CN111781665A - 光学组件、光学组件的设计方法以及光学系统 - Google Patents

光学组件、光学组件的设计方法以及光学系统 Download PDF

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CN111781665A CN202010640572.1A CN202010640572A CN111781665A CN 111781665 A CN111781665 A CN 111781665A CN 202010640572 A CN202010640572 A CN 202010640572A CN 111781665 A CN111781665 A CN 111781665A
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Abstract

本发明提供一种可产生大角度光场的光学组件，包括：衍射光学元件，所述衍射光学元件上设置有一个或多个微结构图案单元，所述微结构图案单元配置成可将入射到所述衍射光学元件上的光束进行调制，并投射出具有特定图案的中心光场；光栅单元，所述光栅单元包括一个或多个光栅，配置成可将入射到所述光栅单元上的光束以特定的衍射角进行分束，产生的对应正负级次的衍射光斑形成边缘光场，所述边缘光场位于所述中心光场的至少一侧上，并与所述中心光场拼接。

Description

光学组件、光学组件的设计方法以及光学系统
技术领域
本发明大致涉及光学技术领域，尤其涉及一种可产生大角度光场的光学组件、该光学组件的设计方法以及包括该光学组件的光学系统。
背景技术
目前，消费电子市场上匀光器件(diffuser)的主流方案是利用垂直腔面发射型激光器(VCSEL)作为光源设计出的匀光片。但当用衍射光学元件 (DOE)设计一些特殊的大角度的匀光片时，由于衍射光学元件本身的特性和工艺加工的局限性，会导致匀光片在大角度区域形成不了所需的光场，如图1所示，以视场角(FOV)水平方向120°、垂直方向80°为例，外围框10 中，当匀光片形成大角度的光场时，在接近大角度视场的边缘区域的光强分布会有特别大的衰减，如区域11、区域12所示(虚线框内)，往往导致得到的光场不能满足所需要的光场分布，实际可以得到的满足需要的光场如内框 13，因此需要用一些特殊的方式进行补偿设计。
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，本发明提供一种可产生大角度光场的光学组件，其特征在于，包括：
衍射光学元件，所述衍射光学元件上设置有一个或多个微结构图案单元，所述微结构图案单元配置成可将入射到所述衍射光学元件上的光束进行调制，并投射出具有特定图案的中心光场；
光栅单元，所述光栅单元包括一个或多个光栅，配置成可将入射到所述光栅单元上的光束以特定的衍射角进行分束，产生的对应正负级次的衍射光斑形成边缘光场，所述边缘光场位于所述中心光场的至少一侧上，并与所述中心光场拼接。
根据本发明的一个方面，其中所述衍射光学元件为匀光片，所述光栅单元包括一个或多个相位透射光栅，所述衍射光学元件和所述光栅单元位于同一片基底上。
根据本发明的一个方面，其中所述光栅单元中的至少部分光栅具有不同的光栅方向，所述衍射光斑为所述光栅的+1、-1级衍射光斑，并且所述衍射光斑相互拼接形成所述边缘光场。
根据本发明的一个方面，其中所述光栅的光栅方向与竖直方向之间的夹角为
Figure BDA0002570929950000111
且所述光栅的+1、-1级之间的所述衍射角为
Figure BDA0002570929950000022
其中α为所述光栅的+1级衍射光斑在水平方向上的视场角，β为所述光栅的+1级衍射光斑在竖直方向上的视场角。
根据本发明的一个方面，其中具有不同光栅方向所述光栅具有不同的光栅常数d，d＝λ/sin(γ/2),λ为波长，使得所述衍射光斑拼接形成所述边缘光场为均匀的条状光场，并且所述边缘光场对称地位于所述中心光场的两侧。
本发明还提供一种可产生大角度光场的光学组件的方法，其特征在于，包括：
根据入射光源的发散角以及所述光学组件的整体视场范围确定边缘光场的视场范围；
根据所述边缘光场的视场范围，确定所述光栅单元中光栅的对应正负级次的衍射光斑的拼接方式；
根据所述衍射光斑的拼接方式，确定所述光栅单元中各个光栅的光栅常数及光栅方向；
根据所述边缘光场的视场范围确定中心光场的视场范围，所述边缘光场位于所述中心光场的至少一侧上，并与所述中心光场拼接；
根据所述中心光场的视场范围计算衍射光学元件的相位分布。
根据本发明的一个方面，其中所述确定所述光栅单元中各个光栅的光栅常数及光栅方向的步骤包括：
根据所述对应正负级次的衍射光斑的拼接方式，设计多个具有不同周期以及方向的光栅，组成所述光栅单元。
根据本发明的一个方面，其中所述衍射光斑为所述光栅的+1、-1级衍射光斑，其中所述确定所述光栅单元中各个光栅的光栅常数及光栅方向的步骤还包括：
所述光栅的光栅方向与竖直方向之间的夹角为
Figure BDA0002570929950000031
且所述光栅的+1、-1级之间的衍射角为
Figure BDA0002570929950000032
其中α为所述光栅的+1级衍射光斑在水平方向上的视场角，β为所述光栅的+1级衍射光斑在竖直方向上的视场角。
根据本发明的一个方面，所述设计方法还包括：
调整入射光源照射在所述衍射光学元件和所述光栅单元上的光强比例，以获得符合设计需求的光场光强分布。
本发明还提供一种可产生大角度光场的光学系统，其特征在于，包括：
如上所述的光学组件；和
光源，所述光源设置在所述光学组件的上游，其发出的光束同时照射在所述光学组件的衍射光学元件和光栅单元上。
根据本发明的一个方面，其中所述光源为垂直腔面发射激光器。
本发明的优选实施例提供了一种可产生大角度光场的光学组件，该光学组件通过衍射光学元件投射出相对小角度的中心光场，通过光栅单元对入射光以特定的衍射角进行分束，产生的对应正负级次的衍射光斑形成边缘光场，该边缘光场与中心光场相拼接。从而得到了合乎设计需求的大角度光场，克服了衍射光学元件在产生大角度光场时边缘区域的光强衰减问题。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1示出了衍射光学元件在产生大角度光场时边缘区域的光强衰减；
图2示意性地示出了根据本发明的一个优选实施例的光学组件；
图3a示意性地示出了根据本发明的一个优选实施例的光源照射在衍射光学元件和光栅单元上的示意图；
图3b示出了根据本发明的一个优选实施例的拼接光场；
图4示意性地示出了根据本发明的一个优选实施例的光栅单元；
图5a示意性地示出了根据本发明的一个优选实施例的衍射光斑的组合方式；
图5b示意性地示出了根据本发明的一个优选实施例的光栅的衍射光斑分布；
图5c示意性地示出了根据本发明的一个优选实施例的光栅的衍射光斑分布；
图5d示意性地示出了光栅方向与竖直方向之间的夹角的示意图；
图6示出了根据本发明的一个优选实施例的设计可产生大角度光场的光学组件的方法；
图7示出了根据本发明的一个优选实施例光栅单元产生的边缘光场效果；和
图8示意性地示出了根据本发明的一个优选实施例的可产生大角度光场的光学系统。
具体实施方式
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，在不脱离本发明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。
在本发明的描述中，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"、"坚直"、 "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发明和简化描述，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发明的限制。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地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语" 安装"、"相连"、"连接"应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接:可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之"上" 或之"下"可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征"之上"、"上方"和"上面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征"之下"、"下方 "和"下面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
为了解决大角度匀光片设计的技术问题，本发明提出了一种新的设计思路，利用衍射光学元件(DOE)产生相对小角度的中心光场，再利用光栅对光斑进行大角度的分光设计，产生边缘光场，将衍射光学元件产生的相对小角度的中心光场与光栅产生的边缘光场相拼接，以形成大角度的目标光场。
根据本发明的一个优选实施例，如图2所示，本发明提供一种可产生大角度光场的光学组件20，包括衍射光学元件21和光栅单元22。衍射光学元件21上设置有一个或多个微结构图案单元，该一个或多个微结构图案单元配置成可将入射到衍射光学元件21上的光束进行调制，并投射出具有特定图案的中心光场。光栅单元22包括一个或多个光栅221，光栅221配置成可将入射到光栅单元22上的光束以特定的衍射角进行分束，产生的对应正负级次的衍射光斑形成边缘光场。需要注意的是，图2中的光栅单元22的横向栅格图案(线条)仅是示例性的表示该部分为光栅单元，并不代表光栅单元22的实际的栅格结构。
图3a示出了入射光的光斑照射到衍射光学元件21和光栅单元22上的示意图，图3b示出了所投射出的光场。另外入射光的光斑以一定的比例分布分别照射在衍射光学元件21和光栅单元22上，可用通过调节光斑在两者之间的光强比例分布来调节最终的光场强度分布。
入射光经光学组件20调制所产生的大角度光场如图3b所示，衍射光学元件21通过一个或多个微结构图案单元产生中心光场31，光栅单元22通过一个或多个光栅221对入射光进行分束，形成了边缘光场32、33,边缘光场 32、33位于中心光场31的至少一侧上(图3中边缘光场32、33位于中心光场31的两侧)，并与中心光场31拼接。另外，图2中示意性地仅示出了一个光栅221，根据需要，光栅单元22可包括多个光栅221，并且多个光栅221 的光栅方向可以是不同的，下文将详细描述。
衍射光学元件21和光栅单元22拼接形成光学组件20的整体构造如图2 所示，但本领域技术人员容易理解，虽然图2中光栅单元22位于衍射光学元件21的右侧，但光栅单元22也可以位于衍射光学元件21的左侧、上侧和下侧，光栅单元22亦可以环绕或半封闭地环绕衍射光学元件21设置，上述多种拼接方式均在本发明的保护范围之内。另外，图3b中的光场图案中，在中心光场31两侧分别具有一个边缘光场32和33，也可以根据需要仅具有一个边缘光场。
根据本发明的一个优选实施例，如图2所示的光学组件20，其中衍射光学元件21为DOE匀光片，光栅单元22包括一个或多个相位透射光栅221，衍射光学元件21和光栅单元22位于同一片基底上，通过相同的加工工艺进行制造，有利于提高光学组件20的集成度，并且保证衍射光学元件21和光栅单元22的相对位置精度，在使用过程中无需进行二次定位。但本发明并不限于此，本领域技术人员容易想到的是，衍射光学元件21和光栅单元22也可以位于不同的基底上，通过相同或不同的加工工艺分别进行制造。
根据本发明的一个优选实施例，光栅单元22包括多个光栅，其中至少部分光栅221具有不同的光栅方向。如图4所示，光栅单元22包括9个光栅 221，分别为221-1、221-2、…、221-8和221-9，成矩阵排列，且光栅单元 22中的每个光栅的光栅方向均不相同。需要注意的是，图4中的光栅单元22 的每个光栅的栅格图案(线条)仅是示例性的表示该部分为光栅，并不代表该光栅的实际的栅格结构。优选地，所述对应正负级次的衍射光斑为各个光栅221的+1、-1级衍射光斑，并且多个+1、-1级衍射光斑相互拼接形成如图 3中所示的边缘光场32、33。优选地，利用相位透射光栅，对光源发散光以特定的衍射角进行分束，利用其+1、-1级次的衍射光斑相互拼接形成如图3 中所示的边缘光场。本领域技术人员容易想到的是，本发明中所涉及的光栅单元22并不仅限于包括9个光栅，光栅单元22可以包括任意个数的光栅，只要对每个光栅的光栅方向和光栅常数进行适当的设置，使得每个光栅分光所产生的衍射光斑可以相互拼接形成边缘光场即可。
图5a示出了根据本发明一个实施例利用衍射光学元件21和光栅单元22 共同拼接形成光场的示意图。如图5a所示，光场包括中心光场31和位于中心光场两侧的边缘光场32、33，图中示意性示出了中心光场和边缘光场的范围。对于中心光场31，其可以由衍射光学元件21，即DOE匀光片，对入射光直接进行调制并投射形成，此处不再赘述。对于边缘光场32和33，其可以由光栅单元22中的多个光栅投射出的光斑叠加形成。如图5a所示，对于边缘光场32，其可以由12个光斑叠加构成，分别为32-1、32-2、…、32-11 和32-12；对于边缘光场33，同样可以由12个光斑叠加构成，分别为33-1、 33-2、…、33-11和33-12。边缘光场32和33对称地位于中心光场31的两侧。因此优选的，围绕中心光场31的中心成对角的两个光斑可以由同一个光栅的对应正负级次的衍射形成，例如光斑32-1和33-12对应于同一个光栅的 +1、-1级衍射光斑，光斑32-12和33-1同样对应于同一个光栅的+1、-1级衍射光斑。
图5b、5c示出了其中一个光栅221通过衍射进行分束的示例。图5b中的光栅221的光栅方向大致为竖直方向，用于形成图5a中的光斑32-6和 33-6，光斑32-6和33-6的连线的方向大致为水平方向，垂直于光栅221的光栅方向。图5c中，光栅221的光栅方向从竖直方向向左倾斜，用于形成图 5a中的光斑32-12和33-1，光斑32-12和33-1的连线的方向大致垂直于光栅221的光栅方向。通过类似的方式，可以通过不同角度定向的光栅形成图 5a中其他的光斑，此处不再赘述。
下面描述根据本发明实施例的光栅221的角度设置方式。图5b、图5c 的两侧边缘区域分布有光栅221的+1、-1级衍射光斑，将图中左侧边缘区域的衍射光斑定义为+1级衍射光斑，右侧边缘区域的衍射光斑定义为-1级衍射光斑。该衍射光斑在水平方向上的视场角为α，α定义为衍射光斑(中心) 相对于整个视场的中心点在水平方向上的角度，视场的左侧为负、右侧为正；该衍射光斑在竖直方向上的视场角为β，β定义为光斑(中心)相对于整个视场的中心点在竖直方向上的角度，视场的下侧为负、上侧为正。光栅221 的光栅方向与竖直方向之间的夹角为θ(如图5d所示)，θ定义为沿竖直方向向左倾斜定义为负值，向右倾斜定义为正值。则
Figure BDA0002570929950000091
光栅221 的+1、-1级之间的衍射角为
Figure BDA0002570929950000092
图5b中，θ＝0，即光栅221沿竖直方向排布，+1、-1级衍射光斑的连线沿水平方向，β＝0，γ＝2α。
图5c中，θ不为0，可以根据设计所需的大角度光场确定+1、-1级衍射光斑在水平方向、竖直方向上的视场角，再根据该+1、-1级衍射光斑在水平方向、竖直方向上的视场角计算+1、-1级之间的衍射角，以及光栅方向(光栅沿竖直方向倾斜的角度)。
根据本发明的一个优选实施例，由于光栅常数d＝λ/sin(γ/2),λ为入射光的波长，γ为+1、-1级衍射光斑之间的衍射角，在上述实施例中获得衍射角的数值之后，可根据+1、-1级衍射光斑之间的衍射角γ、入射光的波长λ，确定光栅常数d，其中具有不同的光栅方向的光栅具有不同的光栅常数，使得多个+1、-1级衍射光斑拼接形成的边缘光场为均匀的条状光场，并且所述边缘光场对称地位于所述中心光场的两侧。
本领域技术人员容易理解，上述优选实施例中采用光栅221的+1、-1级衍射光斑实现边缘光场，可替换的，使用其他级次的衍射光斑亦在本发明的保护范围之内，对于n级衍射：光栅常数d＝nλ/sin(γ/2),可以以此确定光栅周期。
根据本发明的一个优选实施例，如图6所示，本发明还提供一种设计如上所述的可产生大角度光场的光学组件20的方法60，包括：
在步骤S601中，根据入射光源的发散角以及光学组件的整体视场范围确定边缘光场的视场范围。入射光源的发散角参数是可以预先获知的，光学组件的整体视场范围即设计所需的大角度视场范围。根据入射光源的发散角和作为设计目标的整体视场范围，可以从中选择一部分区域作为边缘光场，通过本发明的光栅单元来进行投射。光源以一定发散角的光斑照射到光栅单元上，所产生的衍射光场在同一级次具有和光源发散角近似的发散角度。因此，可以根据光学组件的整体视场范围以及入射光源的发散角确定边缘光场的视场范围。
在步骤S602中，根据边缘光场的视场范围，确定光栅单元中光栅的对应正负级次的衍射光斑的拼接方式。根据边缘光场的视场范围，设计衍射光斑的拼接方式，例如可以包括多种衍射角度所形成的多个衍射光斑的叠加。如图5a所示，多种衍射角度所形成的多个衍射光斑叠加，形成边缘光场。
在步骤S603中，根据衍射光斑的拼接方式，确定光栅单元中各个光栅的光栅常数及光栅方向。根据衍射光斑的位置，确定衍射光斑在水平方向上、竖直方向上的视场角，再根据衍射光斑在水平、竖直方向上的视场角，以及入射光的波长，计算对应正负级次的衍射光斑之间的衍射角、光栅常数及光栅方向。
在步骤S604中，根据边缘光场的视场范围确定中心光场的视场范围，边缘光场位于中心光场的至少一侧上，并与中心光场拼接。将整体视场范围，即设计所需的大角度视场范围，减去光栅单元所形成的边缘光场的视场范围，得到中心光场的视场范围。
在步骤S605中，根据中心光场的视场范围计算衍射光学元件的相位分布。根据中心光场的视场范围和图案计算衍射光学元件(DOE)的一个或多个微结构图案单元的分布。
本领域技术人员容易想到的是，以上步骤可以进行变换，例如步骤605 可以在步骤602之前进行，此等步骤的变换均在本发明的保护范围之内。
根据本发明的一个优选实施例，上述设计方法60，其中确定光栅单元中各个光栅的光栅常数及光栅方向的步骤包括：
根据对应正负级次的衍射光斑的拼接方式，设计多个具有不同周期以及方向的光栅，组成光栅单元。
根据本发明的一个优选实施例，上述设计方法60中衍射光斑为光栅的 +1、-1级衍射光斑，其中确定光栅单元中各个光栅的光栅常数及光栅方向的步骤还包括：
将整个光场的左侧边缘区域的衍射光斑定义为+1级衍射光斑，右侧边缘区域的衍射光斑定义为-1级衍射光斑。该衍射光斑在水平方向上的视场角为α，α定义为衍射光斑(中心)相对于整个视场的中心点在水平方向上的角度，视场的左侧为负、右侧为正；该衍射光斑在竖直方向上的视场角为β，β定义为光斑(中心)相对于整个视场的中心点在竖直方向上的角度，视场的下侧为负、上侧为正。光栅的光栅方向与竖直方向之间的夹角为θ，θ定义为沿竖直方向向左倾斜定义为负值，向右倾斜定义为正值。则
Figure BDA0002570929950000111
光栅的+1、-1级之间的衍射角为
Figure BDA0002570929950000112
根据本发明的一个优选实施例，上述设计方法60还包括：调整入射光源 23照射在衍射光学元件21和光栅单元22上的光强比例，以获得符合设计需求的光场光强分布。
根据本发明的一个优选实施例，以设计120°-80°的匀光片为例，目标光场为水平方向120°，竖直方向80°的整体光场，光源是VCSEL光源，光源的发散角为全角20°。则衍射光斑可覆盖20°左右的区域大小，因此利用光栅单元在水平方向的左右边缘形成各20°左右的光场，中间利用衍射光学元件(DOE)产生的光场大小是80°*80°，二者相结合，能够起到光场拼接的作用。图7为该实施例的光栅单元产生的光场效果图。
根据本发明的一个优选实施例，如图8所示，本发明还一种可产生大角度光场的光学系统100，包括：如上所述的光学组件20、光源101。光源101 设置在光学组件20的光路上游，其发出的光束同时照射在光学组件20的衍射光学元件21和光栅单元22上。
根据本发明的一个优选实施例，光源101为垂直腔面发射激光器。
根据本发明的一个优选实施例，本发明还提供一种使用如上所述的光学组件20产生大角度光场的方法，包括：
通过衍射光学元件上设置的一个或多个微结构图案单元对入射光束进行调制，投射出具有特定图案的中心光场；
通过光栅单元的一个或多个光栅将入射光束以特定的衍射角进行分束，产生的对应正负级次的衍射光斑形成边缘光场，所述边缘光场位于所述中心光场的至少一侧上，并与所述中心光场拼接，获得拼接光场。
根据本发明的一个优选实施例，上述方法还包括：
调整入射光源照射在所述衍射光学元件和所述光栅单元上的比例，以获得拼接视场的预设光强分布。
本发明的优选实施例提供了一种可产生大角度光场的光学组件，该光学组件通过衍射光学元件投射出相对小角度的中心光场，通过光栅单元对入射光以特定的衍射角进行分束，产生的对应正负级次的衍射光斑形成边缘光场，该边缘光场与中心光场相拼接。从而得到了合乎设计需求的大角度光场，克服了衍射光学元件在产生大角度光场时边缘区域的光强衰减问题。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种可产生大角度光场的光学组件，其特征在于，包括：
衍射光学元件，所述衍射光学元件上设置有一个或多个微结构图案单元，所述微结构图案单元配置成可将入射到所述衍射光学元件上的光束进行调制，并投射出具有特定图案的中心光场；
光栅单元，所述光栅单元包括一个或多个光栅，配置成可将入射到所述光栅单元上的光束以特定的衍射角进行分束，产生的对应正负级次的衍射光斑形成边缘光场，所述边缘光场位于所述中心光场的至少一侧上，并与所述中心光场拼接。
2.如权利要求1所述的光学组件，其中所述衍射光学元件为匀光片，所述光栅单元包括一个或多个相位透射光栅，所述衍射光学元件和所述光栅单元位于同一片基底上。
3.如权利要求1或2所述的光学组件，其中所述光栅单元中的至少部分光栅具有不同的光栅方向，所述衍射光斑为所述光栅的+1、-1级衍射光斑，并且所述衍射光斑相互拼接形成所述边缘光场。
4.如权利要求3所述的光学组件，其中所述光栅的光栅方向与竖直方向之间的夹角为
Figure FDA0002570929940000011
且所述光栅的+1、-1级之间的所述衍射角为
Figure FDA0002570929940000012
其中α为所述光栅的+1级衍射光斑在水平方向上的视场角，β为所述光栅的+1级衍射光斑在竖直方向上的视场角。
5.如权利要求4所述的光学组件，其中具有不同光栅方向所述光栅具有不同的光栅常数d，d＝λ/sin(γ/2),λ为波长，使得所述衍射光斑拼接形成所述边缘光场为均匀的条状光场，并且所述边缘光场对称地位于所述中心光场的两侧。
6.一种设计如权利要求1-5中任一项所述的可产生大角度光场的光学组件的方法，其特征在于，包括：
根据入射光源的发散角以及所述光学组件的整体视场范围确定边缘光场的视场范围；
根据所述边缘光场的视场范围，确定所述光栅单元中光栅的对应正负级次的衍射光斑的拼接方式；
根据所述衍射光斑的拼接方式，确定所述光栅单元中各个光栅的光栅常数及光栅方向；
根据所述边缘光场的视场范围确定中心光场的视场范围，所述边缘光场位于所述中心光场的至少一侧上，并与所述中心光场拼接；
根据所述中心光场的视场范围计算衍射光学元件的相位分布。
7.如权利要求6所述的设计方法，其中所述确定所述光栅单元中各个光栅的光栅常数及光栅方向的步骤包括：
根据所述对应正负级次的衍射光斑的拼接方式，设计多个具有不同周期以及方向的光栅，组成所述光栅单元。
8.如权利要求6或7所述的设计方法，其中所述衍射光斑为所述光栅的+1、-1级衍射光斑，其中所述确定所述光栅单元中各个光栅的光栅常数及光栅方向的步骤还包括：
所述光栅的光栅方向与竖直方向之间的夹角为
Figure FDA0002570929940000021
且所述光栅的+1、-1级之间的衍射角为
Figure FDA0002570929940000022
其中α为所述光栅的+1级衍射光斑在水平方向上的视场角，β为所述光栅的+1级衍射光斑在竖直方向上的视场角。
9.如权利要求6或7所述的设计方法，还包括：
调整入射光源照射在所述衍射光学元件和所述光栅单元上的光强比例，以获得符合设计需求的光场光强分布。
10.一种可产生大角度光场的光学系统，其特征在于，包括：
如权利要求1-5中任一项所述的光学组件；和
光源，所述光源设置在所述光学组件的上游，其发出的光束同时照射在所述光学组件的衍射光学元件和光栅单元上。
11.如权利要求10所述的光学系统，其中所述光源为垂直腔面发射激光器。
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