CN109100875B - 衍射光学元件及包含相同衍射光学元件的光学设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的衍射光学元件，呈球冠结构，所述球冠的内表面和/或外表面由衍射光学结构组成，从而利用球冠结构与衍射光学结构的共同作用实现大角度衍射，从而克服了传统平面型衍射光学器件衍射角度受特征尺寸的限制，通过宏观球冠结构，为衍射结构提供了不同方向的法向倾斜，实现了衍射角度的大幅增加。

Description

衍射光学元件及包含相同衍射光学元件的光学设备
技术领域
本发明涉及一种光学器件，尤其涉及一种衍射光学元件及包含相同衍射光学元件的光学设备。
背景技术
衍射光学器件在光束整形、分束以及特殊光学图案产生方面被大量使用，可应用于结构光三维测量、激光雷达、光通讯以及舞台显示等领域。
目前的衍射光学器件主要为平面型，通过在光学平面上刻划衍射结构，产生衍射图案，衍射图案的发散角由衍射结构的特征尺寸决定，衍射结构的特征尺寸越小，衍射图案的发散角越大。
然而，受限于加工水平，小特征尺寸的衍射结构加工难度大，大角度的衍射光学器件难以获得；另外，由于平面型衍射光学器件采用准直的激光入射，若衍射结构的加工深度存在误差，极易引入很强的中央零级光，导致器件的使用受到极大限制。
发明内容
有鉴如此，有必要提供一种衍射光学元件，旨在解决现有技术中提供的平面型衍射光学器件的应用限制。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案:
一方面，本发明提供的衍射光学元件，所述衍射光学元件呈球冠结构，所述球冠的内表面和/或外表面由衍射光学结构组成，入射的相干光源形成的光源光束经过所述衍射光学结构后形成大角度的衍射图案。
在一些较佳实施例中，所述相干光源为发散光源，所述发散光源的发散角覆盖所述球冠，所述光源光束入射所述球冠的方向与所述光源光束的入射点的法线方向相同。
在一些较佳实施例中，所述衍射光学元件的材料为光学塑料或光学玻璃。
在一些较佳实施例中，所述衍射光学结构包括若干个连续的二维台阶形衍射单元和若干个连续的三维衍射单元。
在一些较佳实施例中，所述三维衍射单元包括三维凸形曲面、三维凹形曲面、三维波浪形曲面中的任意一种。
在一些较佳实施例中，所述相干光源位于所述球冠的球心处。
在一些较佳实施例中，所述相干光源位于经光路折射后以所述球冠的球心为像点的位置处。
另一方面，本发明还提了一种包含所述的衍射光学元件的光学设备。
本发明采用上述技术方案，能够实现下述有益效果：
本发明提供的衍射光学元件，呈球冠结构，所述球冠的内表面和/或外表面由衍射光学结构组成，从而利用球冠结构与衍射光学结构的共同作用实现大角度衍射，从而克服了传统平面型衍射光学器件衍射角度受特征尺寸的限制，通过宏观球冠结构，为衍射结构提供了不同方向的法向倾斜，实现了衍射角度的大幅增加。
此外，本发明提供的衍射光学元件，由于所述相干光源为发散光源，所述发散光源的发散角覆盖所述球冠，所述光源光束入射所述球冠的方向与所述光源光束的入射点的法线方向相同，避免了平面衍射器件中深度误差导致的中央零级亮斑。
另外，本发明提供的衍射光学元件，采用发散光源入射，其对衍射结构的加工深度误差范围增大，适用的波段范围也较平面型衍射器件大幅扩展，使用范围更为广泛。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的衍射光学元件的结构示意图。
图2为本发明实施例1提供的衍射光学元件的球冠的外表面的衍射光学结构示意图。
图3为本发明实施例2提供的衍射光学元件的结构示意图。
图4为本发明实施例2提供的衍射光学元件的球冠的外表面的衍射光学结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供的衍射光学元件，所述衍射光学元件呈球冠结构，所述球冠的内表面和/或外表面由衍射光学结构组成，入射的相干光源形成的光源光束经过所述衍射光学结构后形成大角度的衍射图案。
在一些较佳实施例中，所述相干光源为发散光源，所述发散光源的发散角覆盖所述球冠，所述光源光束入射所述球冠的方向与所述光源光束的入射点的法线方向相同。
可以理解，由于所述相干光源为发散光源，所述发散光源的发散角覆盖所述球冠，所述光源光束入射所述球冠的方向与所述光源光束的入射点的法线方向相同，避免了平面衍射器件中深度误差导致的中央零级亮斑此外采用发散光源入射，其对衍射结构的加工深度误差范围增大，适用的波段范围也较平面型衍射器件大幅扩展，使用范围更为广泛。
在一些较佳实施例中，所述衍射光学元件的材料为光学塑料或光学玻璃。
在一些较佳实施例中，所述衍射光学结构包括若干个连续的二维台阶形衍射单元和若干个连续的三维衍射单元。
在一些较佳实施例中，所述三维衍射单元包括三维凸形曲面、三维凹形曲面、三维波浪形曲面中的任意一种。
可以理解，所述三维衍射单元并不局限上述三种形状或者上述三种形状的组合，实际中还可以采用其他的无规则的曲面形状。
在一些较佳实施例中，所述相干光源位于所述球冠的球心处。
在一些较佳实施例中，所述相干光源位于经光路折射后以所述球冠的球心为像点的位置处。
本发明提供的衍射光学元件，呈球冠结构，所述球冠的内表面和/或外表面由衍射光学结构组成，从而利用球冠结构与衍射光学结构的共同作用实现大角度衍射，从而克服了传统平面型衍射光学器件衍射角度受特征尺寸的限制，通过宏观球冠结构，为衍射结构提供了不同方向的法向倾斜，实现了衍射角度的大幅增加。
此外，本发明还提供了一种包括上述衍射光学元件的光学设备。
以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述：
实施例1：
请参阅图1，为本实施例一提供的衍射光学元件的结构示意图。
在本实施例中，衍射光学元件100呈球冠结构13，所述球冠13的内表面和/或外表面由衍射光学结构组成，入射的相干光源11形成的光源光束12经过所述衍射光学结构后形成大角度的衍射图案。
在本实施例中，球冠13的曲率半径为1cm，口径为5.2mm。
请参阅图3，为球冠13的外表面的衍射光学结构示意图，所述衍射光学结构包括若干个连续的三维衍射单元(图未示)，该衍射结构在平面衍射器件上产生的衍射图的角度为60°*60°。
在本实施例中，相干光源11为波长650nm的半导体激光器，相干光源11位于所述球冠13的球心处，产生的衍射图的角度为90°*90°。
实施例2：
在本实施例中，衍射光学元件200呈球冠结构23，所述球冠23的内表面和/或外表面由衍射光学结构组成，入射的相干光源21形成的光源光束22经过所述衍射光学结构后形成大角度的衍射图案。
在本实施例中，球冠23的曲率半径为5cm，口径为3.42mm。
请参阅图4，为球冠23的外表面的衍射光学结构示意图，所述衍射光学结构包括若干个连续的二维台阶形衍射单元(图未示)，该衍射结构在平面衍射器件上产生的衍射图的角度为50°*50°。
在本实施例中，相干光源21为波长940nm的半导体激光器，所述相干光源21位于经光路折射后以所述球冠23的球心为像点的位置处，产生的衍射图的角度为100°*100°。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种衍射光学元件，其特征在于，所述衍射光学元件呈球冠结构，所述球冠的内表面和/或外表面由衍射光学结构组成，入射的相干光源形成的光源光束经过所述衍射光学结构后形成大角度的衍射图案；
所述相干光源为发散光源，所述发散光源的发散角覆盖所述球冠，所述光源光束入射所述球冠的方向与所述光源光束的入射点的法线方向相同；
所述衍射光学结构包括若干个连续的二维台阶形衍射单元和若干个连续的三维衍射单元；
所述三维衍射单元包括三维凸形曲面、三维凹形曲面、三维波浪形曲面中的任意一种。
2.根据权利要求1所述的衍射光学元件，其特征在于，所述衍射光学元件的材料为光学塑料或光学玻璃。
3.根据权利要求1所述的衍射光学元件，其特征在于，所述相干光源位于所述球冠的球心处。
4.根据权利要求1所述的衍射光学元件，其特征在于，所述相干光源位于经光路折射后以所述球冠的球心为像点的位置处。
5.一种包含根据权利要求1所述的衍射光学元件的光学设备。
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