[發(fā)明專利]衍射光學(xué)元件設(shè)計(jì)方法以及激光投射模組

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110354273.6
• 申請(qǐng)日: 2021-04-01
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113219675B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-08-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王燚言
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 嘉興馭光光電科技有限公司
• 主分類號(hào): G02B27/09
• 分類號(hào): G02B27/09;G03B21/20
• 代理公司: 北京方可律師事務(wù)所 11828
• 代理人: 吳艷;郝東暉

本申請(qǐng)公開(kāi)了一種衍射光學(xué)元件設(shè)計(jì)方法，其包括：確定衍射光學(xué)元件在目標(biāo)平面上所要投射的第一目標(biāo)光場(chǎng)；確定零級(jí)衍射光場(chǎng)；從第一目標(biāo)光場(chǎng)中減去零級(jí)衍射光場(chǎng)，得到第二目標(biāo)光場(chǎng)；以及根據(jù)第二目標(biāo)光場(chǎng)，對(duì)衍射光學(xué)元件的相位分布進(jìn)行設(shè)計(jì)。本申請(qǐng)還公開(kāi)了一種包括衍射光學(xué)元件的激光投射模組。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，可以在無(wú)需對(duì)衍射光學(xué)元件的設(shè)計(jì)理論和加工精度提出更高要求的情況下，巧妙地消除了DOE中的零級(jí)衍射影響。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明總體上涉及衍射光學(xué)技術(shù)，特別是涉及一種衍射光學(xué)元件設(shè)計(jì)方法以及包括衍射光學(xué)元件的激光投射模組。

背景技術(shù)

針對(duì)準(zhǔn)直光設(shè)計(jì)的衍射光學(xué)元件(DOE,Diffractive Optical Element)，在理想情況下零級(jí)衍射可以被完全抑制，例如，基于衍射光學(xué)元件的勻光片(diffuser)，投射出完全均勻的勻光光場(chǎng)。然而，無(wú)論是利用光傳播的標(biāo)量設(shè)計(jì)理論還是矢量設(shè)計(jì)理論都無(wú)法完全模擬現(xiàn)實(shí)情況下光波的傳播方式。此外，由于加工技術(shù)的限制使得實(shí)際加工生產(chǎn)的DOE與理論設(shè)計(jì)的結(jié)果之間也總是存在偏差。因此，現(xiàn)有的針對(duì)準(zhǔn)直光的DOE都無(wú)法完全消除零級(jí)衍射，在投射光場(chǎng)的中心處存在亮點(diǎn)，影響DOE的工作效果。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種基于衍射光學(xué)元件設(shè)計(jì)方法以及采用衍射光學(xué)元件的激光投射模組，其有利于消除零級(jí)衍射，從而克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種衍射光學(xué)元件設(shè)計(jì)方法，該方法包括：

確定衍射光學(xué)元件在目標(biāo)平面上所要投射的第一目標(biāo)光場(chǎng)；確定零級(jí)衍射光場(chǎng)，其中零級(jí)衍射光場(chǎng)為衍射光學(xué)元件在入射光的照射下由于零級(jí)衍射而在目標(biāo)平面上形成的光場(chǎng)；

從第一目標(biāo)光場(chǎng)中減去零級(jí)衍射光場(chǎng)，得到衍射光學(xué)元件的第二目標(biāo)光場(chǎng)；以及

根據(jù)第二目標(biāo)光場(chǎng)，對(duì)衍射光學(xué)元件的相位分布進(jìn)行設(shè)計(jì)。

所述確定零級(jí)衍射光場(chǎng)可以包括：根據(jù)入射光的入射狀態(tài)以及衍射光學(xué)元件與目標(biāo)平面之間的第一設(shè)計(jì)距離，確定零級(jí)衍射光場(chǎng)。

優(yōu)選地，所述確定零級(jí)衍射光場(chǎng)可以包括：基于用于產(chǎn)生入射光的光源和透鏡的光學(xué)參數(shù)、衍射光學(xué)元件與目標(biāo)平面之間的第一設(shè)計(jì)距離、以及光源與透鏡之間的第二設(shè)計(jì)距離，利用透鏡成像原理計(jì)算光源發(fā)出的光經(jīng)過(guò)透鏡在目標(biāo)平面上的照射范圍，從而確定零級(jí)衍射光場(chǎng)。

優(yōu)選地，所述確定零級(jí)衍射光場(chǎng)還可以包括：設(shè)定第二設(shè)計(jì)距離，使得光源經(jīng)透鏡成像在偏離目標(biāo)平面的位置上。

優(yōu)選地，所述確定零級(jí)衍射光場(chǎng)還可以包括：評(píng)估零級(jí)衍射光場(chǎng)與第一目標(biāo)光場(chǎng)的光通量比值；以及至少根據(jù)光通量比值以及零級(jí)衍射光場(chǎng)的范圍，確定零級(jí)衍射光場(chǎng)。

優(yōu)選地，所述評(píng)估零級(jí)衍射光場(chǎng)與第一目標(biāo)光場(chǎng)的光通量比值包括根據(jù)衍射光學(xué)元件的設(shè)計(jì)偏差和加工誤差中的至少一者估算光通量比值。

優(yōu)選地，所述第二設(shè)計(jì)距離被設(shè)定為使得零級(jí)衍射光場(chǎng)的光強(qiáng)小于或等于第一目標(biāo)光場(chǎng)的光強(qiáng)。

在一些實(shí)施例中，所述第一目標(biāo)光場(chǎng)可以包括至少一個(gè)覆蓋零級(jí)衍射光場(chǎng)的勻光光場(chǎng)。在其中一些實(shí)施例中，所述第一目標(biāo)光場(chǎng)可以包括多個(gè)光強(qiáng)不同的勻光光場(chǎng)。

優(yōu)選地，所確定的零級(jí)衍射光場(chǎng)的范圍具有與用于產(chǎn)生入射光的光源的出射光束的橫截面形狀相對(duì)應(yīng)的形狀。

根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種激光投射模組，其包括：激光光源；透鏡，用于將來(lái)自激光光源的出射光束整形為基本上準(zhǔn)直的入射光束；以及衍射光學(xué)元件，其接收所述基本上準(zhǔn)直的入射光束，用于在距離所述衍射光學(xué)元件第一設(shè)計(jì)距離的目標(biāo)平面上投射出至少覆蓋零級(jí)衍射光場(chǎng)的目標(biāo)光場(chǎng)，其中，激光光源與透鏡相距第二設(shè)計(jì)距離，并且該第二設(shè)計(jì)距離設(shè)置為使得激光光源經(jīng)透鏡成像在偏離目標(biāo)平面的位置上。