向外投射的结构光(structured light)L12，进而空间中可呈现相应的结构光图案14以供进行立体感测，其中，图1所示的结构光图案14为点图案(dotpattern)。再举例来说，请参阅图2，其为现有利用飞行时间技术(Time of Flying，TOF)进行立体感测的实施概念示意图。图2示意了复数激光光源21所输出的激光光束L21经由衍射光学元件22光束整形(beam shaping)后均匀地打散在空间中的特定有效范围(FOV)内，以供进行飞行时间量测。

然而，一般的激光光源在工厂被制造时会产生特定的公差，此将导致相同规格的激光光源所输出的激光光束存在中心波长的差异，再加上使用环境中温度所造成的影响，中心波长的差异量可达数十纳米(nm)。而由于衍射光学元件对于入射其中的衍射光的波长非常灵敏而具有波长选择性，因此衍射光学元件的应用会受到其衍射本质的限制。

详言之，一般单层结构的衍射光学元件的衍射效率可以数学式表示如下：

其中，λ为入射至衍射光学元件的激光光束的波长，λ₀为衍射光学元件的设计波长，η(λ)为衍射光学元件对于波长是λ时的衍射效率，为波长是λ时的光程差(相位差)，h为衍射光学元件的最大高度，n(λ)以及n(λ₀)分别为衍射光学元件对波长λ以及波长λ₀的折射率，n_air为空气对波长λ以及波长λ₀的折射率。是以，当入射至衍射光学元件的激光光束的波长λ相同于衍射光学元件的设计波长λ₀时，衍射效率的理论值可被表示为sinc²{1-1}＝100％。

请参阅图3，其为单层结构的衍射光学元件由聚碳酸酯(Polycarbonate，PC)材料所制成且其设计波长λ₀＝436.8时对于各波长的衍射效率的关系示意图。而由以上的说明以及图3所示可知，衍射光学元件仅在光束的波长为436.8时具有较高的衍射效率(77.64％)，且其衍射效率随着波长的渐增而越小，也就是说，单层结构的衍射光学元件对于可用波长范围非常狭窄，入射至衍射光学元件的激光光束的波长λ需近乎衍射光学元件的设计波长λ₀才能获得较佳的衍射效率。