TWI736013B - 繞射光投射裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明係提供一種繞射光投射裝置，包括發光源以及繞射光學模組，繞射光學模組用以供發光源所輸出的光束通過而形成向外投射的繞射光，其中，繞射光學模組包括層疊設置的多個繞射光學元件，且該些繞射光學元件分別由不同材質所製成，用以共同延伸光束的可用波長範圍。

Description

繞射光投射裝置
本發明係關於一種光學裝置，尤其關於一種繞射光投射裝置。
隨著電子工業的演進以及工業技術的蓬勃發展，各種電子設備大都朝著輕便、易於攜帶的方向進行開發與設計，以利使用者隨時隨地應用於行動商務或娛樂休閒等用途。而又由於近年來機、光、電的整合與應用受到重視的程度日益增加，因此各式各樣的光學裝置正廣泛地延伸至各種產品上，如智慧型手機、穿戴式電子裝置等體積小且方便攜帶的可攜式電子設備，故使用者得以於有需求時隨時取出並進行使用，不僅具有重要的商業價值，更讓一般大眾的日常生活增添色彩。
再者，隨著生活品質的提升，人們希望電子設備具有更多元化的功能，也因此對於應用在電子設備上的光學裝置產生更多的訴求，例如立體(3D)感測的訴求，而為了因應此些訴求， 現已有一些相關於繞射光學元件的應用被提出。舉例來說，請參閱圖1，其為利用結構光技術進行立體感測的實施概念示意圖。圖1示意了雷射光源11所輸出的雷射光束L11通過準直元件13後被準直並入射至繞射光學元件12，且該些被準直的雷射光束L11’再於通過繞射光學元件12後形成向外投射的結構光(structured light)L12，進而空間中可呈現相應的結構光圖案14以供進行立體感測，其中，圖1所示的結構光圖案14為點圖案(dot pattern)。再舉例來說，請參閱圖2，其為習知利用飛行時間技術(Time of Flying,TOF)進行立體感測的實施概念示意圖。圖2示意了複數雷射光源21所輸出的雷射光束L21經由繞射光學元件22的光束整形(beam shaping)後均勻地打散在空間中的特定有效範圍(FOV)內，以供進行飛行時間量測。
然而，一般的雷射光源在工廠被製造時會產生特定的公差，此將導致相同規格的雷射光源所輸出的雷射光束存在中心波長的差異，再加上使用環境中溫度所造成的影響，中心波長的差異量可達數十奈米(nm)。而由於繞射光學元件對於入射其中之繞射光的波長非常靈敏而具有波長選擇性，因此繞射光學元件的應用會受到其繞射本質的限制。
詳言之，一般單層結構之繞射光學元件的繞射效率可以數學式表示如下：
Figure 108140693-A0305-02-0004-2
Figure 108140693-A0305-02-0005-3
 其中，λ為入射至繞射光學元件之雷射光束的波長，λ0為繞射光學元件的設計波長，η(λ)為繞射光學元件對於波長是λ時的繞射效率，φ(λ)為波長是λ時的光程差(相位差)，h為繞射光學元件的最大高度，n(λ)以及n(λ0)分別為繞射光學元件對波長λ以及波長λ0的折射率，nair為空氣對波長λ以及波長λ0的折射率。是以，當入射至繞射光學元件之雷射光束的波長λ相同於繞射光學元件的設計波長λ0時，繞射效率的理論值可被表示為sinc2{1-1}=100%。
請參閱圖3，其為單層結構的繞射光學元件由聚碳酸酯(Polycarbonate，PC)材質所製成且其設計波長λ0=436.8時對於各波長之繞射效率的關係示意圖。而由以上的說明以及圖3所示可知，繞射光學元件僅在光束的波長為436.8時具有較高的繞射效率(77.64%)，且其繞射效率隨著波長的漸增而越小，也就是說，單層結構的繞射光學元件對於可用波長範圍非常狹窄，入射至繞射光學元件之雷射光束的波長λ需近乎繞射光學元件的設計波長λ0才能獲得較佳的繞射效率。
此外，繞射光學元件對於不同波長之零階光束(0th order)繞射效率的關係示意圖如圖4所示，是以，當雷射光源所輸出之雷射光束的波長不同於繞射光學元件的設計波長時，會形成如圖5所示之強烈的零階光束效應(箭頭指示處)，抑或是導致如圖6所示之信噪比(SNR)降低的現象(箭頭指示處)。根據以上的說明，習知的繞射光投射裝置具有改善的空間。
本發明之目的在提供一種繞射光投射裝置，其繞射光學模組採用多層繞射光學元件並利用多層繞射光學元件對於不同波長具有不同折射率的特性延伸了繞射光學模組對於入射至其中之光束的可用波長範圍，並提升了繞射光學模組的設計自由度。
於一較佳實施例中，本發明提供一種繞射光投射裝置，包括：一發光源，用以輸出一光束；以及一繞射光學模組，用以供該光束通過而形成向外投射之一繞射光，且該繞射光學模組包括一第一繞射光學元件以及一第二繞射光學元件；其中，該第一繞射光學元件以及該第二繞射光學元件呈層疊設置並分別由不同材質所製成，用以共同延伸該光束之一可用波長範圍。
於一較佳實施例中，該第一繞射光學元件具有一第一入光面以及一第一出光面，而該第二繞射光學元件具有一第二入光面以及一第二出光面；其中，該光束係依序通過該第一入光面、該第一出光面、該第二入光面以及該第二出光面而形成向外投射之該繞射光。
於一較佳實施例中，該第一出光面具有一第一表面結構，而該第二入光面具有一第二表面結構，且該第一表面結構以及該第二表面結構係形狀互補；抑或是該第一入光面具有該第一表面結構，而該第二出光面具有該第二表面結構，且該第一表面結構以及該第二表面結構係形狀互補。
於一較佳實施例中，該第一表面結構以及該第二表面結構皆呈階梯狀，且該第一表面結構以及該第二表面結構中之任二相互補之階梯具有相同之寬度。
於一較佳實施例中，該第一出光面以及該第二入光面之間具有一間隔距離。
於一較佳實施例中，該可用波長範圍介於一第一波長以及一第二波長之間，且該第一繞射光學元件對該第一波長以及該第二波長分別具有一第一折射率以及一第二折射率，而該第二繞射光學元件對該第一波長以及該第二波長分別具有一第三折射率以及一第四折射率；其中，該第一繞射光學元件之一最大高度以及該第二繞射光學元件之一最大高度係滿足下列關係式：
Figure 108140693-A0305-02-0007-4
Figure 108140693-A0305-02-0007-5
 其中，h1以及h2分別為該第一繞射光學元件之該最大高度以及該第二繞射光學元件之該最大高度，λ1以及λ2分別為該第一波長以及該第二波長，n1(λ1)以及n1(λ2)分別為該第一折射率以及該第二折射率，n2(λ1)以及n2(λ2)分別為該第三折射率以及該第四折射率。
於一較佳實施例中，該第一出光面貼合於該第二入光面。
於一較佳實施例中，該可用波長範圍介於一第一波長以及一第二波長之間，且該第一繞射光學元件對該第一波長以 及該第二波長分別具有一第一折射率以及一第二折射率，而該第二繞射光學元件對該第一波長以及該第二波長分別具有一第三折射率以及一第四折射率；其中，該繞射光學模組係滿足下列關係式：
Figure 108140693-A0305-02-0008-6
 其中，λ1以及λ2分別為該第一波長以及該第二波長，n1(λ1)以及n1(λ2)分別為該第一折射率以及該第二折射率，n2(λ1)以及n2(λ2)分別為該第三折射率以及該第四折射率。
於一較佳實施例中，該繞射光投射裝置係應用於一立體感測系統或一生物辨識系統。
於一較佳實施例中，本發明還提供一種繞射光投射裝置，包括：一發光源，用以輸出一光束；以及一繞射光學模組，用以供該光束通過而形成向外投射之一繞射光，且該繞射光學模組包括呈層疊設置並分別由不同材質所製成之一第一繞射光學元件以及一第二繞射光學元件；其中，該光束之一可用波長範圍中包括一第一波長以及與該第一波長相差五十奈米以上之一第二波長，且該繞射光學模組對於該第一波長與該第二波長之間之任二波長的繞射效率的差距小於百分之零點五。
於一較佳實施例中，該第一繞射光學元件具有一第一入光面以及一第一出光面，而該第二繞射光學元件具有一第二 入光面以及一第二出光面；其中，該光束係依序通過該第一入光面、該第一出光面、該第二入光面以及該第二出光面而形成向外投射之該繞射光。
於一較佳實施例中，該第一出光面具有一第一表面結構，而該第二入光面具有一第二表面結構，且該第一表面結構之形狀以及該第二表面結構之形狀互補；抑或是該第一入光面具有該第一表面結構，而該第二出光面具有該第二表面結構；其中，該第一表面結構以及該第二表面結構係形狀互補。
於一較佳實施例中，該第一表面結構之形狀以及該第二表面結構之形狀皆呈階梯狀，且該第一表面結構以及該第二表面結構中之任二相互補之階梯具有相同之寬度。
於一較佳實施例中，該第一出光面以及該第二入光面之間具有一間隔距離。
於一較佳實施例中，該第一繞射光學元件對該第一波長以及該第二波長分別具有一第一折射率以及一第二折射率，而該第二繞射光學元件對該第一波長以及該第二波長分別具有一第三折射率以及一第四折射率；其中，該第一繞射光學元件之一最大高度以及該第二繞射光學元件之一最大高度係滿足下列關係式：
Figure 108140693-A0305-02-0009-7
Figure 108140693-A0305-02-0009-8
 其中，h1以及h2分別為該第一繞射光學元件之該最大高度以及該 第二繞射光學元件之該最大高度，λ1以及λ2分別為該第一波長以及該第二波長，n1(λ1)以及n1(λ2)分別為該第一折射率以及該第二折射率，n2(λ1)以及n2(λ2)分別為該第三折射率以及該第四折射率。
於一較佳實施例中，該第一出光面貼合於該第二入光面。
於一較佳實施例中，該第一繞射光學元件對該第一波長以及該第二波長分別具有一第一折射率以及一第二折射率，而該第二繞射光學元件對該第一波長以及該第二波長分別具有一第三折射率以及一第四折射率；其中，該繞射光學模組係滿足下列關係式：
Figure 108140693-A0305-02-0010-9
 其中，λ1以及λ2分別為該第一波長以及該第二波長，n1(λ1)以及n1(λ2)分別為該第一折射率以及該第二折射率，n2(λ1)以及n2(λ2)分別為該第三折射率以及該第四折射率。
於一較佳實施例中，該繞射光投射裝置係應用於一立體感測系統或一生物辨識系統。
3:繞射光投射裝置
11:雷射光源
12:繞射光學元件
13:準直元件
14:結構光圖案
21:雷射光源
31:發光源
32:繞射光學模組
32’:繞射光學模組
42’:繞射光學模組
52’:繞射光學模組
42:繞射光學模組
52:繞射光學模組
321:第一繞射光學元件
321’:第一繞射光學元件
322:第二繞射光學元件
322’:第二繞射光學元件
421:第一繞射光學元件
421’:第一繞射光學元件
422:第二繞射光學元件
422’:第二繞射光學元件
521:第一繞射光學元件
521’:第一繞射光學元件
522:第二繞射光學元件
522’:第二繞射光學元件
3211:第一入光面
3211’:第一入光面
3212:第一出光面
3221:第二入光面
3222:第二出光面
3222’:第二出光面
4211’:第一入光面
4212:第一出光面
4221:第二入光面
4222’:第二出光面
5211’:第一入光面
5212:第一出光面
5221:第二入光面
5222’:第二出光面
32121:第一表面結構
32121’:第一表面結構
32211:第二表面結構
32211’:第二表面結構
L11:雷射光束
L11’:被準直的雷射光束
L12:結構光
L21:雷射光束
L31:光束
L32:繞射光
L41:光束
L51:光束
h:繞射光學模組的最大高度
h1:第一繞射光學元件的最大高度
h2:第二繞射光學元件的最大高度
圖1：係利用結構光技術進行立體感測的實施概念示意圖。
圖2：係為習知利用飛行時間技術進行立體感測的實 施概念示意圖。
圖3：係為單層結構的繞射光學元件由聚碳酸酯(Polycarbonate，PC)材質所製成且其設計波長λ0=436.8時對於各波長之繞射效率的關係示意圖。
圖4：係為單層結構的繞射光學元件對於不同波長之零階光束(0th order)繞射效率的關係示意圖。
圖5：係為單層結構的繞射光學元件導致強烈的零階光束效應的概念示意圖。
圖6：係為單層結構的繞射光學元件導致信噪比(SNR)降低現象的概念示意圖。
圖7：係為本發明繞射光投射裝置於一第一較佳實施例之方塊概念示意圖。
圖8：係為圖7所示繞射光學模組的結構概念示意圖。
圖9：係為本發明繞射光投射裝置於一第二較佳實施例之繞射光學模組的結構概念示意圖。
圖10：係為本發明繞射光投射裝置於一第三較佳實施例之繞射光學模組的結構概念示意圖。
圖11：係為圖10所示繞射光學模組於一實施態樣中對於436.8奈米至633.7奈米之間各波長之繞射效率的關係示意圖。
圖12：係為圖10所示繞射光學模組於一實施態樣中對於不同波長之零階光束(0th order)繞射效率的關係示意圖。
圖13：係為本發明繞射光投射裝置於一第四較佳實 施例之繞射光學模組的結構概念示意圖。
圖14：係為本發明繞射光投射裝置於一第五較佳實施例之繞射光學模組的結構概念示意圖。
圖15：係為本發明繞射光投射裝置於一第六較佳實施例之繞射光學模組的結構概念示意圖。
本發明之實施例將藉由下文配合相關圖式進一步加以解說。盡可能的，於圖式與說明書中，相同標號係代表相同或相似構件。於圖式中，基於簡化與方便標示，形狀與厚度可能經過誇大表示。可以理解的是，未特別顯示於圖式中或描述於說明書中之元件，為所屬技術領域中具有通常技術者所知之形態。本領域之通常技術者可依據本發明之內容而進行多種之改變與修改。
請參閱圖7與圖8，圖7為本發明繞射光投射裝置於一第一較佳實施例之方塊概念示意圖，圖8為圖7所示繞射光學模組的結構概念示意圖。繞射光投射裝置3包括發光源31以及繞射光學模組32，且發光源31用以輸出光束L31，可選擇地，發光源31為雷射光源，但不以此為限，當發光源31輸出光束L31後，繞射光學模組32可供光束L31通過而形成向外投射的繞射光L32。
再者，繞射光學模組32包括呈層疊設置的第一繞射光學元件321以及第二繞射光學元件322，且第一繞射光學元件321具有第一入光面3211以及第一出光面3212，而第二繞射光學 元件322具有第二入光面3221以及第二出光面3222，當發光源31輸出的光束L31入射至繞射光學模組32後，光束L31係依序通過第一入光面3211、第一出光面3212、第二入光面3221以及第二出光面3222而形成向外投射的繞射光L32。其中，第一出光面3212具有複數個第一表面結構32121A，而第二入光面3221具有複數個個第二表面結構32211，且任一第一表面結構32121的形狀與其相應之第二表面結構32211的形狀互補。
於本較佳實施例中，第一出光面3212以及第二入光面3221之間具有間隔距離，第一表面結構32121以及第二表面結構32211皆呈四階的階梯狀，且第一表面結構32121以及第二表面結構32211中任二相互補的階梯具有相同的寬度。惟，上述僅為實施例，繞射光學元件的數量、第一表面結構的形狀以及第二表面結構的形狀皆不以上述為限，熟知本技藝人士皆可依據實際應用需求而進行任何均等的變更設計。
而特別說明的是，於本案發明中，第一繞射光學元件321以及第二繞射光學元件322分別由不同材質所製成，因此對於相同的波長分別具有不同的折射率，其主要目的是用來共同延伸入射至繞射光學模組32之光束L31的可用波長範圍，此將於稍後的實施例進一步詳述。較佳者，但不以此為限，基於繞射光學模組32的結構設計，光束L31的可用波長範圍超過五十奈米，且繞射光學模組32對於可用波長範圍中任二波長之繞射效率的差距小於百分之零點五。
請參閱圖9，其為本發明繞射光投射裝置於一第二較佳實施例之繞射光學模組的結構概念示意圖。其中，本較佳實施 例之繞射光投射裝置大致類似於前述第一較佳實施例中所述者，在此即不再予以贅述。而本較佳實施例與前述第一較佳實施例的不同處在於，繞射光學模組42之第一繞射光學元件421的第一出光面4212貼合於第二繞射光學元件422的第二入光面4221，且第一出光面4212上的任一第一表面結構以及第二入光面4221上的任一第二表面結構皆呈二階的階梯狀。
再者，本較佳實施例之繞射光學模組42的繞射效率可以數學式表示如下：
Figure 108140693-A0305-02-0014-10
Figure 108140693-A0305-02-0014-11
 其中，λ2為入射至繞射光學模組42之光束L41的波長(於本實施例中被視為第二波長)，λ1為繞射光學模組42的設計波長(於本實施例中被視為第一波長)，η(λ2)為繞射光學模組42對於波長是λ2時的繞射效率，φ0(λ2)為第一出光面4212與第二入光面4221是連續相位且波長是λ2時的光程差(相位差)，而由於本較佳實施例中的第 一出光面4212與第二入光面4221為二階相位，故φ0(λ2)被修正為φ(λ2)且Level=2。又，h為繞射光學模組42的最大高度(即第一繞射光學元件以及第二繞射光學元件共用相同的高度)，n1(λ1)以及n1(λ2)分別為第一繞射光學元件421對波長λ1以及波長λ2的折射率(n1(λ1)以及n1(λ2)於本實施例中分別被視為第一折射率以及第二折射率)，n2(λ1)以及n2(λ2)分別為第二繞射光學元件422對波長λ1以及波長λ2的折射率(n2(λ1)以及n2(λ2)於本實施例中分別被視為第三折射率以及第四折射率)。
根據以上的說明可知，當繞射光學模組42滿足下列關係式時，繞射效率的理論值可被表示為sinc2{1-1}=100%；
Figure 108140693-A0305-02-0015-12
 詳言之，當第一波長λ1除以第二波長λ2的比例(λ1/λ2)相同於第一繞射光學元件421與第二光學元件422對第一波長λ1之折射率差(n1(λ1)-n2(λ1))除以第一繞射光學元件421與第二繞射光學元件422對第二波長λ2的折射率差(n1(λ2)-n2(λ2))時，繞射光學模組42對於第一波長λ1以及第二波長λ2皆具有理論值為100%的繞射效率，而繞射光學模組42對於第一波長λ1與第二波長λ2之間的其他波長亦能保持在較佳的繞射效率，也就是繞射光學模組42的可用波長範圍至少包括第一波長λ1至第二波長λ2之間的範圍。
惟，為了使第一波長λ1除以第二波長λ2的比例(λ1/λ2)相同於第一繞射光學元件421與第二繞射光學元件422對第一波長λ1之折射率差(n1(λ1)-n2(λ1))除以第一繞射光學元件421與第二 繞射光學元件422對第二波長λ2的折射率差(n1(λ2)-n2(λ2))，第一繞射光學元件421之材料的選擇與第二光學元件422之材料的選擇將受到較大的侷限。是以，本發明還提供下述繞射光學模組52。
請參閱圖10，其為本發明繞射光投射裝置於一第三較佳實施例之繞射光學模組的結構概念示意圖。其中，本較佳實施例之繞射光學模組大致類似於前述第二較佳實施例中所述者，在此即不再予以贅述。而本較佳實施例與前述第二較佳實施例的不同處在於，第一繞射光學元件521之第一出光面5212上的任一第一表面結構以及第二繞射光學元件522之第二入光面5221上的任一第二表面結構皆呈二階的階梯狀。
再者，本較佳實施例之繞射光學模組52的繞射效率可以數學式表示如下：
Figure 108140693-A0305-02-0016-13
Figure 108140693-A0305-02-0016-14
 其中，λ為入射至繞射光學模組52之光束L51的波長，η(λ)為繞射光學模組52對於波長是λ時的繞射效率，φ0(λ)為第一出光面5212與第二入光面5221是連續相位且波長是λ時的光程差(相位差)，而由於本較佳實施例中的第一出光面5212與第二入光面5221為二階相位，故φ0(λ)被修正為φ(λ)且Level=2。又，h1以及h2分別 為第一繞射光學元件521的最大高度以及第二繞射光學元件522的最大高度，n1(λ)以及n2(λ)分別為第一繞射光學元件521以及第二繞射光學元件522對波長λ的折射率。
根據以上的說明可知，當h 1．(n1(λ)-1)-h 2．(n2(λ)-1)=λ時，繞射效率的理論值可被表示為sinc2{1-1}=100%。是以，當第一繞射光學元件521的最大高度h1以及第二繞射光學元件522的最大高度h2滿足下列關係式時，繞射光學模組52對於入射至其中之光束L51的波長λ是λ1(於本實施例中被視為第一波長)以及λ2(於本實施例中被視為第二波長)時皆具有理論值為100%的繞射效率，而繞射光學模組52對於第一波長λ1與第二波長λ2之間的其他波長亦能保持在較佳的繞射效率，也就是繞射光學模組52的可用波長範圍至少包括第一波長λ1至第二波長λ2之間的範圍；
Figure 108140693-A0305-02-0017-15
Figure 108140693-A0305-02-0017-16
 其中，n1(λ1)以及n1(λ2)分別為第一繞射光學元件521對第一波長λ1的折射率(於本實施例中被視為第一折射率)以及第一繞射光學元521件對第二波長λ2的折射率(於本實施例中被視為第二折射率)，n2(λ1)以及n2(λ2)分別為第二繞射光學元件522對第一波長λ1的折射率(於本實施例中被視為第三折射率)以及第二繞射光學元522件對第二波長λ2的折射率(於本實施例中被視為第四折射率)。
以下舉例說明本較佳實施例之繞射光學模組的二種 實施態樣。於第一實施態樣中，為了使繞射光學模組52對於入射至其中之光束L51的可用波長範圍至少包括436.8奈米(第一波長λ1)至633.7奈米(第=二波長λ2)之間的範圍，第一繞射光學元件521採用聚甲基丙烯酸甲酯(poly methyl methacrylate,PMMA)材質，其對於第一波長λ1具有1.502的折射率(第一折射率)，且對於第二波長λ2具有1.489的折射率(第二折射率)，而第二繞射光學元件522採用聚碳酸酯(Polycarbonate，PC)材質，其對於第一波長λ1具有1.611的折射率(第三折射率)，且對於第二波長λ2具有1.58的折射率(第四折射率)，是以，第一繞射光學元件521的最大高度h1可被設計為9.1461微米(um)，而第二繞射光學元件522的最大高度h2可被設計為7.1548微米。
其中，基於上述的設計，繞射光學模組52對於436.8奈米(第一波長λ1)至633.7奈米(第一波長λ2)之間各波長之繞射效率的關係示意圖係如圖11所示，而繞射光學模組對於436.8奈米(第一波長λ1)至633.7奈米(第一波長λ2)之間各波長之零階光束(0th order)繞射效率的關係示意圖則如圖12所示。比較圖3與圖11以及比較圖4與圖12可知，本案繞射光學模組52使得入射至其中之光束L51的可用波長範圍大幅提升。
再者，於第二實施態樣中，為了使繞射光學模組52對於入射至其中之光束L51的可用波長範圍至少包括486.1奈米(第一波長λ1)至587.6奈米(第一波長λ2)之間的範圍，第一繞射光學元件521採用對於第一波長λ1具有1.6848的折射率(第一折射率)、且對於第二波長λ2具有1.6613的折射率(第二折射率)的材質，而第二繞射光學元件522採用對於第一波長λ1具有1.55134的 折射率(第三折射率)、且對於第二波長λ2具有1.5445的折射率(第四折射率)的材質，是以，第一繞射光學元件521的最大高度h1可被設計為7.1667微米，而第二繞射光學元件522的最大高度h2可被設計為9.7831微米。
當然，上述皆僅為實施例，熟知本技藝人士皆可依據實際應用需求而進行任何均等的變更設計。舉例來說，雖然在第一較佳實施例的繞射光學模組32中，第一表面結構32121以及第二表面結構32211是分別形成在第一繞射光學元件321的第一出光面3212以及第二繞射光學元件322的第二入光面3221上，但可變更設計為第一表面結構32121’以及第二表面結構32211’是分別形成在第一繞射光學元件321’的第一入光面3211’以及第二繞射光學元件322’的第二出光面3222’上，其如圖13所示的繞射光學模組32’。
再舉例來說，雖然在第二較佳實施例的繞射光學模組42中，第一表面結構以及第二表面結構是分別形成在第一繞射光學元件421的第一出光面4212以及第二繞射光學元件422的第二入光面4221上，但可變更設計為第一表面結構以及第二表面結構是分別形成在第一繞射光學元件421’的第一入光面4211’以及第二繞射光學元件422’的第二出光面4222’上，其如圖14所示的繞射光學模組42’。
又舉例來說，雖然在第三較佳實施例的繞射光學模組52中，第一表面結構以及第二表面結構是分別形成在第一繞射光學元件521的第一出光面5212以及第二繞射光學元件522的第二入光面5221上，但可變更設計為第一表面結構以及第二表面結 構是分別形成在第一繞射光學元件521’的第一入光面5211’以及第二繞射光學元件522’的第二出光面5222’上，其如圖16所示的繞射光學模組52’。
根據以上的說明，本發明繞射光投射裝置的繞射光學模組採用多層繞射光學元件的設計，並利用多層繞射光學元件對於不同波長具有不同折射率以及每一繞射光學元件具有各自最大高度的特性，延伸了繞射光學模組對於入射至其中之光束的可用波長範圍，並提升了繞射光學模組的設計自由度，實具產業利用價值。較佳者，該些層疊設置的繞射光學元件係鑲嵌而結構緊密，具有灰塵等髒汙及水氣不易滲入的好處。
特別說明的是，本發明繞射光投射裝置可應用於立體感測系統或生物辨識系統(如人臉辨識系統)，但不以上述為限，而由於入射至其繞射光學模組之光束的可用波長範圍獲得延伸，故當繞射光投射裝置所投射出的光束發生波長飄移或與其波長不符合設計質時，亦不影響立體感測系統的感測品質或生物辨識系統的辨識品質，例如，圖5所示之強烈的零階光束效應(箭頭指示處)或是圖6所示之信噪比(SNR)降低的現象(箭頭指示處)皆可得到改善。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，並非用以限定本發明之申請專利範圍，因此凡其它未脫離本發明所揭示之精神下所完成之等效改變或修飾，均應包含於本案之申請專利範圍內。
32‧‧‧繞射光學模組
321‧‧‧第一繞射光學元件
322‧‧‧第二繞射光學元件
3211‧‧‧第一入光面
3212‧‧‧第一出光面
3221‧‧‧第二入光面
3222‧‧‧第二出光面
32121‧‧‧第一表面結構
32211‧‧‧第二表面結構
L31‧‧‧光束
L32‧‧‧繞射光

Claims (5)

  1. 一種繞射光投射裝置，包括：一發光源，用以輸出一光束；以及一繞射光學模組，用以供該光束通過而形成向外投射之一繞射光，且該繞射光學模組包括呈層疊設置並分別由不同材質所製成的一第一繞射光學元件以及一第二繞射光學元件，該第一繞射光學元件具有一第一入光面以及一第一出光面，該第二繞射光學元件具有一第二入光面以及一第二出光面，該第一出光面面對該第二入光面；其中該第一出光面具有一第一表面結構，該第二入光面具有一第二表面結構，該第一表面結構以及該第二表面結構係形狀互補並且分別由該些不同材質所製成，或者，該第一入光面具有一第一表面結構，該第二出光面具有一第二表面結構，該第一表面結構以及該第二表面結構係形狀互補並且分別由該些不同材質所製成；其中該繞射光學模組對於該光束之一可用波長範圍介於一第一波長以及一第二波長之間，該第一繞射光學元件對該第一波長以及該第二波長分別具有一第一折射率以及一第二折射率，而該第二繞射光學元件對該第一波長以及該第二波長分別具有一第三折射率以及一第四折射率；其中該第一出光面以及該第二入光面之間具有一間隔距離，且該第一繞射光學元件之一最大高度以及該第二繞射光學元件之一最大高度係滿足下列關係式：
    Figure 108140693-A0305-02-0024-17
    Figure 108140693-A0305-02-0024-19
     其中，h1以及h2分別為該第一繞射光學元件之該最大高度以及該第二繞射光學元件之該最大高度，λ1以及λ2分別為該第一波長以及該第二波長，n1(λ1)以及n1(λ2)分別為該第一折射率以及該第二折射率，n2(λ1)以及n2(λ2)分別為該第三折射率以及該第四折射率，或者，該第一出光面貼合於該第二入光面，且該繞射光學模組係滿足下列關係式：
    Figure 108140693-A0305-02-0024-20
     其中，λ1以及λ2分別為該第一波長以及該第二波長，n1(λ1)以及n1(λ2)分別為該第一折射率以及該第二折射率，n2(λ1)以及n2(λ2)分別為該第三折射率以及該第四折射率。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之繞射光投射裝置，其中，該光束係依序通過該第一入光面、該第一出光面、該第二入光面以及該第二出光面而形成向外投射之該繞射光。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之繞射光投射裝置，其中該第一表面結構以及該第二表面結構皆呈階梯狀，且該第一表面結構以及該第二表面結構中之任二相互補之階梯具有相同之寬度。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之繞射光投射裝置，係應用於一立體感測系統或一生物辨識系統。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之繞射光投射裝置，其中該第二波長與該第一波長相差五十奈米以上，且該繞射光學模組對於該第一波長與該第二波長之間之任二波長的繞射效率的差距小於百分之零點五。
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