分区匀光照明光学系统、包括其的投射系统及电子设备技术方案

本发明专利技术提供了一种用于VCSEL分区光源的分区匀光照明光学系统，包括：微透镜阵列，所述微透镜阵列可接收所述VCSEL分区光源发射出的光束并对所述光束进行匀光；透镜，设置于所述微透镜阵列的光路下游，用于将所述微透镜阵列匀光后的光场成像到目标平面上，其中，所述VCSEL分区光源包括多个沿第一方向间隔开的光源阵列，所述微透镜阵列配置成将点光源投射成沿与所述第一方向相垂直的第二方向延伸的至少一条线形光场，并使得所述VCSEL分区光源中相邻的光源阵列通过所述分区匀光照明光学系统后在所述目标平面上形成的光场区域在所述第一方向上相互邻接或者重叠。方向上相互邻接或者重叠。方向上相互邻接或者重叠。

【技术实现步骤摘要】
分区匀光照明光学系统、包括其的投射系统及电子设备


[0001]本专利技术大致涉及光学
，尤其涉及分区匀光照明光学系统、包括其的分区匀光照明投射系统及电子设备。

技术介绍

[0002]目前手机行业现有的TOF(Time-Of-Flight)方案是间接飞行时间法(Indirect Time-Of-Flight),利用间接的方案，例如发射光场和接收光场的相位变化，计算目标物体的距离。与直接时间戳的飞行时间测距对比，间接测量的误差较大，例如测试多目标时，会折合成平均值，算出一个距离，而且间接测量环境噪声影响大。直接利用时间戳进行飞行时间测距，可以解决这些问题。针对该市场需求，设计了用于直接飞行时间法(Direct Time-Of-Flight，即DTOF)的传感器，为匹配该传感器工作，需要实现光场的分区匀光照明。另外，在很多的具体应用中，需要提供一定范围内的均匀分布的光场。
[0003]垂直腔面发射激光器VCSEL是广泛使用的激光器。一些衍射光学元件的匀光片是针对整个VCSEL芯片发射的光场进行匀光，但对于VCSEL芯片存在分区、且分区之间存在间隙的情况下，针对整体发射光场进行衍射光学元件的相位分布计算，可能会导致目标光场区域内与分区之间间隙相对应的部分的光场与其它区域不均匀的情况，从而影响3D信息的重建。
[0004]
技术介绍
部分的内容仅仅是专利技术人所知晓的技术，并不当然代表本领域的现有技术。

技术实现思路

[0005]有鉴于现有技术的至少一个缺陷，本专利技术提供一种采用微透镜阵列作为匀光器件的技术方案。本专利技术提供一种用于VCSEL分区光源的分区匀光照明光学系统，其特征在于，包括：
[0006]微透镜阵列，所述微透镜阵列可接收所述VCSEL分区光源发射出的光束并对所述光束进行匀光；
[0007]透镜，设置于所述微透镜阵列的光路下游，用于将所述微透镜阵列匀光后的光场成像到目标平面上，
[0008]其中，所述VCSEL分区光源包括多个沿第一方向间隔开的光源阵列，所述微透镜阵列配置成将点光源投射成沿与所述第一方向相垂直的第二方向延伸的至少一条线形光场，并使得所述VCSEL分区光源中相邻的光源阵列通过所述分区匀光照明光学系统后在所述目标平面上形成的光场区域在所述第一方向上相互邻接或者重叠。
[0009]根据本专利技术的一个方面，其中所述微透镜阵列配置成将点光源投射成相互间隔的两组光场，每组光场包括延所述第二方向延伸的至少一条线形光场，所述光源阵列中在所述第一方向上相邻的多个点光源所分别投射成的两组光场依次拼接形成连续光场。
[0010]根据本专利技术的一个方面，其中所述线形光场的视场角范围与每个所述光源阵列所
对应的目标光场区域在所述第二方向上的视场角范围相匹配。
[0011]根据本专利技术的一个方面，其中所述多个光源阵列沿所述第二方向具有间隔，所述线形光场的视场角范围被设置成使得相邻光源阵列在所述目标表面上形成的光场区域在第二方向上相互邻接或者重叠。
[0012]根据本专利技术的一个方面，其中所述透镜为菲涅尔透镜。
[0013]根据本专利技术的一个方面，其中所述菲涅尔透镜为进行了枕形畸变校正的菲涅尔透镜。
[0014]根据本专利技术的一个方面，其中所述微透镜阵列包括与所述多个沿第一方向间隔开的光源阵列相对应的多个微透镜阵列子单元，并针对所述多个微透镜阵列子单元中的微透镜的曲面面型分别进行枕形畸变校正。
[0015]本专利技术还提供一种分区匀光照明投射系统，其特征在于，包括：
[0016]VCSEL分区光源，所述VCSEL分区光源包括多个光源阵列，所述多个光源阵列沿第一方向具有间隔；
[0017]如上所述的分区匀光照明光学系统，设置在所述VCSEL分区光源的光路下游,接收所述多个光源阵列发射出的光束并在目标平面上投射出分区匀光照明光场。
[0018]根据本专利技术的一个方面，其中所述多个光源阵列延第二方向具有间隔，所述第二方向与所述第一方向相垂直。
[0019]本专利技术还提供一种电子设备，包括如上所述的分区匀光照明投射系统。
[0020]本专利技术的实施例中，光源阵列可以采用一列分区，也可以采用二列分区，分别可提供不同的解决方案。相邻分区之间存在有间隙，光源分区轮流点亮，每一块光源分区点亮时，目标光场中只有与该分区相对应的区域被均匀照明，且当所有分区一起点亮时，整个目标光场被均匀照明，没有因分区之间的间隙而引起的暗区，实现目标光场的分区均匀照明。
附图说明
[0021]附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例一起用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中：
[0022]图1A示出了根据本专利技术的一个实施例的分区匀光照明光学系统及包括其的投射系统示意图；
[0023]图1B示出了根据本专利技术的一个实施例的分区匀光照明光学系统及包括其的投射系统示意图；
[0024]图2示意性地示出了VCSEL分区光源的正面示意图；
[0025]图3A地示出了根据本专利技术的一个实施例对微透镜阵列中的微透镜的表面面型结构进行设计时采用的目标光场示意图；
[0026]图3B示出了根据图3A所示目标光场进行设计的微透镜阵列的实际投射光场示意图；
[0027]图3C示出了多个图3B所示的实际投射光场拼接后实现匀光照明光场示意图；
[0028]图4示意性地示出了根据本专利技术的一个实施例光源阵列中在第一方向上相邻的6个VCSEL单点光源及其经过微透镜阵列后所投射出的光场的示意图；
[0029]图5示出了根据本专利技术的一个实施例分区匀光照明投射系统进行仿真得到的投射
光场的示意图；
[0030]图6示出了涅尔透镜在大视场的情况下产生枕形畸变的光场示意图；
[0031]图7A示出了在进行微透镜曲面面型设计时加入桶形畸变的设计过程；
[0032]图7B示出了将具有桶形畸变的弯曲线段作为目标光场代替直线段目标光场示意图。
具体实施方式
[0033]在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本专利技术的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
[0034]在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。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本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于VCSEL分区光源的分区匀光照明光学系统，其特征在于，包括：微透镜阵列，所述微透镜阵列可接收所述VCSEL分区光源发射出的光束并对所述光束进行匀光；透镜，设置于所述微透镜阵列的光路下游，用于将所述微透镜阵列匀光后的光场成像到目标平面上，其中，所述VCSEL分区光源包括多个沿第一方向间隔开的光源阵列，所述微透镜阵列配置成将点光源投射成沿与所述第一方向相垂直的第二方向延伸的至少一条线形光场，并使得所述VCSEL分区光源中相邻的光源阵列通过所述分区匀光照明光学系统后在所述目标平面上形成的光场区域在所述第一方向上相互邻接或者重叠。2.如权利要求1所述的分区匀光照明光学系统，其中，所述微透镜阵列配置成将点光源投射成相互间隔的两组光场，每组光场包括延所述第二方向延伸的至少一条线形光场，所述光源阵列中在所述第一方向上相邻的多个点光源所分别投射成的两组光场依次拼接形成连续光场。3.如权利要求1所述的分区匀光照明光学系统，其中所述线形光场的视场角范围与每个所述光源阵列所对应的目标光场区域在所述第二方向上的视场角范围相匹配。4.如权利要求1所述的分区匀光照明光学系统，其中所述多个光源阵列沿所述第二方向具...

【专利技术属性】
技术研发人员：王道泳，尹晓东，
申请(专利权)人：嘉兴驭光光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：