[發(fā)明專利]包括多個區(qū)域的光學(xué)元件

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911033245.3
• 申請日: 2019-10-28
• 公開（公告）號: CN111736359B
• 公開（公告）日: 2023-01-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 塔索·R·M·薩萊斯;喬治·邁克爾·莫里斯
• 申請（專利權(quán)）人: 唯亞威通訊技術(shù)有限公司
• 主分類號: G02B27/42
• 分類號: G02B27/42
• 代理公司: 北京安信方達知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11262
• 代理人: 張瑞;楊明釗

本申請涉及包括多個區(qū)域的光學(xué)元件。公開了一種光學(xué)元件，包括具有表面的主體，其中表面具有以曲面細分方式周期性排列的多個區(qū)域，并且其中多個區(qū)域中的每個區(qū)域具有隨機空間分布的微結(jié)構(gòu)。還公開了一種光學(xué)系統(tǒng)，包括光源；以及光學(xué)元件。還公開了制造并使用光學(xué)元件和光學(xué)系統(tǒng)的方法。

相關(guān)申請

本申請要求2018年10月26日提交的第62/751,337號美國臨時申請的優(yōu)先權(quán)，該美國臨時申請的全部公開內(nèi)容據(jù)此通過引用并入。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種光學(xué)元件，該光學(xué)元件包括具有表面的主體，其中該表面具有以曲面細分方式(in a tessellation)周期性排列的多個區(qū)域，并且其中多個區(qū)域中的每個區(qū)域具有隨機空間分布的微結(jié)構(gòu)。一種光學(xué)系統(tǒng)包括光源；和光學(xué)元件。還公開了制造并使用光學(xué)元件和光學(xué)系統(tǒng)的方法。

背景技術(shù)

在涉及3D掃描和手勢識別的應(yīng)用中，人們利用光學(xué)部件(通常與波長在大約700nm至大約1000nm范圍中的激光器相聯(lián)合)在被探測的場景上投射光圖案。光圖案取決于探測技術(shù)，并且可以采取各種形式，諸如點、線、條紋、棋盤格等的周期性網(wǎng)格。

當(dāng)前用于投射光圖案的技術(shù)依賴于一個或多個衍射光學(xué)元件來產(chǎn)生衍射級的特定分布。衍射光學(xué)元件(DOE)自然適合于產(chǎn)生光圖案(諸如衍射圖案)的任務(wù)。DOE可以被描述為薄表面結(jié)構(gòu)(通常是一個光波長)，DOE可以通過干涉和/或衍射產(chǎn)生光圖案。因此，從DOE輸出的光錐由其最小特征來定義，該最小特征與其成反比。也就是說，擴展角越大，需要的特征越小。然而，DOE對設(shè)計波長的偏差或制造誤差極其敏感，其主要結(jié)果在于零衍射級比其他衍射級強得多，這造成了在3D感測應(yīng)用中不能容忍的眼睛安全問題。

例如，第8,630,039號美國專利描述了產(chǎn)生光斑圖案(spot pattern)的DOE。隨機光斑圖案通常需要覆蓋較寬的角范圍，以便能夠捕捉場景的大部分。為了照亮廣角場景，DOE需要具有非常小特征的圖案。例如，為了用波長為850nm的激光覆蓋60度范圍，需要最小特征為1.7μm的DOE。更寬的角范圍甚至需要更小的特征。為了獲得最大效率，DOE需要被設(shè)計且制造為灰度、連續(xù)的相位剖面(phase profile)。但是，產(chǎn)生具有如此小特征的灰度DOE可能是具有挑戰(zhàn)性的。相反，通常用具有效率為至多80％的二元相位剖面來產(chǎn)生灰度DOE。剩余的能量耗費在主光圖案之外的更高衍射級上。諸如第8,630,039號美國專利中公開的多個DOE的使用有助于解決零衍射級。然而，多個DOE的使用具有復(fù)合效應(yīng)，并且實際效率約為50％-60％。

發(fā)明內(nèi)容

在一方面，公開了一種光學(xué)元件，該光學(xué)元件包括具有表面的主體，其中該表面具有以曲面細分方式周期性排列的多個區(qū)域，并且其中多個區(qū)域中的每個區(qū)域具有隨機空間分布的微結(jié)構(gòu)。

在另一方面，還公開了一種光學(xué)系統(tǒng)，該光學(xué)系統(tǒng)包括：光源；以及包括具有表面的主體的光學(xué)元件，其中該表面具有以曲面細分方式周期性排列的多個區(qū)域，并且其中多個區(qū)域中的每個區(qū)域具有隨機空間分布的微結(jié)構(gòu)。

在另一方面，還公開了一種使用光學(xué)系統(tǒng)的方法，該方法包括：將來自光源的輸入光束投射到光學(xué)元件，其中該光學(xué)元件包括具有表面的主體，其中該表面具有以曲面細分方式周期性排列的多個區(qū)域，并且其中多個區(qū)域中的每個區(qū)域具有隨機空間分布的微結(jié)構(gòu)；以及將輸入光束成形為目標圖案。

各個實施例的另外的特征和優(yōu)點將在以下的描述中被部分地闡述，并且從描述中將是部分地明顯的或者可以通過實踐各個實施例而得知。各個實施例的目的和其他優(yōu)點將通過在本文的描述中特別指出的要素和組合來被實現(xiàn)并獲得。

附圖說明

從詳細描述和附圖中可以更全面地理解在其若干方面和實施例中的本公開內(nèi)容，其中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明的一方面的光學(xué)元件的圖示；

圖2A是根據(jù)本發(fā)明的一方面的以曲面細分方式周期性排列的多個區(qū)域的表示；