投影装置

摘要

本发明提供一种投影装置，包括：光源、透镜和衍射光学组件。该光源用于发射高斯光束；该透镜具有焦距，并用于接收该高斯光束并产生去聚焦高斯光束，其中该光源和该透镜之间的距离不等于该焦距。该衍射光学组件被设计用于该去聚焦高斯光束，并用于接收该去聚焦高斯光束并发出该去聚焦高斯光束的非衍射光。

权利要求

1.一种投影装置，包含有：

一光源，用于发出一高斯光束；

一透镜，具有一焦距，所述透镜用于接收所述高斯光束以及产生一去聚焦高斯光束，其中所述光源与所述透镜之间的距离不等于所述焦距；以及一衍射光学组件，应用于所述去聚焦高斯光束，用以接收所述去聚焦高斯光束以及发出所述去聚焦高斯光束的一非衍射光。

2.如权利要求1所述的投影装置，其中所述光源为一激光光源。

3.如权利要求1所述的投影装置，其中所述透镜为一准直透镜。

4.如权利要求1所述的投影装置，其中所述光源与所述透镜之间的所述距离长于所述焦距。

5.如权利要求1所述的投影装置，其中所述光源与所述透镜之间的所述距离短于所述焦距。

6.如权利要求1所述的投影装置，其中所述光源与所述透镜之间的所述距离根据所述透镜的所述焦距来决定。

7.一种投影装置，包含有：

一光源，用于发出一特定高斯光束；以及一衍射光学组件，应用于所述特定高斯光束，用于接收所述特定高斯光束以及发出所述特定高斯光束的一非衍射光。

8.如权利要求7所述的投影装置，其中所述光源为一激光光源。

9.如权利要求7所述的投影装置，其中所述光源以及所述衍射光学组件之间的距离根据所述衍射光学组件的一设定焦距来决定。

说明书

投影装置

技术领域

[0001] 本发明关于一种投影装置，尤其关于一种低成本的用于发出非衍射光的投影装置背景技术

[0002] 一般来说，衍射光学组件(diffractive optical element，DOE)是常见的包含在结构光(structure light)模块中的成像组件。理想的衍射光学组件可作为高效率的光束整形(beam shaping)组件。然而，现实世界中DOE生产过程存在一些程序误差，例如角落舍入误差(corner rounding error)以及蚀刻深度误差(etching depth error)，这会大幅降低性能。此外，将准直光束照射到一般衍射光学组件中将产生具有高能量的非衍射光(non-diffractive light)(例如超过该准直光束的总能量的1％的非衍射光)，这会引起导致眼睛安全上的问题。

[0003] 请参照第1图，第1图为公知技术的投影装置100的简化区块图。投影装置100包含：一激光光源110、一准直透镜(collimating lens)120以及一衍射光学组件130。激光光源
110产生一光束，且准直透镜120接收该光束以及产生一准直光束。准直透镜120的焦距用f来表示，且激光光源110与准直透镜120之间的距离等于焦距f。衍射光学组件130会接收该准直光束，并且于影像平面140产生具有高能量的非衍射光。举例来说，在光圈(aperture)为7毫米(mm)且衍射光学组件130与影像平面140之间的距离为70公分(cm)的情况下，若该衍射光学组件具有10％的蚀刻深度误差(etching depth error)，则该非衍射光会占该准直光束的总能量的大约5.28％；另一情况下，若该衍射光学组件具有30％的蚀刻深度误差，则该非衍射光会占该准直光束的总能量的36.26％。

[0004] 请参照第2图，第2图为根据另一公知技术(案号EP2987132B1)的投影装置的简化方块图。所述投影装置包含一激光204、一准直透镜222、一衍射光学组件224以及一折射光学组件(refractive optical element，ROE)226。折射光学组件226对来自衍射光学组件224的非衍射光进行去聚焦(defocus)，如第2图的发出虚线所示，以降低所发出的该非衍射光的能量。然而，额外的折射光学组件226使该投影装置的总高度增加许多，这也造成该投影装置的成本大幅增加。

发明内容

[0005] 综上所述，本发明的目的之一在于提供一种低成本的投影装置来非衍射光，以解决上述问题。

[0006] 本发明的一实施例揭示了一种投影装置，包含有一光源、一透镜以及一衍射光学组件。该光源用于发出一高斯光束(Gaussian beam)；该透镜具有一焦距(focal length)，用于接收该高斯光束以及产生一去聚焦高斯光束，其中该光源与该透镜之间的距离不等于该焦距；该衍射光学组件(diffractive optical element，DOE)应用于该去聚焦高斯光束，用以接收该去聚焦高斯光束以及发出该去聚焦高斯光束的一非衍射光(non-diffractive light)。

[0007] 本发明的一实施例揭示了一种投影装置，包含有一光源以及一衍射光学组件。该光源用于发出一特定高斯光束；该衍射光学组件应用于该特定高斯光束，用于接收该特定高斯光束以及发出该特定高斯光束的一非衍射光(non-diffractive light)。

[0008] 总结来说，本发明提供的投影装置能够在呈现理想成像的前提下降低所发出的非衍射光的能量以避免伤害眼睛，且由于该投影装置不需要额外设置折射光学组件(ROE)，故能降低整体成本。

附图说明

[0009] 图1为一公知技术的投影装置的简化方块图。

[0010] 图2为根据另一公知技术(案号EP2987132B1)的投影装置的简化方块图。

[0011] 图3为根据本发明一实施例的投影装置的简化方块图。

[0012] 图4为衍射光学组件具有10％的蚀刻深度误差时，根据透镜的不同有效焦距所构成的：非衍射光的能量与高斯光束的总能量之间的比值(即零阶效率)对照于光源与透镜的的去聚焦层级(即有效焦距的倍数)的示意图。

[0013] 图5为根据本发明另一实施例的投影装置的简化方块图。

[0014] 【附图标记说明】

[0015] 100、300、400 投影装置

[0016] 110 激光光源

[0017] 120、222 准直透镜

[0018] 130、224、330、430 衍射光学组件

[0019] 140、340、440 影像平面

[0020] 204 激光

[0021] 226 折射光学组件

[0022] 310、410 光源

[0023] 320 透镜

具体实施方式

[0024] 在说明书及后续的权利要求当中使用了某些词汇来指称特定的组件。所属领域中具有通常知识者应可理解，硬件制造商可能会用不同的名词来称呼同样的组件。本说明书及后续的权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。在通篇说明书及后续的权利要求当中所提及的“包含”为一开放式的用语，故应解释成“包含但不限定于”。另外，“耦接”一词在此包含任何直接及间接的电气连接手段。因此，若文中描述一第一装置耦接于一第二装置，则代表该第一装置可直接电气连接于该第二装置，或通过其他装置或连接手段间接地电气连接至该第二装置。

[0025] 请参照第3图，第3图为根据本发明一实施例的投影装置300的简化方块图，其中投影装置300可应用于一3D感测系统。投影装置300包含：一光源310、一透镜320、以及一衍射光学组件(diffractive optical element，DOE)330，其中光源310可为单一波长激光光源，且透镜320可为一准直透镜。光源310用以发出一高斯光束。透镜320的焦距以f来表示，且用于接收该高斯光束以及产生一去聚焦高斯光束，其中光源310与透镜320之间的距离d短于焦距f，且焦距f可为一有效焦距(effective focal length，EFL)。衍射光学组件330针对该去聚焦高斯光束而设计，用以接收该去聚焦高斯光束并且只于影像平面340发出该去聚焦高斯光束的一非衍射光(亦即零阶(zero-order)光束，设置于影像平面340的中央)。如此一来，所发散的非衍射光的能量将会被大幅减少以避免伤害眼睛，且由于衍射光学组件330是针对该去聚焦高斯光束而设计的，故仍能呈现预期的成像(pattern)。此外，由于不用额外设置折射光学组件(refractive optical element，ROE)，故投影装置300具有极低的成本。

[0026] 举例来说，在光圈为7毫米(mm)且衍射光学组件330以及影像平面340之间的距离为70公分(cm)的情况下，若衍射光学组件330具有10％的蚀刻深度误差，则该非衍射光会占该高斯光束的总能量的大约0.11％；另一情况下，若衍射光学组件330具有30％的蚀刻深度误差，则该非衍射光会占该高斯光束的总能量的0.28％。请参照第4图，第4图为衍射光学组件具有10％的蚀刻深度误差时，根据透镜的不同有效焦距所构成的：非衍射光的能量与高斯光束的总能量之间的比值(即零阶效率)对照于光源与透镜的去聚焦层级(即有效焦距的倍数)的示意图。举例来说，当透镜320的有效焦距为3.5mm(亦即f＝3.5mm)，若光源310与透镜320的去聚焦层级(defocus level)为10％的有效焦距(亦即距离d为3.5mm+/-(3.5*0.1)mm)，该零阶效率将会是大约1.7％；若光源310与透镜320的去聚焦层级为20％的有效焦距(亦即距离d为3.5mm+/-(3.5*0.2)mm)，该零阶效率将会是大约0.3％。当透镜320的有效焦距为0.5mm(亦即f＝0.5mm)，若光源310与透镜320的去聚焦层级为10％的有效焦距(亦即距离d为0.5mm+/-(0.5*0.1)mm)，零阶效率将会是大约0.2％；若光源310与透镜320的去聚焦层级为20％(亦即距离d为0.5mm+/-(0.5*0.2)mm)，则零阶效率将会是大约0.2％。当透镜320的有效焦距变常时，会需要更高的光源310与透镜320之间的去聚焦层级来降低所发出的非衍射光的能量(亦即降低零阶效率)以避免伤害眼睛。

[0027] 然而，若衍射光学组件330针对一平面波(plane wave)而非该去聚焦高斯光束而设计，则该非衍射光以及所有的衍射光(diffracted light)都会被发出，因此无法得到预期的成像。请注意，以上实施例仅作为举例之目的，并不用以限本发明的范畴。举例来说，在另一实施例中，光源310与透镜320之间的距离d可根据不同设计需求而设计为长于焦距f。

[0028] 请参照第5图，第5图为根据本发明另一实施例的投影装置400的简化方块图，其中投影装置400可应用于3D感测系统。投影装置400包含：一光源410以及一衍射光学组件，其中光源410可为单一波长激光光源。光源410用以发出一特定高斯光束。衍射光学组件430针对该特定高斯光束玵设计，并且用以接收该特定高斯光束以及于影像平面440上发出该特定高斯光束的一非衍射光(亦即零阶光束，位于影像平面340的中央)，其中衍射光学组件430可于二元光学(binary optics)中用更多层级的屏蔽(mask)来制造。投影装置400的总高度可被降低，且整体成本远比公知技术的成本来得低。如此一来，所发散的非衍射光的能量将会被减少许多以避免伤害眼睛，且由于衍射光学组件430是针对该特定高斯光束而特别设计，故仍可得到所预期的成像。

[0029] 举例来说，在光圈为7毫米且衍射光学组件430以及影像平面440之间的距离为70公分的情况下，若衍射光学组件430具有10％的蚀刻深度误差(etching depth error)，则该非衍射光会占该高斯光束的总能量的大约0.11％；若衍射光学组件430具有30％的蚀刻深度误差，则该非衍射光会占该高斯光束的总能量的0.28％。

[0030] 请注意，以上实施例仅作为举例之目的，并不用以限本发明的范畴。举例来说，在另一实施例中，光源410与衍射光学组件430之间的距离可根据不同设计需求而设计为不同的长度。

[0031] 总结来说，本发明提供的投影装置能够在呈现理想成像的前提下降低所发出的非衍射光的能量以避免伤害眼睛，且由于该投影装置不需要额外设置折射光学组件(ROE)，故能降低整体成本。

[0032] 以上所述仅为本发明之较佳实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明之涵盖范围。