[發明專利]基于面發射激光的投射裝置及其制作方法

有效

• 申請號: 201910105913.2
• 申請日: 2019-02-01
• 公開（公告）號: CN111522190B
• 公開（公告）日: 2022-03-11
• 發明（設計）人: 劉勁松
• 申請（專利權）人: 無錫奧普頓光電子有限公司
• 主分類號: G03B21/20
• 分類號: G03B21/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.基于面發射激光的投射裝置，其特征在于，包括：

面發射激光器，其具有發光表面，所述發光表面分布多個點狀發光源，所述多個點狀發光源構成所需的平面圖案；以及

集成衍射光學元件，其布置于所述面發射激光器前端，所述集成衍射光學元件的表面具有浮雕狀微結構，所述浮雕狀微結構的形狀由融合的相位變換函數所確定，所述融合的相位變換函數通過將虛擬準直透鏡的透鏡函數和原始衍射光學元件的相位變換函數進行融合而得到，其中所述原始衍射光學元件是適于接收具有所述平面圖案的平行光束并基于衍射原理對所述平面圖案進行復制以得到視場角擴大的出射圖案的衍射光學元件，所述虛擬準直透鏡是適于對所述點狀發光源所發出的光束進行準直的透鏡；

其中，所述虛擬準直透鏡焦距與所述面發射激光器的視場角之間的關系為：

式中l_i為所述面發射激光器的發光面在平面直角坐標系的x或y方向的尺寸，f_i為所述虛擬準直透鏡的對應于所述的x或y方向的焦距，FOV_i為所述面發射激光器在所述的x或y方向上的視場角，當i＝1時，表示所述的x方向，當i＝2時，表示所述的y方向；

所述集成衍射光學元件通過結構件與所述面發射激光器固定在一起，且所述面發射激光器到所述集成衍射光學元件具有特定的軸向距離，其中所述軸向是垂直于所述發光表面的方向，所述集成衍射光學元件具有多個出射子光束和多個入射子光束，根據所述焦距和所述多個出射子光束的束腰位置得出所對應的所述多個入射子光束的束腰位置，進而得到所述面發射激光器到所述集成衍射光學元件的所述特定的軸向距離；

所述集成衍射光學元件的相位變化函數DOE_int為：

DOE_int(x,y)＝t(x,y)·DOE_org；

其中DOE_org表示所述原始衍射光學元件的相位變換函數，t(x,y)表示所述虛擬準直透鏡的透鏡函數，該透鏡函數具有所述虛擬準直透鏡的對應于所述的x或y方向的焦距；所述原始衍射光學元件的相位變換函數被表示為

2.根據權利要求1所述的投射裝置，其特征在于，所述面發射激光器為VECSL激光器。

3.根據權利要求1所述的投射裝置，其特征在于，所述面發射激光器的出射激光直接入射所述集成衍射光學元件。

4.根據權利要求1所述的投射裝置，其特征在于，所述特定的軸向距離根據所述多個點狀發光源的出射光束的發散角和束腰直徑、以及所述多個入射子光束的束腰位置來確定。

5.根據權利要求1所述的投射裝置，其特征在于，所述投射裝置為結構光投射裝置。

6.根據權利要求5所述的投射裝置，其特征在于，所述集成衍射光學元件具有多個出射子光束，其中通過對所述浮雕狀微結構的形狀的設計，使得所述多個出射子光束投射在工作面的光斑互相分離以形成散斑。

7.根據權利要求1所述的投射裝置，其特征在于，所述投射裝置為光飛時間投射裝置，其中所述集成衍射光學元件具有多個出射子光束，通過對所述浮雕狀微結構的形狀的設計，使得所述多個出射子光束投射在工作面位置的光斑互相粘連以產生漫射擴散或勻化效果。

8.根據權利要求1所述的投射裝置，其特征在于，所述浮雕狀微結構在剖面圖中具有多級臺階，其中所述剖面圖的剖面垂直于所述發光表面。

9.根據權利要求8所述的投射裝置，其特征在于，所述多級臺階為至少四級臺階。

10.根據權利要求1所述的投射裝置，其特征在于，所述原始衍射光學元件適于對所接收的平行光束的所述平面圖案進行相同權重的復制；或者所述原始衍射光學元件適于對所接收的平行光束的所述平面圖案進行不同權重的復制，以產生中間暗且周圍亮的出射圖案。

11.基于面發射激光的投射裝置的制作方法，其特征在于，包括：

準備面發射激光器，其中所述面發射激光器具有發光表面，所述發光表面分布多個點狀發光源，所述多個點狀發光源構成所需的平面圖案；

通過將虛擬準直透鏡的透鏡函數和原始衍射光學元件的相位變換函數進行融合，得到集成衍射光學元件的融合的相位變換函數，進而確定所述集成衍射光學元件的浮雕狀微結構的形狀；其中所述原始衍射光學元件是適于接收具有所述平面圖案的平行光束并基于衍射原理對所述平面圖案進行復制以得到視場角擴大的出射圖案的衍射光學元件，所述虛擬準直透鏡是適于對所述點狀發光源所發出的光束進行準直的透鏡；

根據所確定的所述浮雕狀微結構的形狀制作所述集成衍射光學元件；以及

將所述面發射激光器和所述集成衍射光學元件組裝在一起，得到所述投射裝置；

其中，所述融合步驟包括下列子步驟：

a)確定所述虛擬準直透鏡焦距，所述虛擬準直透鏡焦距與所述面發射激光器的視場角之間的關系為：

式中l_i為所述面發射激光器的發光面在平面直角坐標系的x或y方向的尺寸，f_i為所述虛擬準直透鏡的對應于所述的x或y方向的焦距，FOV_i為所述面發射激光器在所述的x或y方向上的視場角，當i＝1時，表示所述的x方向，當i＝2時，表示所述的y方向；

b)確定所述面發射激光器到所述集成衍射光學元件具有特定的軸向距離，其中所述軸向是垂直于所述發光表面的方向，所述集成衍射光學元件具有多個出射子光束和多個入射子光束，根據所述焦距和所述多個出射子光束的束腰位置得出所對應的所述多個入射子光束的束腰位置，進而得到所述面發射激光器到所述集成衍射光學元件的所述特定的軸向距離；

c)獲得所述集成衍射光學元件的融合的相位變換函數DOE_int：

DOE_int(x,y)＝t(x,y)·DOE_org；

其中DOE_org表示所述原始衍射光學元件的相位變換函數，t(x,y)表示所述虛擬準直透鏡的透鏡函數，該透鏡函數具有所述虛擬準直透鏡的對應于所述的x或y方向的焦距；所述原始衍射光學元件的相位變換函數被表示為