用于使零级减少的光学设计制造技术

一种投影图样的装置（１０），包括：第一衍射光学元件（ＤＯＥ）（１２），被配置为衍射输入光束（２０），以便在表面（２４）的第一区（２２）产生第一衍射图样（２３），第一衍射图样包括零级光束（３２）。第二ＤＯＥ（１４），被配置为衍射零级光束，以便在表面的第二区（２７）产生第二衍射图样（２９），所述第一区和第二区共同至少部分地覆盖表面。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体涉及光学图样的产生，尤其涉及(但不排他性地)在利用了衍射光学 元件的结构中的光学图样的产生，具体涉及，具有减小的非受控零级能量的光学图样的产 生。
技术介绍
图样的有效光学投影在各式各样的应用中被使用，所述应用如光学三维(3D)绘 图。这种绘图通过处理目标表面的光学图像，产生目标表面的3D轮廓。投影图样的所需特 性一般和应用相关，但通常包括高对比度，高投影效率和组成图样的投影细光束间强度分 布的高均勻性。强度分布的均勻性可依照细光束峰值-均值功率比，即最强细光束强度和 平均细光束强度的比值，来表示，其中，低比值对应高均勻性。投影方法的低均勻度可能致使该投影方法不能在特定的应用中使用，所述应用如 那些投影图样能被用户看见的应用。通常地，在这些情况中，眼部安全规程规定了每单位截 面积的最大允许能量通量或在单个准直细光束中的最大允许能量通量。可以使用衍射光学元件(DOE)来投影图样。然而，DOE会遇到所谓的零级问题。零 级光束是入射光束中没有被投影装置衍射并从而继续穿过系统到达投影体积上的那部分 光束。Nakai的美国专利6，560，019——其公开内容以参引的方式纳入本文——描述了 具有第一和第二光栅的衍射光学元件。在整个可见光光谱范围内，元件的衍射效率据称达 到97%或更好。Yamauchi等人的美国专利申请2007/0019909——其公开内容以参引的方式纳入 本文——描述了一种图像显示设备，其包括衍射光学元件和一个第一“面”。该面设置在衍 射光学元件发出的零级光没有入射到的位置处，图像由经过所述第一面的光来显示。尽管有以上现有技术，改进的投影图样方法仍是有益的。
技术实现思路
在本专利技术的一个实施方案中，第一衍射光学元件(DOE)位于第二 DOE附近。第一 DOE衍射一个入射的输入光束以产生第一衍射图样，所述第一衍射图样中包括零级光束。第 二 DOE接收所述零级光束，并由其形成第二衍射图样。所述这两个衍射图样投影进一个体 积内，使得，对于所述体积内的一个给定的表面，第一衍射图样和第二衍射图样覆盖所述表 面的相应的第一区和第二区。通常，这两个区有效地平铺表面，尽管在区域之间会有相对小 的间隙和/或重叠。通常，第一区被界定在第一矩形和第一矩形内的较小的第二矩形之间。所述矩形 相对于彼此对称地放置，具有公共的中心和平行的边，并且所述第一区对应于两个矩形之 间的区域。所述第二区是由所述第二矩形界定的区域。或者，这些区可以由非矩形形状界 定，一个区在另一个区内。4通过使用两个D0E，来自第一 DOE的零级光束被有效地抵消——其中通过使所述 的来自第一 DOE的零级光束被用于产生第二衍射图样。相应地，在这两个区上测量的峰 值_均值功率比通常显著地减少——相比于使用一个DOE的系统而言。两个DOE的组合允许该DOE被配置成使得衍射图样的产生可以在DOE之间展开。 这样的分散式的产生也被称为两个DOE的分布式设计。因为零级光束被第二 DOE使用，分 布式设计允许产生第一 DOE的零级光束的非受控能量分量大幅度减少的整体衍射图样。换 句话说，本专利技术的实施方案利用并使用的是在现有技术系统中通常被认为是不合需要的特 性，即零级光束中的过多能量。相应地，和使用单个DOE产生衍射图样的效率相比，本专利技术的分布式设计产生的 衍射图样通常具有增强的整体效率。除此之外，在一些将会在下面详细描述的实施方案中， 分布式设计系统产生的光束的对比度通常大于单个DOE产生的光束的对比度——因为两个 DOE所要求的更小的偏离角。在一个替代实施方案中，第一衍射图样包括一些基本准直的光束。通常，第一 DOE 是达曼光栅。第二 DOE用作图样产生器，以衍射每一个光束，形成相应的衍射图样。在替代 实施方案的分布式设计中，每一个衍射图样投影到一个表面的相应的区以便至少部分地覆 盖所述表面，并且所述区可以平铺所述表面。替代地或除此之外，衍射图样投影进一些填充 了一预定体积的子体积内。一般说来，尽管所有的图样产生器可以在单个DOE上制造，但第 一衍射图样的不同光束不需要经过相同的图样产生器。第一衍射图样的光束的每一束均可 以被适当地引导经过第二 DOE对应的区。因此，在这个实施方案中产生的平铺可以相同，也 可以不同。在一个进一步的替代实施方案中，DOE形成包括零级光束的衍射图样，并且，放置 干涉滤光器以接收零级光束。干涉滤光器被配置成阻挡以阻挡方位角入射到干涉滤光器上 的辐射的窄带阻滤光器，以及使以阻挡角之外的角度入射的辐射通过。放置并确定滤光器 方向，以便零级光束以阻挡角入射到滤光器上。除了零级光束之外的衍射图样的光束和滤 光器形成不同于阻挡角的角度，并因此透过滤光器。少了零级光束的衍射图样，因此透过滤 光器以便投影进一个预定体积内，并且/或者投影到一个表面的预定区上。尽管上述实施方案特别涉及衍射光学元件，本专利技术的原理可以替代地用于包含折 射元件的系统，并尤其适用于包含折射元件和衍射元件的系统。因此根据本专利技术的一个实施方案，提供用于投影图样的装置，包括第一衍射光学 元件(DOE)，该第一衍射光学元件被配置成衍射输入光束以便在表面第一区上产生第一衍 射光学图样，所述第一衍射光学图样包括零级光束。第二 DOE被配置以衍射所述零级光束， 以便在所述表面的第二区上产生第二衍射光学图样，以使所述第一和所述第二区共同至少 部分地覆盖所述表面。在一个公开的实施方案中，第二 DOE包括光学作用区(opticalIyactive region)，其被配置以接收所述零级光束；以及非光学作用区，其被配置以使不包含所述零 级光束的第一衍射图样透过。通常，所述第一区和所述第二区平铺所述表面。根据本专利技术的一个实施方案，还提供了用于投影图样的装置，该装置包括第一衍 射光学元件(DOE)，该第一衍射光学元件被配置成衍射输入光束以便产生多个分立的输出 光束。第二 DOE被配置以将衍射效应用于所述的多个分立的输出光束，以便在表面各个区5产生相应的一些衍射图样，使得各个区共同至少部分地覆盖所述表面。根据本专利技术的一个实施方案，此外还提供了用于投影图样的装置，该装置包括衍 射光学元件(DOE)，所述衍射光学元件被配置成衍射具有一个波长的输入光束，以便产生包 括零级光束的衍射图样。窄带滤光器调谐到输入光束的波长并相对于DOE定位，以便使不 包含所述零级光束的衍射图样入射到一个表面的一个区上。滤光器可以包括干涉滤光器或光栅。根据本专利技术的一个实施方案，进一步提供用于投影图样的方法，所述方法包括使 用第一衍射光学元件(DOE)衍射输入光束以便在一个表面的第一区上产生第一衍射光学 图样，所述第一衍射光学图样包括零级光束。所述零级光束被第二 DOE衍射，以便在所述表 面的第二区上产生第二衍射光学图样，以使所述第一和第二区共同至少部分地覆盖表面。根据本专利技术的一个实施方案，再提供了用于投影图样的方法，该方法包括使用第 一衍射光学元件(DOE)衍射输入光束，以便产生多个分立的输出光束。使用第二DOE将衍射 效应用于所述多个分立的输出光束，以便在一个表面的各个区产生相应的多个衍射图样， 以使得各个区共同至少部分地覆盖表面。根据本专利技术的一个实施方案，还提供了用于投影图样的方法，包括使用衍射光学 元件本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种投影图样的装置，包括：第一衍射光学元件（ＤＯＥ），被配置为衍射输入光束，以便在一个表面的第一区上产生第一衍射图样，所述第一衍射图样包括零级光束；以及第二ＤＯＥ，被配置为衍射所述零级光束，以便在所述表面的第二区上产生第二衍射图样，以使得所述第一区和第二区共同至少部分地覆盖所述表面。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：A施庞特，
申请(专利权)人：普莱姆森斯有限公司，
类型：发明
国别省市：IL[以色列]