光学系统装置及光学元件制造方法制造方法及图纸

本发明专利技术的目的在于提供一种不需要准直透镜且可利用的光的效率较高的光学系统装置。所述光学系统装置包括：光源部(1)，其照射波长为λ的光；以及光学元件(2)，其具有由周期性透镜构成的凹凸构造，在将n设为1以上的自然数、所述凹凸构造的间距中的从小到第k个(k为1以上的自然数)间距的大小设为Pk时，针对任意1个以上的间距Pk，所述光源部与所述光学元件的距离L1以满足式1的方式设计，式1为式1为式1为式1为

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光学系统装置及光学元件制造方法


[0001]本专利技术涉及一种光学系统装置及光学元件制造方法。

技术介绍

[0002]使用飞行时间(TOF)法的三维测算传感器被用于便携设备、车、机器人等。它基于从光源向对象物照射的光经反射返回来为止的时间来测算对象物的距离。只要来自光源的光向对象物的规定区域均匀地照射，就能够测定被照射的各点上的距离，能够检测出对象物的立体构造。
[0003]上述传感器系统包括：光照射部，其向对象物照射光；摄像头部，其检测从对象物的各点反射来的光；以及运算部，其基于摄像头接收的信号来计算对象物的距离。
[0004]摄像头部和运算部能够使用已有的CMOS成象仪和CPU，因此上述系统的独特部分为包括激光器和滤光器的光照射部。特别是，通过使微透镜阵列透射激光束对光束进行整形并且对对象物在被控制的区域内进行均匀照射的扩散滤波器是上述系统的特征性部件。
[0005]这里，以往的扩散滤波器的微透镜阵列是周期构造，因此存在因衍射的影响而产生光强度不均匀的问题。因此，为了抑制该不均匀，考虑随机配置各透镜等(例如专利文献1)。
[0006]现有技术文献
[0007]专利文献
[0008]专利文献1：日本特表2006
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500621

技术实现思路

[0009]另一方面，TOF存在远距离测定的需求，在照射光的光强(indensity)方面，远距离测定需要尽可能大的强度。但是，由于随机配置的微透镜阵列的照射光的均匀性较高，而对应地光强会降低，因此不适合于远距离测定。
[0010]因此，作为节省电力还能够处理较强的光的信号的方法，研究了照射点图案(Dot Pattern)并基于该光的飞行时间进行三维测算的方法。
[0011]作为将这样的入射的激光束转换成点图案的滤光器，广泛使用采用电介质的凹凸图案形成并且使光的相位差根据透射面的位置发生变化的衍射光学元件(DOE)。另外，作为激光束源，多使用能够容易地做出二维阵列的垂直腔面发射激光器(VCSEL)。
[0012]从VCSEL发出的光，首先由准直透镜转换成平行光。DOE通过该准直光透射凹凸图案而使相位差发生变化，通过该光的衍射施予规定的定向分布。其结果是，光以规定的强度分布被照射于照射对象物的表面。
[0013]这里，VCSEL照射的光中有20度左右的发散角，在用于点投影仪的情况下，如上述的那样需要准直透镜。但是，为了生成准直光，准直透镜需要将光源配置于该透镜的焦点位置。存在为了得到质量较高的准直光而使焦点距离较长且设备尺寸较大的问题。
[0014]因此，本专利技术的目的是提供一种不需要准直透镜且可利用的光的效率较高的光学
系统装置及用于该装置的光学元件的制造方法。
[0015]为了达成上述目的，本专利技术的光学系统装置，其特征在于，包括：光学元件，其是将使波长为λ的光透射的透镜周期性排列而得到的；以及照射部，其具有将波长为λ的光向所述透镜中的多个透镜照射的光源，在将n设为1以上的自然数、所述透镜的间距中的从小到第k个(k为1以上的自然数)间距的大小设为P
k
时，针对任意1个以上的间距P
k
，所述照射部与所述光学元件的距离L1满足下式1：
[0016](数1)
[0017][0018]在这种情况下，优选所述透镜是表面的法线方向的重复率为10％以下的非球面透镜。
[0019]另外，也可以是，具有多孔障板，该多孔障板具有开口，用于将光的一部分遮蔽。所述多孔障板可以至少在包含所述透镜的光轴的部分具有开口。另外，所述多孔障板可以配置于所述透镜的噪声光的光路中。所述多孔障板也可以配置于所述透镜的边界部分。另外，也可以是，具有将被照射于所述透镜的边界部分的光遮蔽的多孔障板。
[0020]另外，也可以是，所述多孔障板与所述光学元件一体形成。
[0021]另外，也可以是，所述光学元件在所述透镜的边界部分形成有光扩散部，该光扩散部使透射光向该透镜的照射角的外侧折射。
[0022]另外，所述透镜的形状能够为非旋转对称。
[0023]另外，优选针对最小的间距P1，满足所述式1，接着更优选，针对第2小的间距P2，满足所述式1。
[0024]另外，也可以是，具有为了调节所述L1的距离将所述照射部的光反射的反射镜。
[0025]另外，也可以是，本专利技术的光学系统装置具有多个所述照射部。
[0026]另外，也可以是，所述照射部包括：第1照射部，其是将照射波长为λ的光的多个光源有规则地排列而得到的；以及第2照射部，其是将照射波长为λ的光的多个光源以与所述第1照射部的光源在纵向及横向上各错开半周期的方式有规则地排列而得到的。
[0027]另外，也可以是，所述照射部包括将照射波长为λ的光的多个光源有规则地排列而得到的第1照射部、第2照射部及第3照射部，在所述光学元件的透镜取间距P
k
的方向上，该第1照射部、第2照射部及第3照射部的各光源分别以各错开P
k
/3的方式排列。
[0028]在这种情况下，也可以是，所述各照射部错开时间依序发光。
[0029]另外，也可以是，所述透镜的平面形状是某一边的长度为R的正方形或长方形，关于所述透镜的排列，在设i为1以上的自然数时，在所述边的方向上连续的透镜的列彼此以各错开R/i的方式排列。
[0030]更优选所述照射部包括具有多个发光模式的VCSEL，该发光模式中，在光轴中心具有最大强度的模式的比例为整体的40％以上。
[0031]另外，在设m为1以上的自然数时，所述照射部是使多个光源在所述光学元件的透镜的任一周期方向上以该周期的m倍或1/m倍有规则地排列而得到的。
[0032]另外，也可以是，所述照射部是使所述光源以间距mP1或P1/m为六方排列而得到的，所述光学元件的透镜的平面形状是短边与长边的比为P1：P2＝1：√3的长方形。
[0033]另外，也可以是，本专利技术的光学系统装置还包括：扩散器，其将所述照射部的光呈规定形状扩散；半反射镜，其配置于所述光源与所述扩散器之间，使所述照射部的光的一部分透射，将一部分反射；以及反射镜，其将由所述半反射镜反射的光向所述光学元件反射。
[0034]另外，也可以是，本专利技术的光学系统装置具有将照射波长为λ的光的多个光源与所述照射部同样排列而得到的扩散器用照射部，所述扩散器用照射部与所述光学元件的距离L2满足下式2：
[0035](数2)
[0036][0037]另外，也可以是，本专利技术的光学系统装置具有将照射波长为λ的光的多个光源排列而得到的扩散器用照射部，在设m为1以上的自然数时，所述扩散器用照射部是使多个光源在所述光学元件的透镜的周期方向上以不会成为该周期的m倍或1/m倍的方式排列而得到的。
[0038]另外，也可以是，本专利技术的光学系统装置具有以与所述照射部的光源相同的规则排列而得到的扩散器用照射部，所述照射部和所述扩本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种光学系统装置，其特征在于，包括：光学元件，其是将使波长为λ的光透射的透镜周期性排列而得到的；以及照射部，其具有将波长为λ的光向所述透镜中的多个透镜照射的光源，在将n设为1以上的自然数、将所述透镜的间距中的从小到第k个间距的大小设为P
k
时，针对任意1个以上的间距P
k
，所述照射部与所述光学元件的距离L1满足下式1：(数1)其中，k为1以上的自然数。2.根据权利要求1所述的光学系统装置，其特征在于：所述透镜是表面的法线方向的重复率为10％以下的非球面透镜。3.根据权利要求1或2所述的光学系统装置，其特征在于：具有多孔障板，该多孔障板具有开口，用于将光的一部分遮蔽。4.根据权利要求3所述的光学系统装置，其特征在于：所述多孔障板至少在包含所述透镜的光轴的部分具有开口。5.根据权利要求3所述的光学系统装置，其特征在于：所述多孔障板配置于所述透镜的噪声光的光路中。6.根据权利要求3所述的光学系统装置，其特征在于：所述多孔障板配置于所述透镜的边界部分。7.根据权利要求3所述的光学系统装置，其特征在于：所述多孔障板将被照射于所述透镜的边界部分的光遮蔽。8.根据权利要求3至7中任一项所述的光学系统装置，其特征在于：所述多孔障板与所述光学元件一体形成。9.根据权利要求1或2所述的光学系统装置，其特征在于：所述光学元件在所述透镜的边界部分形成有光扩散部，该光扩散部使透射光向该透镜的照射角的外侧折射。10.根据权利要求1至9中任一项所述的光学系统装置，其特征在于：所述透镜的形状为非旋转对称。11.根据权利要求1至10中任一项所述的光学系统装置，其特征在于：针对最小的间距P1，满足所述式1。12.根据权利要求1至11中任一项所述的光学系统装置，其特征在于：针对第2小的间距P2，满足所述式1。13.根据权利要求1至12中任一项所述的光学系统装置，其特征在于：具有将所述照射部的光反射的反射镜。14.根据权利要求1至13中任一项所述的光学系统装置，其特征在于：具有多个所述照射部。15.根据权利要求14所述的光学系统装置，其特征在于：所述照射部包括：第1照射部，其是将照射波长为λ的光的多个光源有规则地排列而得到的；以及第2照射部，其是将照射波长为λ的光的多个光源以与所述第1照射部的光源在纵
向及横向上各错开半周期的方式有规则地排列而得到的。16.根据权利要求14所述的光学系统装置，其特征在于：所述照射部包括将照射波长为λ的光的多个光源有规则地排列而得到的第1照射部、第2照射部及第3照射部，在所述光学元件的透镜取间距P
k
的方向上，该第1照射部、第2照射部及第3照射部的各光源分别以各错开P
k
/3的方式排列。17.根据权利要求14至16中任一项所述的光学系统装置，其特征在于：所述照射部是使各照射部错开时间依序发光的装置。18.根据权利要求1至17中任一项所述的光学系...

【专利技术属性】
技术研发人员：绳田晃史，中村智宣，田中觉，
申请(专利权)人：SCIVAX株式会社，
类型：发明
国别省市：