本发明涉及消费性电子技术领域，更具体而言，涉及一种衍射光学元件、光电模组、输入输出组件及电子设备。
背景技术
手机上可以配置有激光发生器和红外摄像头。激光发生器用于向外发射激光，红外摄像头用于采集由目标物体调制的激光图案。通常情况下，激光发生器与红外摄像头之间还需要设置其他的电子元器件，因而增大了激光发生器与红外摄像头之间的距离，导致激光发生器与红外摄像头的视场角的重合度低。
技术实现要素：
本发明实施方式提供一种衍射光学元件、光电模组、输入输出组件及电子设备。
本发明实施方式的衍射光学元件包括：
衍射本体；及
多个衍射结构，多个所述衍射结构形成在所述衍射本体上并用于衍射激光，以使得自所述衍射光学元件的中心区域投射的激光的密度大于自所述衍射光学元件的边缘区域投射的激光的密度。
在某些实施方式中，所述衍射本体沿中心至边缘依次包括第一区域和第二区域，所述第一区域的所述衍射结构的密度大于所述第二区域的所述衍射结构的密度。
在某些实施方式中，所述衍射本体包括相背的衍射入射面与衍射出射面，所述衍射结构形成在所述衍射入射面或/和所述衍射出射面上。
在某些实施方式中，所述衍射结构的密度由所述第一区域向所述第二区域逐渐减小。
在某些实施方式中，所述第二区域的所述衍射结构位于所述第一区域的所述衍射结构的至少两侧；或者
所述第二区域的所述衍射结构环绕所述第一区域的所述衍射结构设置。
本发明实施方式的光电模组包括：
光源；
准直元件；及
上述任一实施方式所述的衍射光学元件，所述准直元件及所述衍射光学元件依次设置在所述光源的光路上。
在某些实施方式中，所述光源为垂直腔面发射激光器，所述光源包括衬底及设置在所述衬底上的发光元件阵列；或者
所述光源为边发射激光器，所述光源包括发光面，所述发光面朝向所述准直元件。
本发明实施方式的输入输出组件包括：
上述任一实施方式所述的光电模组，所述光电模组用于向目标物体投射激光；及
红外成像模组，所述红外成像模组用于接收由所述目标物体调制后的激光图案。
在某些实施方式中，所述输入输出组件还包括：
后置成像模组，所述后置成像模组位于所述光电模组与所述红外成像模组之间；及
可见光成像模组，所述可见光成像模组位于所述光电模组与所述后置成像模组之间。
在某些实施方式中，所述光电模组、所述可见光成像模组、所述后置成像模组、及所述红外成像模组位于同一直线上。
在某些实施方式中，所述输入输出组件还包括第一支架和第二支架，所述第一支架用于固定安装所述光电模组、所述可见光成像模组、及所述红外成像模组；
所述第二支架用于固定安装所述后置成像模组。
在某些实施方式中，所述输入输出组件还包括固定支架，所述固定支架用于固定安装所述光电模组、所述可见光成像模组、所述红外成像模组、及所述后置成像模组。
本发明实施方式的电子设备，其特征在于，包括：
壳体；及
上述任一实施方式所述的输入输出组件，所述输入输出组件设置在所述壳体上。
在某些实施方式中，所述输入输出组件能够滑动的设置在所述壳体上。
在某些实施方式中，所述壳体包括相对设置的两个侧壁，所述输入输出组件位于两个所述侧壁之间并能够沿所述侧壁滑出，所述输入输出组件的宽度与两个所述侧壁之间的距离相等。
本发明实施方式的衍射光学元件、光电模组、输入输出组件及电子设备中，自衍射光学元件的中心区域投射的激光的密度大于自衍射光学元件的边缘区域投射的激光的密度，从而可以增大衍射光学元件投射激光的视场角，以提高光电模组与红外成像模组的视场角的重合度，并确保光电模组对中心区域投射的激光的密度，从而保证红外成像模组获取的中心区域的深度图像的精度。
本发明的实施方式的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实施方式的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施方式的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明某些实施方式的光电模组的结构示意图；
图2至图4是本发明某些实施方式的光电模组的部分结构示意图；
图5是本发明某些实施方式的光电模组的光源的结构示意图；
图6至图12是本发明某些实施方式的光电模组的衍射光学元件的结构示意图；
图13至图14是本发明某些实施方式的输入输出组件的结构示意图；
图15是本发明某些实施方式的电子设备处于第一状态的结构示意图；
图16是本发明某些实施方式的电子设备处于第二状态的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。附图中相同或类似的标号自始至终表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。
另外，下面结合附图描述的本发明的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明的实施方式，而不能理解为对本发明的限制。
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。
请参阅图1，本发明实施方式的光电模组100包括基板组件10、镜筒20、保护罩30、光源40、准直元件50、及衍射光学元件60。
基板组件10包括基板11及承载在基板11上的电路板12。基板11的材料可以为塑料，例如，聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethyleneglycolterephthalate，pet)、聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate，pmma)、聚碳酸酯(polycarbonate，pc)、聚酰亚胺(polyimide，pi)中的任意一种或多种。如此，基板11的质量较轻且具有足够的支撑强度。电路板12可以是硬板、软板或软硬结合板。电路板12上开设有过孔121。光源40通过过孔121固定在基板11上并与电路板12电连接。基板11上可以开设有散热孔111，光源40或电路板12工作产生的热量可以由散热孔111散出，散热孔111内还可以填充导热胶，以进一步提高基板组件10的散热性能。
镜筒20设置在基板组件10上并与基板组件10共同形成收容腔21。光源40、准直元件50、及衍射光学元件60均收容在收容腔21内。准直元件50与衍射光学元件60依次设置在光源40的发光光路上。镜筒20包括相背的顶部22及底部23。镜筒20形成有贯穿顶部22及底部23的通孔24。底部23承载在基板组件10上，具体可通过胶水固定在电路板12上。镜筒20的内壁向通孔24的中心延伸有环形承载台25，衍射光学元件60承载在承载台25上。
保护罩30设置在顶部22上，具体可以通过胶水粘贴在顶部22上。保护罩30包括与基板11相对的抵触面31。保护罩30及承载台25分别从衍射光学元件60的相背两侧抵触衍射光学元件60。抵触面31为保护罩30的与衍射光学元件60相抵触的表面。光电模组100利用保护罩30抵触衍射光学元件60以使衍射光学元件60收容在收容腔21内，并防止衍射光学元件60沿出光方向脱落。
在某些实施方式中，保护罩30可由金属材料制成，例如纳米银丝、金属银线、铜片等。保护罩30开设有透光孔32。透光孔32与通孔24对准。透光孔32用于出射衍射光学元件60投射的激光图案。透光孔32的孔径大小小于衍射光学元件60的宽度或长度中的至少一个以将衍射光学元件60限制在收容腔21内。
在某些实施方式中，保护罩30可由透光材料制成，例如玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate，pmma)、聚碳酸酯(polycarbonate，pc)、聚酰亚胺(polyimide，pi)等。由于玻璃、pmma、pc、及pi等透光材料均具有优异的透光性能，保护罩30可以不用开设透光孔32。如此，保护罩30能够在防止衍射光学元件60脱落的同时，避免衍射光学元件60裸露在镜筒20的外面，对衍射光学元件60起到防水、防尘的作用。
光源40用于发射激光。光源40承载在基板11上并收容在过孔121内。过孔121的大小与光源40的大小对应，即过孔121的大小大于光源40的大小，或者过孔121的大小与光源40的大小相当。
光源40可以是垂直腔面发射激光器(verticalcavitysurfaceemittinglaser，vcsel)或者边发射激光器(edge-emittinglaser，eel)。
在如图1所示的实施例中，光源40为边发射激光器，具体地，光源40可以为分布反馈式激光器(distributedfeedbacklaser，dfb)。光源40用于向收容腔21内发射激光。请结合图2，光源40整体呈柱状，光源40远离基板组件10的一个端面形成发光面41，激光从发光面41发出，发光面41朝向准直元件50且发光面41与准直元件50的准直光轴垂直，准直光轴穿过发光面51的中心。光源40固定在基板组件10上，具体地，光源40可以通过封胶70粘结在基板组件10上，例如光源40的与发光面41相背的一面粘接在基板组件10上。请结合图1和图3，光源40的侧面42也可以粘接在基板组件10上，封胶70包裹住四周的侧面42，也可以仅粘结侧面42的某一个面与基板组件10或粘结某几个面与基板组件10。此时封胶70可以为导热胶，以将光源40工作产生的热量传导至基板组件10中。
上述的光电模组100的光源40采用边发射激光器，一方面边发射激光器较vcsel阵列的温漂较小，另一方面，由于边发射激光器为单点发光结构，无需设计阵列结构，制作简单，光电模组100的光源40成本较低。
分布反馈式激光器的激光在传播时，经过光栅结构的反馈获得功率的增益。要提高分布反馈式激光器的功率，需要通过增大注入电流和/或增加分布反馈式激光器的长度，由于增大注入电流会使得分布反馈式激光器的功耗增大并且出现发热严重的问题，因此，为了保证分布反馈式激光器能够正常工作，需要增加分布反馈式激光器的长度，导致分布反馈式激光器一般呈细长条结构。当边发射激光器的发光面41朝向准直元件50时，边发射激光器呈竖直放置，由于边发射激光器呈细长条结构，边发射激光器容易出现跌落、移位或晃动等意外，因此通过设置封胶70能够将边发射激光器固定住，防止边发射激光器发生跌落、位移或晃动等意外。
在某些实施方式中，光源40也可以采用如图4所示的固定方式固定在基板组件10上。具体地，光电模组100包括多个支撑块80，支撑块80可以固定在基板组件10上，多个支撑块80共同包围光源40，在安装时可以将光源40直接安装在多个支撑块80之间。在一个例子中，多个支撑块80共同夹持光源40，以进一步防止光源40发生晃动。
请结合图5，当光源40为垂直腔面发射激光器时，光源40包括半导体衬底43及设置在衬底43上的发光元件阵列44，发光元件阵列44通过衬底43固定在基板组件10上。
请再次参阅图1，准直元件50用于准直光源40发射的激光。准直元件50固定在镜筒20上，承载台25位于准直元件50与衍射光学元件60之间。准直元件50可包括一个或多个透镜，一个或多个透镜共轴依次设置在光源40的发光光路上。每个透镜的面型可以为非球面、球面、菲涅尔面、二元光学面中的任意一种。透镜可均由玻璃材质制成，以解决环境温度变化时透镜会产生温漂现象的问题；或者透镜均由塑料材质制成，以使得成本较低、便于量产。
衍射光学元件60用于衍射准直元件50准直后的激光以形成激光图案。衍射光学元件60的两侧分别与抵触面31和承载台25抵触，从而衍射光学元件60不会沿出光方向从收容腔21脱落。衍射光学元件60可以由玻璃材质制成，也可以由复合塑料(如pet)制成。
请参阅图6至图9，衍射光学元件60包括透光的衍射本体62及形成在衍射本体62上的多个衍射结构64。例如，衍射结构64的数量可以为两个、三个、四个、六个或更多个。衍射本体62包括相背的衍射入射面621与衍射出射面622。衍射结构64可以形成在衍射入射面621上(如图6和图7所示)；或者衍射结构64形成在衍射出射面622上(如图8和图9所示)；或者衍射结构64形成在衍射入射面621和衍射出射面622上。衍射结构64可通过蚀刻的方式形成在衍射入射面621和/或衍射出射面622上，此时，衍射结构64为衍射入射面621和/或衍射出射面622上的衍射凹槽(如图7和图9所示)；衍射结构64也可以单独制作在衍射入射面621和/或衍射出射面622上，此时，衍射结构64为衍射入射面621和/或衍射出射面622上的衍射凸起(如图6和图8所示)。
衍射光学元件60利用衍射原理在衍射本体62表面制备一定深度的台阶(光栅)，即衍射结构64，光束通过时会产生不同的光程差，满足布拉格衍射条件。通过衍射结构64的不同设计可以控制衍射后的光束的发散角和形成光斑的样貌，实现形成特定的激光图案的功能。
衍射光学元件60可以将入射光束分散成无数个光束再射出。由于入射光束的总能量是一定的，当入射光束所分成的光束的数量越多时，每个光束所具有的能量越小。因此，在为了提高光电模组100与红外成像模组200的视场角的重合度(如图13所示，视场角的重合度由α提高到β)而增大衍射光学元件60投射激光的视场角时，需要确保光电模组100对中心区域投射的激光的密度，从而保证红外成像模组200获取的中心区域的深度图像的精度。本发明实施方式可以通过对形成在衍射本体62上的多个衍射结构64的设计，使得自衍射光学元件60的中心区域投射的激光的密度大于自衍射光学元件60的边缘区域投射的激光的密度，以确保光电模组100对中心区域投射的激光的密度，而且衍射结构64的总数量不会发生改变，也不需要增大光电模组100的工作电流或功率等，因而不会增大光电模组100的功耗。
请参阅图10，在某些实施方式中，衍射本体62沿中心至边缘依次包括第一区域623和第二区域624。第一区域623和第二区域624可以是相接的或者是相互间隔的。第一区域623的衍射结构64的密度大于第二区域624的衍射结构64的密度(包括第二区域624的衍射结构64的密度为零或几乎为零的情况)；或者说，第一区域623的单位面积内衍射结构64的数量大于第二区域624的单位面积内衍射结构64的数量。如此，可以使得自衍射光学元件60的中心区域投射的激光的密度大于自衍射光学元件60的边缘区域投射的激光的密度。
具体地，衍射结构64的密度可由第一区域623向第二区域624逐渐减小。也即是说，沿第一区域623向第二区域624的方向，相邻的衍射结构64之间的距离逐渐减小。
或者，请参阅图11，第一区域623内的衍射结构64和第二区域624内的衍射结构64各自为均匀分布。沿第一区域623向第二区域624的方向，第一区域623内相邻的衍射结构64之间的距离相等，第二区域624内相邻的衍射结构64之间的距离也相等，第一区域623内相邻的衍射结构64之间的距离大于第二区域624内相邻的衍射结构64之间的距离。
当然，在其他实施方式中，也可以通过对形成在衍射本体62上的多个衍射结构64的其他设计，例如，对衍射凹槽的深度或倾斜角度、衍射凸起的高度或倾斜角度、每个衍射结构64具有的台阶的级数等设计，使得自衍射光学元件60的中心区域投射的激光的密度大于自衍射光学元件60的边缘区域投射的激光的密度。
请参阅图10和图11，在某些实施方式中，第二区域624的衍射结构64位于第一区域623的衍射结构64的至少两侧。例如，衍射结构64可呈矩阵分布，第二区域624的衍射结构64位于第一区域623的衍射结构64的任意两侧；或者第二区域624的衍射结构64位于第一区域623的衍射结构64的任意三侧；或者第二区域624的衍射结构64位于第一区域623的衍射结构64的四侧。
请参阅图12，在某些实施方式中，第二区域624的衍射结构64环绕第一区域623的衍射结构64设置。此时，衍射结构64可呈环形分布，具体可以呈圆环形、或方环形。
请参阅图13，本发明实施方式的输入输出组件1000包括上述任一实施方式的光电模组100和红外成像模组200。光电模组100用于向目标物体投射激光，红外成像模组200用于接收由目标物体调制后的激光图案以获得深度图像。
本发明实施方式的输入输出组件1000中，光电模组100与红外成像模组200的视场角具有较高的重合度，且可以确保光电模组100对中心区域投射的激光的密度，从而保证红外成像模组200获取的中心区域的深度图像的精度。
输入输出组件1000可以向外界发出信号或者接收外界的信号，或者同时具备向外界发出信号和接收外界的信号的功能，其中信号可以是光线信号、声音信号、触摸信号等。可以理解，依据不同功能需求，输入输出组件1000的具体种类和包含的模组的数量可以有所变化。
请参阅图14，在某些实施方式中，输入输出组件1000还包括后置成像模组300及可见光成像模组400。后置成像模组300位于光电模组100与红外成像模组200之间。可见光成像模组400位于光电模组100与后置成像模组300之间。
可见光成像模组400可接收外界的可见光信号以生成彩色图像。后置成像模组300可以包括一个摄像头、两个摄像头或更多个摄像头。当后置成像模组300包括两个摄像头时，两个摄像头并列设置。一个摄像头可以为黑白摄像头，另外一个摄像头为rgb摄像头；或者一个摄像头为ir摄像头，另外一个摄像头为rgb摄像头；或者一个摄像头为rgb摄像头，另外一个摄像头也为rgb摄像头；或者一个摄像头为广角摄像头，另外一个摄像头为长焦摄像头等。
进一步地，光电模组100、可见光成像模组400、后置成像模组300、及红外成像模组200可位于同一直线上。以图14为例，从直线的一端至另一端依次为：光电模组100、可见光成像模组400、后置成像模组300、及红外成像模组200。
在某些实施方式中，输入输出组件1000还包括第一支架600和第二支架700，第一支架600用于固定安装光电模组100、可见光成像模组400、及红外成像模组200。第二支架700用于固定安装后置成像模组300。如此，光电模组100、可见光成像模组400、及红外成像模组200之间的相对位置、后置成像模组300中的一个或多个摄像头之间的相对位置，均不会发生变化从而能够更好的配合工作。
请参阅图15，在某些实施方式中，上述第一支架600和第二支架700可替换成固定支架800，固定支架800用于固定安装光电模组100、可见光成像模组400、红外成像模组200、及后置成像模组300。
具体地，固定支架800可以为一体成型结构，当光电模组100、可见光成像模组400、红外成像模组200、及后置成像模组300安装在固定支架800上时，各模组之间的相对位置不会发生变化从而能够更好的配合工作。同时，由于多个模组同时安装在一个固定支架800上，不需要为多个模组设置多个支架，简化了输入输出组件1000的结构，节省了安装空间。
在某些实施方式中，输入输出组件1000还包括红外补光灯500。红外补光灯500用于向外发射红外光以实现红外补光。红外成像模组200位于后置成像模组300与红外补光灯500之间。光电模组100、可见光成像模组400、后置成像模组300、红外成像模组200、及红外补光灯500可位于同一直线上。红外补光灯500还可以与光电模组100、可见光成像模组400、及红外成像模组200一同安装在第一支架600上，而后置成像模组300安装在第二支架700上(如图14所示)；或者红外补光灯500与光电模组100、可见光成像模组400、红外成像模组200、及后置成像模组300一同安装在固定支架800上(如图15所示)。
请继续参阅图15，本发明实施方式的电子设备3000包括壳体2000及上述任一实施方式的输入输出组件1000，输入输出组件1000设置在壳体2000上。电子设备3000包括但不限于为手机、平板电脑、手提电脑、游戏机、头显设备、门禁系统、柜员机等。壳体2000可以给输入输出组件1000提供防尘、防水、防摔等保护。
其中，输入输出组件1000设置在壳体2000上，具体可以是，输入输出组件1000固定设置在壳体2000上；或者是输入输出组件1000能够滑动的设置在壳体2000上。
当输入输出组件1000能够滑动的设置在壳体2000上时，电子设备3000的屏占比可以达到100％。电子设备3000还可以包括驱动组件(图未示)，当无需使用输入输出组件1000时，输入输出组件1000隐藏在壳体2000内(如图15所示)；当需要使用输入输出组件1000时，驱动组件驱动输入输出组件1000自壳体2000滑出(如图16所示)，并在输入输出组件1000使用完成后驱动输入输出组件1000滑入壳体2000以隐藏在壳体2000内。
在某些实施方式中，壳体2000包括相对设置的两个侧壁2100，输入输出组件1000位于两个侧壁2100之间并能够沿侧壁2100滑出，输入输出组件1000的宽度与两个侧壁2100之间的距离相等。当输入输出组件1000自壳体2000滑出时，电子设备3000的长度在整体上发生延伸，电子设备3000的外形较为美观。
在本说明书的描述中，参考术语“某些实施方式”、“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”的描述意指结合所述实施方式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方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。
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所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个，除非另有明确具体的限定。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。