[发明专利]衍射光学元件的设计方法以及分区匀光照明系统

说明书

本发明提供了一种衍射光学元件的设计方法，包括：S101：确定光源的参数以及所述衍射光学元件的目标光场；S102：根据所述光源的参数，确定所述衍射光学元件上多个第一微结构单元的分布；S103：将所述目标光场划分为多个目标图，所述多个目标图叠加后形成所述目标光场，每个所述第一微结构单元对应其中一个所述目标图；S104：对所述多个目标图分别进行畸变预校正；和S105：根据校正后的所述多个目标图以及所述光源的参数，分别设计对应的所述多个第一微结构单元的相位分布。本发明的实施例采用VCSEL分区光源与衍射光学元件相结合，可投射出清晰、无畸变的大视场角匀光光场；将该衍射光学元件应用于分区匀光照明系统中，为DTOF系统所需的匀光照明提供了技术保障。

技术领域

本发明大致涉及激光显示技术领域，尤其涉及一种衍射光学元件的设计方法、衍射光学元件以及分区匀光照明系统。

背景技术

目前手机行业现有的TOF(Time-Of-Flight)方案是间接飞行时间(IndirectTime-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。设计用于直接飞行时间(Direct Time-Of-Flight)的传感器，需要实现目标光场的分区均匀照明。此外，在其他很多的具体应用场景中，也需要提供一定范围内的均匀分布的光场。

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(DOE)的匀光片是针对整个VCSEL芯片发射的光场进行匀光。但DOE工作于投射大视角的目标光场时，在视场角较大的目标光场区域，光场发生了枕形的畸变，且视场角越大，枕形畸变越严重，从而影响了3D信息的重建。

背景技术部分的内容仅仅是公开人所知晓的技术，并不当然代表本领域的现有技术。

发明内容

有鉴于现有技术的至少一个缺陷，本发明提供一种衍射光学元件的设计方法，其特征在于，所述设计方法包括：

S101：确定光源的参数以及所述衍射光学元件的目标光场；

S102：根据所述光源的参数，确定所述衍射光学元件上多个第一微结构图案单元的分布；

S103：将所述目标光场划分为多个目标图，所述多个目标图叠加后形成所述目标光场，每个所述第一微结构图案单元对应其中一个所述目标图；

S104：对所述多个目标图分别进行畸变预校正；和

S105：根据校正后的所述多个目标图以及所述光源的参数，分别设计对应的所述多个第一微结构图案单元的相位分布。

根据本发明的一个方面，其中所述步骤S104包括：对所述多个目标图分别进行从平面到球面的针对枕形畸变的反向校正。

根据本发明的一个方面，其中所述多个目标图包括多个条形光场，所述步骤S104还包括：

对所述多个条形光场进行桶形校正，校正的幅度随视场角增大而增大。

根据本发明的一个方面，其中所述光源包括多个条形VCSEL光源阵列，所述步骤S102还包括：

根据所述多个条形VCSEL光源阵列的位置分布，将所述衍射光学元件划分成多个条形的所述第一微结构图案单元，使得所述多个条形VCSEL光源阵列与所述多个条形第一微结构图案单元一一对应，每个条形VCSEL光源阵列照射在相对应的条形第一微结构图案单元上。

根据本发明的一个方面，其中，所述步骤S102还包括：

将所述第一微结构图案单元沿着条形的长度方向划分成多个第一微结构子单元。