一种VCSEL一字线激光投射系统技术方案

本发明专利技术公开了一种VCSEL一字线激光投射系统，包括面阵VCSEL、一字线透镜和接收屏；所述面阵VCSEL的发光点阵列呈长条形分布;所述面阵VCSEL的宽度方向在直角坐标系中的YZ平面内，长度方向在XZ平面内；所述一字线透镜的前表面为旋转对称的偶次非球面；所述一字线透镜的后表面为偶次非球柱面；所述偶次非球柱面的母线在直角坐标系中的XZ平面内，拉伸方向沿Y方向；所述面阵VCSEL的每个发光点发出的光束经过旋转对称的偶次非球面准直后，又经过偶次非球柱面在发光点阵列的长度方向作拉伸匀化，YZ平面内光传输方向不变，最后将一字线激光投射在接收屏上；本发明专利技术弱化一字线内部的激光散斑，提高投射出的一字线的质量,结构简单，成本较低，体积小。

A VCSEL linear laser projection system

【技术实现步骤摘要】
一种VCSEL一字线激光投射系统
本专利技术涉及一种VCSEL一字线激光投射系统，属于激光光束整形

技术介绍
随着结构光的普及，一字线激光投射系统越来越多地应用于工业和消费电子行业中的深度检测和3D感知，这就要求一字线激光有更窄的宽度、更高的均匀性以及更高的亮度，同时系统越来越趋于小型化，传统的一字线激光投射系统多使用单模激光二极管（LD）作为一字线的光源，然而由于激光良好的单色性和相干性，当LD的光照射到一般物体的粗糙表面时，会因为光的干涉在物体表面形成散斑，从而在一字线光斑内部产生颗粒状结构，降低一字线质量，直接影响深度检测和3D感知的计算结果，目前市面上的一字线激光投射系统并没有针对一字线内部散斑提出相应的解决方案。垂直腔面发射激光器（Vertical-CavitySurface-EmittingLaser，简称VCSEL），是一种半导体激光器，表面分布发光点阵列，其发光垂直于顶面射出，是一种面射形激光器，VCSEL芯片相比边射型激光二极管，具有模式好、低闸值电流、稳定性好、寿命长、调制速率高、集成高、发散角小、耦合效率高、价格便宜等很多优点，此外，采用VCSEL面阵可以减少VCSEL激光器之间的干涉性，弱化激光散斑，从而提高投影显示质量。中国专利技术专利CN106019620A公开了一种抑制激光散斑的装置及激光投影装置，该装置通过设置多组模块组件，每组模块组件中的半导体激光器的温度具有差异，从而使得每组模块组件中的半导体激光器输出的同颜色的激光的波长不同，出现一定的差异性，从而有效的抑制了激光散斑效应；此方法的主要缺点如下：需要用到多组半导体激光器和温控装置，成本较高，体积难以做小，且多波长的激光也对光学系统色散的抑制提出了更高的要求。中国专利技术专利CN108873368A公开了一种抑制激光散斑的方法及MEMS微振镜，通过对传统的MEMS微振镜结构进行优化设计使得MEMS微振镜可在绕扭转轴扭转的同时实现辅助运动(垂直于镜面方向的微小平动或绕y轴扭转的微小运动)，在实现对入射光束偏转的同时降低其光束相干性，从而在满足光学系统工作要求的情况下实现对激光散斑的抑制功能；此方法只能应用于含有MEMS微振镜的系统，局限性大。现有的一字线激光投射系统光源多为边射型激光二极管，投射出的一字线光斑具有严重的散斑效应，目前的一字线投射系统并没有专门针对这个问题的解决办法，其他的抑制散斑的方案要么成本过高、体积难以做小，要么需要光学系统本身用到特殊元件，局限性大。
技术实现思路
针对上述存在的技术问题，本专利技术的目的是：提出了一种VCSEL一字线激光投射系统，结构简单，成本较低，体积小，抑制了一字线光斑的散斑效应，提高了投射出的一字线的质量。本专利技术的技术解决方案是这样实现的：一种VCSEL一字线激光投射系统，包括面阵VCSEL、一字线透镜和接收屏；所述面阵VCSEL的发光点阵列呈长条形分布;所述面阵VCSEL的宽度方向在直角坐标系中的YZ平面内，长度方向在XZ平面内；所述一字线透镜的前表面为旋转对称的偶次非球面；所述一字线透镜的后表面为偶次非球柱面；所述偶次非球柱面的母线在直角坐标系中的XZ平面内，拉伸方向沿Y方向；所述面阵VCSEL的每个发光点发出的光束经过旋转对称的偶次非球面准直后，又经过偶次非球柱面在发光点阵列的长度方向作拉伸匀化，YZ平面内光传输方向不变，最后将一字线激光投射在接收屏上。优选的，所述偶次非球柱面的母线与面阵VCSEL发光点阵列的长度方向一致。由于上述技术方案的运用，本专利技术与现有技术相比具有下列优点：本专利技术的一种VCSEL一字线激光投射系统，将面阵VCSEL作为一字线激光投射系统的光源，利用面阵VCSEL以减少每个VCSEL发光点之间的干涉性，弱化一字线内部的激光散斑，提高投射出的一字线的质量；同时，系统中没有加入额外的消散斑装置，结构简单，成本较低，体积也可以做得很小。附图说明下面结合附图对本专利技术技术方案作进一步说明：附图1为本专利技术的一种VCSEL一字线激光投射系统在右手螺旋直角坐标系的YZ平面示意图；附图2为本专利技术的一种VCSEL一字线激光投射系统在右手螺旋直角坐标系的XZ平面示意图；其中：1、面阵VCSEL；2、一字线透镜；3、接收屏；2a、偶次非球面；2b、偶次非球柱面。具体实施方式下面结合附图来说明本专利技术。如附图1、2所示为本专利技术所述的一种VCSEL一字线激光投射系统，包括面阵VCSEL1、一字线透镜2和接收屏3；所述面阵VCSEL1的发光点阵列呈长条形分布，所述面阵VCSEL1的宽度方向在直角坐标系中的YZ平面内，长度方向在XZ平面内；所述一字线透镜2的前表面为旋转对称的偶次非球面2a；所述一字线透镜2的后表面为偶次非球柱面2b；所述偶次非球柱面2b的母线在直角坐标系中的XZ平面内，拉伸方向沿Y方向，与面阵VCSEL1发光点阵列的长度方向一致；使用时，所述面阵VCSEL1的每个发光点发出的光束经过旋转对称的偶次非球面2a准直后，又经过偶次非球柱面2b在发光点阵列的长度方向作拉伸匀化，YZ平面内光传输方向不变，最后将一字线激光投射在接收屏3上。本专利技术将面阵VCSEL1作为一字线激光投射系统的光源，利用面阵VCSEL1以减少每个VCSEL发光点之间的干涉性，弱化一字线内部的激光散斑，提高投射出的一字线的质量；同时，系统中没有加入额外的消散斑装置，结构简单，成本较低，体积也可以做得很小。上述实施例只为说明本专利技术的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本专利技术的内容并加以实施，并不能以此限制本专利技术的保护范围，凡根据本专利技术精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本专利技术的保护范围内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种VCSEL一字线激光投射系统，其特征在于：包括面阵VCSEL、一字线透镜和接收屏；所述面阵VCSEL的发光点阵列呈长条形分布;所述面阵VCSEL的宽度方向在直角坐标系中的YZ平面内，长度方向在XZ平面内；所述一字线透镜的前表面为旋转对称的偶次非球面；所述一字线透镜的后表面为偶次非球柱面；所述偶次非球柱面的母线在直角坐标系中的XZ平面内，拉伸方向沿Y方向；所述面阵VCSEL的每个发光点发出的光束经过旋转对称的偶次非球面准直后，又经过偶次非球柱面在发光点阵列的长度方向作拉伸匀化，YZ平面内光传输方向不变，最后将一字线激光投射在接收屏上。/n

【技术特征摘要】
1.一种VCSEL一字线激光投射系统，其特征在于：包括面阵VCSEL、一字线透镜和接收屏；所述面阵VCSEL的发光点阵列呈长条形分布;所述面阵VCSEL的宽度方向在直角坐标系中的YZ平面内，长度方向在XZ平面内；所述一字线透镜的前表面为旋转对称的偶次非球面；所述一字线透镜的后表面为偶次非球柱面；所述偶次非球柱面的母线在直角坐标系中的XZ平面内，拉伸...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘志颖，吴东岷，
申请(专利权)人：中科融合感知智能研究院苏州工业园区有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32