CN115509019A - 分区匀光照明系统消除串扰的方法及匀光照明系统 - Google Patents

分区匀光照明系统消除串扰的方法及匀光照明系统 Download PDF

Info

Publication number
CN115509019A
CN115509019A CN202110690242.8A CN202110690242A CN115509019A CN 115509019 A CN115509019 A CN 115509019A CN 202110690242 A CN202110690242 A CN 202110690242A CN 115509019 A CN115509019 A CN 115509019A
Authority
CN
China
Prior art keywords
light field
light source
crosstalk
target
point
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202110690242.8A
Other languages
English (en)
Inventor
范真涛
宋昱铭
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jiaxing Uphoton Optoelectronics Technology Co Ltd
Original Assignee
Jiaxing Uphoton Optoelectronics Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jiaxing Uphoton Optoelectronics Technology Co Ltd filed Critical Jiaxing Uphoton Optoelectronics Technology Co Ltd
Priority to CN202110690242.8A priority Critical patent/CN115509019A/zh
Publication of CN115509019A publication Critical patent/CN115509019A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/09—Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
    • G02B27/0927—Systems for changing the beam intensity distribution, e.g. Gaussian to top-hat
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/09—Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
    • G02B27/0938—Using specific optical elements
    • G02B27/0944—Diffractive optical elements, e.g. gratings, holograms
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/42—Diffraction optics, i.e. systems including a diffractive element being designed for providing a diffractive effect
    • G02B27/4233—Diffraction optics, i.e. systems including a diffractive element being designed for providing a diffractive effect having a diffractive element [DOE] contributing to a non-imaging application
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B15/00—Special procedures for taking photographs; Apparatus therefor
    • G03B15/02—Illuminating scene

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)

Abstract

本发明提供了一种分区匀光照明系统消除串扰的方法，其中所述分区匀光照明系统包括具有多个光源分区的光源和具有与多个所述光源分区分别相对应的多个DOE分区的衍射光学元件，光源分区照射对应的DOE分区而在目标表面上投射出目标光场，光源分区偏心照射与对应的DOE分区相邻的DOE分区而在目标表面上投射出串扰光场，所述消除串扰的方法包括：S101：确定目标光场的特定点以及串扰光场与所述特定点相对应的点；和S102：确定所述衍射光学元件与所述光源之间的距离，使得所述目标光场的特定点与所述串扰光场的相对应的点在目标表面上重合。本发明的优选实施例通过装配衍射光学元件时精准地控制和调节，减弱了目标光场的串扰，可投射出清晰的大视场角匀光光场。

Description

分区匀光照明系统消除串扰的方法及匀光照明系统
技术领域
本发明大致涉及激光显示技术领域，尤其涉及一种分区匀光照明系统消除串扰的方法及匀光照明系统。
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)方案,利用间接飞行时间，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)方案的传感器，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，可以根据VCSEL芯片的分区进行衍射光学元件(DOE)的分区设计。实际工作场景中，VCSEL分区光源与衍射光学元件(DOE)具有一定的距离，由于光斑的弥散效应，当光源光斑照射在不同DOE分区上时，会在目标区域投射出不同的光场，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，本发明提供一种分区匀光照明系统消除串扰的方法，其中所述分区匀光照明系统包括具有多个光源分区的光源和具有与多个所述光源分区分别相对应的多个DOE分区的衍射光学元件，光源分区照射对应的DOE分区而在目标表面上投射出目标光场，光源分区偏心照射与对应的DOE分区相邻的DOE分区而在目标表面上投射出串扰光场，所述消除串扰的方法包括：
S101：确定目标光场的特定点以及串扰光场与所述特定点相对应的点；和
S102：确定所述衍射光学元件与所述光源之间的距离，使得所述目标光场的特定点与所述串扰光场的相对应的点在目标表面上重合。
根据本发明的一个方面，其中所述目标光场的特定点包括：目标光场竖直方向上上边缘的点、目标光场竖直方向上下边缘的点、目标光场竖直方向上的中心点中的一个或多个。
根据本发明的一个方面，所述消除串扰的方法还包括：
重复所述步骤S101和S102，确定所述目标光场的多个特定点以及相对应的多个距离；
根据所述多个距离确定预设距离区间，在所述预设距离区间内调节所述衍射光学元件到所述光源的距离，使得所述串扰光场与所述目标光场基本上相重合。
根据本发明的一个方面，所述消除串扰的方法还包括：
对于光源分区偏心照射与对应的DOE分区相邻的多个DOE分区而在目标表面上投射出的多个串扰光场，重复所述步骤S101和S102，确定所述目标光场的特定点以及相对应的多个距离；
根据所述多个距离确定预设距离区间，在所述预设距离区间内调节所述衍射光学元件到所述光源的距离，使得所述串扰光场与所述目标光场基本上相重合。
根据本发明的一个方面，其中所述衍射光学元件的DOE分区包括微结构面，所述微结构面上包括至少一个微结构图案单元，所述微结构图案单元根据与所述DOE分区相对应的光源分区的光源参数，以及对应投射出的目标光场进行设计。
根据本发明的一个方面，其中所述多个目标光场为条形光场，拼接后形成匀光照明光场。
本发明还提供一种匀光照明系统，使用如上文所述的方法消除串扰。
本发明还提供一种电子设备，包括如上文所述的匀光照明系统。
本发明的优选实施例提供了一种分区匀光照明系统消除串扰的方法，通过调节VCSEL分区光源和衍射光学元件之间的距离，使得部分目标光场中的特定点和串扰光场中相对应的点相重合，并通过多点计算、多分区计算的方式获得VCSEL分区光源和衍射光学元件之间距离的调节区间，再通过仿真得到该调节区间内的最佳光场效果。本发明的优选实施例通过装配衍射光学元件时精准地控制和调节，减弱了目标光场的串扰，可投射出清晰的大视场角匀光光场。将本发明所提供的调节方法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。
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示意性地示出了根据本发明的一个优选实施例的分区匀光照明系统；
图2示意性地示出了根据本发明的一个优选实施例的VCSEL分区光源；
图3A示意性地示出了根据本发明的一个优选实施例的匀光光场；
图3B示意性地示出了根据本发明的一个优选实施例将图3A所示的匀光光场划分为多个条形光场；
图4示意性地示出了根据本发明的一个优选实施例的衍射光学元件及其分区；
图5示出了根据本发明的一个优选实施例用于分区匀光照明系统的消除串扰的方法；
图6示意性地示出了根据本发明的一个优选实施例具有两个光源阵列的分区匀光照明系统及其产生的目标光场和串扰光场；
图7A、图7B示意性地示出了未调节VCSEL分区光源和衍射光学元件之间的距离时，部分目标光场与串扰光场在目标表面上的视觉效果；
图8A、图8B示意性地示出了根据本发明的一个优选实施例调节VCSEL分区光源和衍射光学元件之间的距离后，部分目标光场与串扰光场在目标表面上的视觉效果。
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"、"竖直"、"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实施例进行说明，应当理解，此处所描述的实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明的优选实施例应用于分区匀光投射系统100，分区匀光投射系统100包括衍射光学元件10和分区光源20，其中分区光源20包括多个光源阵列(参考图2)，多个光源阵列沿第一方向具有间隔。衍射光学元件10设置在分区光源20的光路下游，可接收多个光源阵列发射出的光束并在目标表面OB上投射出均匀的光场。d为分区光源20到衍射光学元件10之间的距离，z为衍射光学元件10到目标平面OB之间的距离(即工作距离)，其中工作距离z为系统参数。
如图2所示，本发明的优选实施例优选采用垂直腔面发射激光器(VCSEL)分区光源20，VCSEL分区光源20包括多个光源阵列20-1、20-2、…、20-n，其中例如由于工艺的限制，相邻的光源阵列之间具有间隔，在第一方向(图中的水平方向)上光源阵列之间具有一定的间隔DS。
如图2所示，在每个光源阵列内部每个白点都代表一个VCSEL发光点，相邻的VCSEL发光点之间的间隔较小，而相邻光源阵列之间的间隔DS通常较大，大于同一个光源阵列内VCSEL发光点之间的距离。为了配合DTOF传感器的工作，需要实现目标光场的分区匀光照明，即VCSEL分区光源的每个光源阵列可以被分别点亮，每个光源阵列被点亮时仅匀光照亮目标光场的与该光源阵列相对应的部分目标光场，并且需要保证在所有光源阵列都被点亮时整个目标光场的匀光照明。
图3A示出了DTOF传感器所需的匀光光场。将图3A所示的匀光光场，按照VCSEL分区光源20的多个光源阵列的投射区域进行划分，划分为如图3B所示的多个条形光场。VCSEL分区光源20的每个光源阵列单独点亮时，匀光照亮其对应的一个条形光场；所有光源阵列都被点亮时，多个条形光场拼接，形成衍射光学元件的目标光场。
如图4所示，衍射光学元件10具有多个分区，图中标号相同的多个微结构图案单元构成一个DOE分区，如标号为“1”的多个微结构图案单元构成一个DOE分区……标号为“6”的多个微结构图案单元构成一个DOE分区……标号为“n”的多个微结构图案单元构成一个DOE分区。每个DOE分区对应图2所示的VCSEL分区光源20的一个光源阵列，如标号为“1”的多个微结构图案单元构成一个DOE分区，对应VCSEL分区光源20的一个光源阵列20-1……标号为“6”的多个微结构图案单元构成一个DOE分区，对应VCSEL分区光源20的一个光源阵列20-6……标号为“n”的多个微结构图案单元构成一个DOE分区，对应VCSEL分区光源20的一个光源阵列20-n。每一个DOE分区对应图2中所示的VCSEL分区光源的一个光源阵列，并对应该光源阵列投射出的目标光场中的部分光场。
实际工作过程中，VCSEL分区光源20与衍射光学元件10具有一定的距离d，单点光源照射到衍射光学元件10上，形成为一个半径为r的圆。如图4所示，VCSEL分区光源中的单点光源产生的单点光斑尺寸会大于衍射光学元件的微结构图案单元的尺寸，则单点光源照射在衍射光学元件10上时，其发出的光在入射与其光源分区相对应的DOE分区的同时还会覆盖到与该DOE分区相临的其它DOE分区上，从而造成串扰。
如图4中所示，单点光源正照射在标号为6的微结构图案单元上，但同时偏心照射在标号为5、标号为7的微结构图案单元上。标号为6的微结构图案单元对应图2中VCSEL分区光源20的光源阵列20-6，标号为5、标号为7的微结构图案单元分别对应的VCSEL分区光源20的光源阵列20-5、20-7。即标号为6的微结构图案单元的相位分布，根据光源阵列20-6以及对应的条形光场进行设计，标号为5、标号为7的微结构图案单元的相位分布，分别根据光源阵列20-5、20-7以及对应的条形光场进行设计。因此，VCSEL分区光源20的光源阵列20-6正照射在标号为6的微结构图案单元上，投射出部分目标光场，而偏心照射在标号为5、7的微结构图案单元上，投射出串扰光场，如图7A、图7B所示，串扰光场T2位于部分目标光场S1附近，串扰光场T1位于部分目标光场S2附近，串扰光场对目标光场造成了干扰。
根据本发明的一个优选实施例，如图5所示，本发明提供一种针对分区匀光照明系统的消除串扰的方法30，包括步骤S301和步骤S302。其中分区匀光照明系统100包括如上文所述的具有多个光源阵列的VCSEL分区光源20和具有与该多个光源阵列分别相对应的多个DOE分区的衍射光学元件10。
参考图6，首先考虑VCSEL分区光源20具有两个光源阵列20-1、20-2的情况，设两个光源阵列的中心间距为L1，衍射光学元件10与VCSEL分区光源20之间的距离为d，按照上文所述的划分方法，对应地将衍射光学元件划分为两个DOE分区，如图中所示的DOE1和DOE2。
衍射光学元件10的工作距离为z，衍射光学元件10的分区DOE1针对VCSEL分区光源20的光源阵列20-1进行相位分布的设计，并在距离z处形成光场S1；衍射光学元件10的分区DOE2针对VCSEL分区光源20的光源阵列20-2进行相位分布的设计，并在距离z处形成光场S2。
在衍射光学元件10进行投射的工作过程中，工作区域与投射光场区域的相对位置关系符合透镜原理。按照图6中所示的位置关系，VCSEL分区光源20的光源阵列20-1位于光源阵列20-2的上方，衍射光学元件10的分区DOE1对应光源阵列20-1、分区DOE2对应光源阵列20-2，DOE1位于DOE2的上方，则光源阵列20-1照射在分区DOE1上产生的光场S1，位于光源阵列20-2照射在分区DOE2上产生的光场S2之下。
当控制VCSEL分区光源20到衍射光学元件10之间的距离d，使得光源阵列20-1或光源阵列20-2的所有单点光源分别仅照射到分区DOE1或分区DOE2的微结构图案单元上，此时不会有串扰产生，但这种情况下距离d非常小，且衍射光学元件10的有效区域非常小，在衍射光学元件10的像素大小一定的情况下，像素个数会减少，从而导致了对光场的调制能力下降，目标光场的散斑严重，目标光场呈现不均匀的视觉效果，影响使用。增大VCSEL分区光源20到衍射光学元件10之间的距离d，使得VCSEL分区光源20照射到更大的有效区域上，从而消弱散斑、匀化光场，但此时光源阵列20-1的单点光源会照射到分区DOE2上从而形成光场T2，光源阵列20-2的单点光源会照射到分区DOE1上从而形成光场T1(未示出)，因此会产生串扰。
串扰光场T2偏离部分目标光场S2的距离L2与VCSEL分区光源20的光源阵列20-1、20-2之间的距离L1、VCSEL分区光源20到衍射光学元件10的距离d和串扰光场T2的视场角或者位置相关，可计算得出。欲消除串扰，应调控这些参数使得串扰光场T2与部分目标光场S1尽可能地重合。而这些参数中距离d可在衍射光学元件10进行装配时精准地控制和调节，因此在设计时可以通过优化距离d来使得各区块之间的串扰最小。控制串扰光场T2与部分目标光场S1大致重合，可以通过使部分目标光场S1中的特定点与串扰光场T2中的相对应的点重合来完成。
根据本发明的一个优选实施例，针对分区匀光照明系统100的消除串扰的方法30，包括：
在步骤S301中，确定目标光场的特定点以及串扰光场与该特定点相对应的点。
优选地，可以取几个特殊的点，例如，部分目标光场S1竖直方向上最上方的点、竖直方向上的中心点、以及竖直方向上最下方的点；并确定串扰光场T2中与这些特定点相对应的点，即串扰光场T2的竖直方向上最上方的点、竖直方向上的中心点、以及竖直方向上最下方的点。
在步骤S102中，确定VCSEL分区光源20与衍射光学元件10之间的距离d，使得部分目标光场中的特定点与串扰光场的相对应的点在目标表面上重合。
即计算部分目标光场S1中的特定点与串扰光场T2中相对应的点的距离及相关变量，通过调节相关变量，使得目标光场S1中的特定点与串扰光场T2中相对应的点重合。
首先，如图6所示，串扰光场T2由VCSEL分区光源20的光源阵列20-1偏心照射在衍射光学元件10的分区DOE2上投射形成，而光源阵列20-2正照射在分区DOE2上投射形成部分目标光场S2。因此，串扰光场T2相当于光源阵列移动L1的距离后投射出的光场，可以计算部分目标光场S2中的特定点到串扰光场T2中相应的点的距离L2，即根据光源阵列移动距离L1、VCSEL分区光源20到衍射光学元件10的距离d和串扰光场T2的视场角计算得到该特定点的移动距离L2。而部分目标光场S2中的特定点与部分目标光场S1中的该特定点的距离易于得出。部分目标光场，即条形光场的宽度确定的情况下，部分目标光场S2中的特定点与部分目标光场S1中的该特定点的距离等于条形光场的宽度。
设VCSEL分区光源20的光源阵列20-2照射在衍射光学元件10的分区DOE2上产生的部分目标光场S2中的一特定点，不妨设该特定点的坐标为(x，y)。VCSEL分区光源20的光源阵列20-1偏心照射在衍射光学元件10的分区DOE2上产生的串扰光场T2中相对应的点的坐标为(x′，y′)。设部分目标光场S2中的该特定点与串扰光场T2中相对应的点的距离表达式为：L2(L2,X，L2,Y)，其中L2,X为x方向上的距离，L2,Y为y方向上的距离，则
L2,x＝x′-x,L2,y＝y′-y (1)
分区匀光照明系统100的系统放大倍率为：
Figure BDA0003126394320000101
其中d为VCSEL分区光源20到衍射光学元件10的距离，z为衍射光学元件10到目标表面的距离，即工作距离。VCSEL分区光源20的光源阵列20-1偏心照射在衍射光学元件10的分区DOE2上，相当于衍射光学元件10的分区DOE2对应的光源阵列20-2向光源阵列20-1的方向进行了移动。设光源移动距离为(L1,x，L1,y)，其中L1,X为x方向上移动的距离，L1,Y为y方向上移动的距离。
部分目标光场S2上的点(x，y)在平面坐标系下的视场角θ为：
Figure BDA0003126394320000102
Figure BDA0003126394320000103
根据系统放大倍率α，计算串扰光场T2上相对应的点在球面坐标系下的坐标(x1，y1)及其视场角θ1：
x1＝x cosθ+αL1,x,
y1＝y cosθ+αL1,y
Figure BDA0003126394320000104
Figure BDA0003126394320000105
再将球面坐标系下的该点坐标转换到平面坐标系：
x′＝x1/cosθ1,y′＝y1/cosθ1
代入(1)式得出
Figure BDA0003126394320000106
Figure BDA0003126394320000107
将L2(L2,X，L2,Y)对应转换成部分目标光场S1上的该特定点与串扰光场T2上相对应的点的距离，通过调节d值，使上述两点重合，由此可以计算得到VCSEL分区光源20到衍射光学元件10的距离d。
VCSEL分区光源20的两个光源阵列20-1、20-2在图中沿竖直方向排列，相应的，衍射光学元件10的两个DOE分区DOE1、DOE2也沿图中的竖直方向排列，投射出的条形光场S1、S2沿图中的竖直方向排列，且部分目标光场S1位于部分目标光场S2之下，串扰光场T2与部分目标光场S1部分重合，位于部分目标光场S1之下。如图7A所示，实际工作过程中，VCSEL分区光源20的两个光源阵列20-1、20-2通常沿水平方向排列(例如从右至左排列)，相应的，衍射光学元件10的两个DOE分区DOE1、DOE2也沿水平方向排列，投射出的条形光场S1、S2沿水平方向排列，且部分目标光场S1位于部分目标光场S2之右侧，串扰光场T2与部分目标光场S1部分重合，位于部分目标光场S1之右侧。
其中，由于串扰光场T2为光源阵列20-1偏心投射所形成的光场，其光场区域比通过光源阵列中心投射所形成的光场S1稍大，因此要使不同的特定点重合，可以计算的出不同的d值。
根据本发明的一个优选实施例，本发明所提供的分区匀光照明系统消除串扰的方法30进一步包括：
重复上述步骤S301和S302，确定所述目标光场的多个特定点以及相对应的多个距离d；
根据所述多个距离d确定预设距离区间，在所述预设距离区间内调节衍射光学元件到所述光源的距离，使得所述串扰光场与所述目标光场基本上相重合。即可以通过上述计算得到的d值的最小值和最大值，在最小值和最大值的区间内进行取值。
根据本发明的一个优选实施例，本发明所提供的分区匀光照明系统消除串扰的方法30进一步包括：
对于光源分区偏心照射与对应的DOE分区相邻的多个DOE分区而在目标表面上投射出的多个串扰光场，重复所述步骤S101和S102，确定所述目标光场的特定点以及相对应的多个距离；
根据所述多个距离确定预设距离区间，在所述预设距离区间内调节所述衍射光学元件到所述光源的距离，使得所述串扰光场与所述目标光场基本上相重合。
前述优选实施例仅讨论了两个DOE分区之间发生串扰的情况，更多DOE分区之间发生串扰的情况，可以以此类推计算出不同的d值，并确定d值的区间。
根据本发明的一个优选实施例，对于同一DOE分区上不同的特定点分别计算d值，和/或根据多个DOE分区上不同的特定点分别计算d值，得到d值的集合，通过仿真软件，仿真得到目标光场的实际效果图，以仿真光场的实际效果作为选取d值区间的参照。
根据本发明的一个优选实施例，其中所述目标光场的特定点包括：目标光场竖直方向上上边缘的点、目标光场竖直方向上下边缘的点、目标光场竖直方向上的中心点中的一个或多个。上述优选实施例中的取点的方式直观地说明了计算d值的方法，然而对于部分目标光场上任意的点，及其相对应的串扰光场上的点，均可用来计算d值，并通过仿真计算得到最佳的目标光场效果。这些都在本发明的保护范围之内。
根据本发明的一个优选实施例，目标光场为16°x60°的均匀光场，VCSEL分区光源具有两个光源阵列，光场一分为二分区点亮，每个光场范围8°x60。VCSEL子光源波长940nm，发散角20°，工作距离z为1000mm。未进行消除串扰处理时，VCSEL分区光源20到衍射光学元件10之间的距离d＝1mm，光场的仿真效果如图7A、图7B所示；根据计算，将距离d调节为1.43mm，得到的光场仿真效果如图8A、图8B所示。
根据本发明的一个优选实施例，其中所述衍射光学元件的DOE分区包括微结构面，所述微结构面上包括至少一个微结构图案单元，所述微结构图案单元根据与所述DOE分区相对应的光源分区的光源参数，以及对应投射出的目标光场进行设计。
根据本发明的一个优选实施例，其中所述多个目标光场为条形光场，拼接后形成匀光照明光场。
根据本发明的一个优选实施例，由于衍射光学元件在进行大视场投射的情况下会产生枕形的畸变，可以根据每个光源阵列所投射出的光场在整体目标光场上所处的视场区域，对与该光源阵列相对应的微结构图案单元进行枕形畸变的预校正。
本发明还提供一种匀光照明系统，使用如上文所述的方法消除串扰。该匀光照明系统及条形光场拼接成为的目标光场，均在上文中详细介绍，在此不再赘述。
本发明还提供一种电子设备，包括如上文所述的匀光照明系统。
本发明的优选实施例提供了一种分区匀光照明系统消除串扰的方法，通过调节VCSEL分区光源和衍射光学元件之间的距离，使得部分目标光场中的特定点和串扰光场中相对应的点相重合，并通过多点计算、多分区计算的方式获得VCSEL分区光源和衍射光学元件之间距离的调节区间，再通过仿真软件获得该调节区间内的最佳光场效果。本发明的优选实施例通过装配衍射光学元件时进行精准地控制和调节，减弱了目标光场的串扰，可投射出清晰的大视场角匀光光场。将本发明所提供的方法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。
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 (8)

1.一种分区匀光照明系统消除串扰的方法，其中所述分区匀光照明系统包括具有多个光源分区的光源和具有与多个所述光源分区分别相对应的多个DOE分区的衍射光学元件，光源分区照射对应的DOE分区而在目标表面上投射出目标光场，光源分区偏心照射与对应的DOE分区相邻的DOE分区而在目标表面上投射出串扰光场，所述消除串扰的方法包括：
S101：确定目标光场的特定点以及串扰光场与所述特定点相对应的点；和
S102：确定所述衍射光学元件与所述光源之间的距离，使得所述目标光场的特定点与所述串扰光场的相对应的点在目标表面上重合。
2.如权利要求1所述的消除串扰的方法，其中所述目标光场的特定点包括：目标光场竖直方向上上边缘的点、目标光场竖直方向上下边缘的点、目标光场竖直方向上的中心点中的一个或多个。
3.如权利要求1或2所述的消除串扰的方法，还包括：
重复所述步骤S101和S102，确定所述目标光场的多个特定点以及相对应的多个距离；
根据所述多个距离确定预设距离区间，在所述预设距离区间内调节所述衍射光学元件到所述光源的距离，使得所述串扰光场与所述目标光场基本上相重合。
4.如权利要求1或2所述的消除串扰的方法，还包括：
对于光源分区偏心照射与对应的DOE分区相邻的多个DOE分区而在目标表面上投射出的多个串扰光场，重复所述步骤S101和S102，确定所述目标光场的特定点以及相对应的多个距离；
根据所述多个距离确定预设距离区间，在所述预设距离区间内调节所述衍射光学元件到所述光源的距离，使得所述串扰光场与所述目标光场基本上相重合。
5.如权利要求1或2所述的消除串扰的方法，其中所述衍射光学元件的DOE分区包括微结构面，所述微结构面上包括至少一个微结构图案单元，所述微结构图案单元根据与所述DOE分区相对应的光源分区的光源参数，以及对应投射出的目标光场进行设计。
6.如权利要求1或2所述的消除串扰的方法，其中所述多个目标光场为条形光场，拼接后形成匀光照明光场。
7.一种匀光照明系统，使用如权利要求1-6中任一项所述的方法消除串扰。
8.一种电子设备，包括如权利要求7所述的匀光照明系统。
CN202110690242.8A 2021-06-22 2021-06-22 分区匀光照明系统消除串扰的方法及匀光照明系统 Pending CN115509019A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110690242.8A CN115509019A (zh) 2021-06-22 2021-06-22 分区匀光照明系统消除串扰的方法及匀光照明系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110690242.8A CN115509019A (zh) 2021-06-22 2021-06-22 分区匀光照明系统消除串扰的方法及匀光照明系统

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN115509019A true CN115509019A (zh) 2022-12-23

Family

ID=84499630

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110690242.8A Pending CN115509019A (zh) 2021-06-22 2021-06-22 分区匀光照明系统消除串扰的方法及匀光照明系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115509019A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024140487A1 (zh) * 2022-12-27 2024-07-04 同方威视技术股份有限公司 用于确定照明装置的安装位置的方法、装置及补光设备

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111366906A (zh) * 2020-02-01 2020-07-03 上海鲲游光电科技有限公司 投射装置和分区tof装置及其制造方法和电子设备
JP2020106771A (ja) * 2018-12-28 2020-07-09 Ｓｃｉｖａｘ株式会社 回折光学素子およびこれを用いた光学系装置
CN111913304A (zh) * 2020-06-12 2020-11-10 嘉兴驭光光电科技有限公司 分区匀光照明光学系统、分区匀光照明投射系统及电子设备

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020106771A (ja) * 2018-12-28 2020-07-09 Ｓｃｉｖａｘ株式会社 回折光学素子およびこれを用いた光学系装置
CN111366906A (zh) * 2020-02-01 2020-07-03 上海鲲游光电科技有限公司 投射装置和分区tof装置及其制造方法和电子设备
CN111913304A (zh) * 2020-06-12 2020-11-10 嘉兴驭光光电科技有限公司 分区匀光照明光学系统、分区匀光照明投射系统及电子设备

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024140487A1 (zh) * 2022-12-27 2024-07-04 同方威视技术股份有限公司 用于确定照明装置的安装位置的方法、装置及补光设备

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100565076B1 (ko) 레이저 반점을 제거한 조명계 및 이를 채용한 프로젝션시스템
KR100644644B1 (ko) 레이저 반점을 제거한 조명계 및 이를 채용한 1 패널식프로젝션 시스템
CN111580204A (zh) 衍射光学元件、分区匀光投射系统、电子设备及设计方法
CN111913304A (zh) 分区匀光照明光学系统、分区匀光照明投射系统及电子设备
CN113467077B (zh) 衍射光学元件的设计方法以及分区匀光照明系统
KR20210027402A (ko) 복수의 마이크로 광학계로 구성되는 투영 장치, 및 자동차 헤드램프용 광 모듈
KR20080005156A (ko) 광 조사 장치
CN115509019A (zh) 分区匀光照明系统消除串扰的方法及匀光照明系统
US20130265560A1 (en) EUV Lithography System
JP2017034126A (ja) インプリント方法
EP2644965B1 (en) Surface lighting device and backlight device
KR101144092B1 (ko) 패턴 형성 장치
CN113156743A (zh) 红外3d探测发射端模组及深度相机
CN113614604B (zh) 光源装置、检测装置和电子设备
EP3938830A1 (en) Light source device, detection device, and electronic apparatus
JP2019139142A (ja) 露光装置及び露光方法
US20230092042A1 (en) Diffractive optical element, partitioned uniform light projection system, electronic device and design method
EP2644966B1 (en) Surface lighting device and backlight device
TW200947139A (en) Maskless exposure device
CN101711376A (zh) 脉冲源的多路复用
JP2014092707A (ja) 露光装置
US20030117604A1 (en) Projection aligner
CN213843575U (zh) 衍射光学元件、分区匀光投射系统、电子设备
CN110824652B (zh) 一种结构光投射模组组装方法
CN114509879B (zh) 一种用于3d测量的动态光栅图案产生方法与系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination