TW202024725A - 包括多個區域的光學元件 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示了一種光學元件，包括具有表面的主體，其中表面具有以鑲嵌方式週期性排列的多個區域，並且其中多個區域中的每個區域具有隨機空間分佈的微結構。還揭露了一種光學系統，包括光源；以及光學元件。還揭露了製造並使用光學元件和光學系統的方法。

Description

包括多個區域的光學元件
本發明涉及一種光學元件，該光學元件包括具有表面的主體，其中該表面具有以鑲嵌方式（in a tessellation）週期性排列的多個區域，並且其中多個區域中的每個區域具有隨機空間分佈的微結構。一種光學系統包括光源；和光學元件。還揭露了製造並使用光學元件和光學系統的方法。
在涉及3D掃描和手勢識別的應用中，人們利用光學部件（通常與波長在大約700 nm至大約1000 nm範圍中的雷射相聯合）在被探測的場景上投射光圖案。光圖案取決於探測技術，並且可以採取各種形式，諸如點、線、條紋、棋盤格等的週期性網格。
當前用於投射光圖案的技術依賴於一個或多個繞射光學元件來產生繞射階數的特定分佈。繞射光學元件（DOE）自然適合於產生光圖案（諸如繞射圖案）的任務。DOE可以被描述為薄表面結構（通常是一個光波長），DOE可以通過干涉和/或繞射產生光圖案。因此，從DOE輸出的光錐由其最小特徵來定義，該最小特徵與其成反比。也就是說，擴展角越大，需要的特徵越小。然而，DOE對設計波長的偏差或製造誤差極其敏感，其主要結果在於零階繞射比其他繞射階數強得多，這造成了在3D感測應用中不能容忍的眼睛安全問題。
例如，第8,630,039號美國專利描述了產生光斑圖案（spot pattern）的DOE。隨機光斑圖案通常需要覆蓋較寬的角範圍，以便能夠捕捉場景的大部分。為了照亮廣角場景，DOE需要具有非常小特徵的圖案。例如，為了用波長為850 nm的雷射覆蓋60度範圍，需要最小特徵為1.7 μm的DOE。更寬的角範圍甚至需要更小的特徵。為了獲得最大效率，DOE需要被設計且製造為灰度、連續的相位剖面（phase profile）。但是，產生具有如此小特徵的灰度DOE可能是具有挑戰性的。相反，通常用具有效率為至多80%的二元相位剖面來產生灰度DOE。剩餘的能量耗費在主光圖案之外的更高繞射階數上。諸如第8,630,039號美國專利中公開的多個DOE的使用有助於解決零階繞射。然而，多個DOE的使用具有複合效應，並且實際效率約為50%至60%。
在一方面，揭露了一種光學元件，該光學元件包括具有表面的主體，其中該表面具有以鑲嵌方式週期性排列的多個區域，並且其中多個區域中的每個區域具有隨機空間分佈的微結構。
在另一方面，還揭露了一種光學系統，該光學系統包括：光源；以及包括具有表面的主體的光學元件，其中該表面具有以鑲嵌方式週期性排列的多個區域，並且其中多個區域中的每個區域具有隨機空間分佈的微結構。
在另一方面，還揭露了一種使用光學系統的方法，該方法包括：將來自光源的輸入光束投射到光學元件，其中該光學元件包括具有表面的主體，其中該表面具有以鑲嵌方式週期性排列的多個區域，並且其中多個區域中的每個區域具有隨機空間分佈的微結構；以及將輸入光束成形為目標圖案。
各個實施例的另外的特徵和優點將在以下的描述中被部分地闡述，並且從描述中將是部分地明顯的或者可以通過實踐各個實施例而得知。各個實施例的目的和其他優點將通過在本文的描述中特別指出的元件和組合來被實現並獲得。
應理解，前述的一般性描述和下面的詳細描述僅是示例性的和解釋性的，並且意圖提供對本教導的各種實施例的解釋。
因此，本發明的目標是提供一種改進的光學元件，該光學元件可以包括具有表面的主體，其中該表面具有以鑲嵌方式週期性排列的多個區域，並且其中多個區域中的每個區域具有隨機空間分佈的微結構。光學系統可以包括光源2和光學元件10。
光學元件可以接收來自光源2（諸如雷射）的輸入光束5。光學元件可以將輸入光束5投射為目標圖案7、9（諸如隨機分佈的光斑）。光學元件可以表現出幾個特性，諸如高效率地投射輸入光束5，和/或在零階繞射中沒有更高強度的情況下投射具有斑點的目標圖案7、9。一方面，光學元件可以將輸入光束5投射為目標圖案7、9，該目標圖案7、9具有不會隨著光源2相對於光學元件的任何移動而改變的斑點。
圖1示出了根據本發明的一方面的光學元件10，該光學元件10包括主體11，該主體11具有表面12，諸如第一表面12a和第二表面12b。圖7示出了根據本發明的另一方面的光學系統100，該光學系統100包括與第二光學元件10b串聯的第一光學元件10a。可以類似地描述第一光學元件10a和第二光學元件10b中的每一個。例如，第一光學元件10a可以包括具有表面12（諸如，第一表面12a和第二表面12b）的第一主體11a；並且第二光學元件10b可以包括具有表面12（例如第一表面12a和第二表面12b）的第二主體11b。為簡單起見，除非另有說明，否則本文中關於光學元件（10、10a和10b）、主體（11、11a和11b）和表面（12、12a和12b）的揭示內容同樣適用於每個相應的部件。
光學元件10的主體11可以包括光學材料。適合用作主體11的光學材料的非限制性示例包括玻璃或塑膠，諸如UV固化聚合物、聚碳酸酯、丙烯酸、熔融石英、矽或其變體（諸如非晶矽）。也可以使用其他光學材料。此外，主體11可以包括單一光學材料或以多個層黏合在一起的多種光學材料，該多個層可以包括用於機械支撐的基底和諸如用於抗反射塗層的其他層或用於其它目的的其它層，諸如ITO和金屬塗層。
光學元件10的主體11可以包括表面12，諸如第一表面12a和第二表面12b。第一表面12a可以與第二表面12b相對地定向。一方面，光學元件10可以包括任意數量的表面12，例如，一個表面、兩個表面、三個表面等。光學元件10的表面12的數量可以取決於光學元件10的形狀。
主體11的表面12（諸如，第一表面12a和/或第二表面12b）可以具有以鑲嵌方式週期性排列的多個區域22。多個區域22的每個區域20可以具有外部幾何邊界，該外部幾何邊界可以鄰接（沒有間隙地鄰接）多個區域22的相鄰區域的外部邊界。如圖2A所示，多個區域22是週期性地排列的，例如以3×3陣列排列。如圖2B所示，每個區域20（諸如由A、B、C和D指示的）可以在多個區域22的兩個正交維度中以重複序列排列。圖2C示出了以棋盤格排列的由不同圖案指示的兩個區域。
多個區域20中的每個區域22的外部幾何邊界可以是任何多邊形形狀，例如三角形、正方形、矩形、五邊形、六邊形、七邊形、八邊形等。一方面，多個區域中的每個區域可以具有相同的外部幾何邊界。如圖2A所示，每個區域20可以具有正方形形狀，並且多個區域22也可以同樣以正方形形狀以鑲嵌方式形成週期性排列。一方面，外部幾何邊界可以是任意形狀。每個區域20可以包括隨機空間分佈的微結構，諸如鞍形微結構。如圖3所示，每個區域20可以具有六邊形形狀，並且多個區域22可以以任意形狀以鑲嵌方式形成週期性排列。在示例中，每個區域20可以包括鞍形微結構的隨機空間分佈。
一方面，多個區域22中的兩個或更多個區域20可以在鑲嵌中具有不同的外部幾何邊界。如圖4所示，多個區域22中的第一區域20a具有六邊形的外部幾何邊界。多個區域22中的第二區域20b具有細長菱形的外部幾何邊界。多個區域22包括第一區域20a和第二區域20b，其中第一區域和第二區域的外部幾何邊界不同。圖5示出了多個區域22，其中第一區域20a具有五邊形的外部幾何邊界。多個區域22中的第二區域20b具有六邊形的外部幾何邊界。
如圖2至圖3所示，鑲嵌可以是簡單的，例如包括多個區域22中的每個區域20具有相同外部幾何邊界。一方面，如圖4至圖6所示，鑲嵌可以是複雜的，例如，多個區域22的兩個或更多個區域20（20a、20b、20c、20d）可以具有不同的外部幾何邊界。如圖6所示，多個區域22包括具有五邊形外部幾何邊界的第一區域20a、具有六邊形外部幾何邊界的第二區域20b、具有細長菱形外部幾何邊界的第三區域20c和具有任意形狀（諸如星形）外部幾何邊界的第四區域20d。
在多個區域22中可以使用任意數量的區域20。附加地或替代地，多個區域22中的每個區域20可以具有相同或不同的隨機空間分佈的微結構。多個區域22中的區域20可以以週期性排列的方式被放置，以對於目標圖案7、9中的最佳對比度形成鑲嵌。
每個區域20可以具有彼此不同的隨機空間分佈。為了清楚起見，每個區域20可以由區域20內的隨機空間分佈的微結構形成。微結構的隨機分佈可以基於區域的尺寸、微結構的尺寸、其他變數及其組合。每個區域20內的隨機空間分佈的微結構可以最小化目標圖案7、9中的週期性偽影（artifact），並且可以在目標圖案7、9中產生隨機光斑分佈。
再次參考圖1，光學元件10可以包括具有第一表面12a的主體11，該第一表面12a具有以鑲嵌方式（諸如第一鑲嵌）週期性排列的多個區域22。主體11可以包括第二表面12b，該第二表面12b具有以鑲嵌方式（諸如第二鑲嵌）週期性排列的多個區域22，該第二鑲嵌與第一表面12a的第一鑲嵌相同或不同。
再次參考圖7，揭露了一種光學系統100。光學系統100可以包括光源2；和光學元件10a、10b。如圖7所示，光學元件10a可以包括第一主體11a，並且光學元件10b可以包括第二主體11b。第一主體11a和第二主體11b中的每一個都可以如上關於圖1中的光學元件10所述。例如，第一主體11a可以具有表面12a，該表面12a具有以鑲嵌方式（諸如第一鑲嵌）週期性排列的多個區域22，並且其中多個區域22中的每個區域20具有隨機空間分佈的微結構。作為另一個示例，第二主體11b可以具有表面12b，該表面12b具有以鑲嵌方式（諸如第二鑲嵌）週期性排列的多個區域22，並且其中多個區域22中的每個區域20具有隨機空間分佈的微結構。以這種方式，第一主體11a可以從光源2接收輸入光束5，並且可以基於第一鑲嵌輸出目標圖案7。第二主體11b可以接收目標圖案7，並且可以基於第二鑲嵌輸出第二目標圖案9。
在單個主體11上的兩個表面12a、12b（圖1）或者第一主體11a上的第一表面12a和第二主體11b上的第二表面12b（圖7）的情況下，可以擴展目標圖案7、9的角範圍。在這種情況下，表面12a、12b之一可以採取微透鏡陣列的形式。
再次參考圖2A，虛線正方形示出了多個區域22中的區域20，其中每個區域20具有隨機空間分佈的微結構。一方面，多個區域22中的每個區域20具有相同隨機空間分佈的微結構。另一方面，多個區域22中的兩個或更多個區域具有不同隨機空間分佈的微結構。如圖7所示，隨機空間分佈的微結構可以將來自光源2（諸如，同調光源）的輸入光束5成形為目標圖案7、9。微結構可以通過多種方法形成，例如，如第6,410,213號美國專利中所述的諸如微複製、熱壓印、注射成型、反應離子蝕刻或離子束銑削或單點雷射寫入。
微結構可以用分析的或數值的形式來定義。例如，微結構可以採取具有曲率半徑、圓錐常數以及可能的非球面係數的透鏡的形狀。A. Betzold、G. M. Morris和T. R. M. Sales在Frontiers in Optics 2016 , OSA Technical Digest（Optical Society of America, 2016），論文FTu5A.4中的出版物“Efficient Structured Light Generator”中公開了一種基於圓錐剖面的微透鏡，即基本上由曲率半徑和圓錐常數描述。然而，如Sales的第7,813,054號美國專利（其通過引用併入本文）中所述，已經發現鞍形透鏡或微結構（他們本身或與圓錐透鏡結合）的使用由於其生成均勻光斑圖案的能力而提供了進一步的改進。每個區域20的微結構可以包括鞍形。除了鞍形的微結構之外，每個區域20中可以使用其他微結構。
鞍形微結構可以具有如下定義的垂度函數（sag function）：
Figure 02_image001
，  （1） 其中，在最簡單的情況下，其中α 是實常數，Rx 和Ry 表示曲率半徑，並且κx 和κy 是圓錐常數，
Figure 02_image003
是實數。微結構還可以定義如下：
Figure 02_image005
，（2）其中再次地，α 是實常數。由於它們的視覺外觀，通過等式（1）和（2）描述的微結構是鞍形透鏡。
圖8示出了微結構的等值線圖，其中外部幾何邊界是圓形、正方形、六邊形和五邊形。外部幾何邊界可以通過函數和一般邊界函數進行數學定義，一般邊界函數包括不規則邊界、多邊形邊界和任意形狀邊界。圖9中示出了如通過等式（1）和（2）描述的鞍形微結構以及它們與正方形邊界的組合的等值線圖。在第7,813,054號美國專利中描述了鞍形微結構的其他相關特性，該專利的公開內容據此通過引用併入。
如上所討論，光學系統100可以生成具有光斑的隨機分佈的目標圖案7、9。光學系統100還可以包括其他部件，諸如用於場景掃描和深度剖析的感測器和電腦演算法。
目標圖案7、9可以是根據多個區域中的每個區域20中微結構的隨機空間分佈的光斑的隨機分佈。微結構的隨機空間分佈可以將來自光源2的輸入光束5成形為具有斑點的目標圖案7、9。光斑的隨機分佈可以在指定的角範圍內，並且在兩個垂直方向上相同或不同。在沒有零階繞射的更高強度和相對於照明運動的固定斑點的情況下，光斑的這種隨機分佈可用於在3D感測應用中提供結構化光。
一方面，限定在鑲嵌中每個區域20的週期性排列的週期可以小於輸入光束5的尺寸，以便增加目標圖案7、9的對比度，並固定目標圖案7、9中的任何斑點，使其不會隨著輸入光束5相對於光學元件10的任何移動而變化。
可以創建目標圖案7、9，由此零階繞射在強度方面與光斑的隨機分佈中的其他感興趣的繞射階數不可區分。零階繞射強度可以提供與光斑的隨機分佈中任何其它光斑相同的能量含量。以此方式，可以消除與眼睛安全相關的任何問題。另外，通常可以使用單個表面圖案來產生目標圖案7、9，這確保了高效率。串聯使用的多個光學元件10a、10b（諸如，圖7的光學系統中所示）可以用於其他原因，諸如將有效輸入光束5的範圍增加到超過現有製造方法可以製造的範圍。在這種情況下，光學元件10a、10b之一可以是簡單的微透鏡陣列。
多個區域22中的每個區域20可以通過光柵方程式（對於垂直入射）確定兩個光斑之間的角間距：
Figure 02_image007
，                      （3） 其中，θm 是m 階的繞射角，λ 是輸入光束的波長，並且Λ是光柵週期。整體鑲嵌幾何形狀可以具有與微結構的隨機空間分佈的直接相關性。例如，正方形陣列鑲嵌（參見例如圖2A至圖2C）在正方形網格上產生繞射階數。類似地，六邊形網格鑲嵌（參見例如圖3）在六邊形網格上產生階數。角間距取決於光柵週期，光柵週期沿不同方向可以相同或不同。微結構的隨機空間分佈可以根據多個區域22中每個區域20的週期性排列產生複雜的隨機光斑分佈，以產生鑲嵌。鑲嵌幾何形狀可以確定光斑幾何形狀，而多個區域22中的每個區域20確定不同繞射階數中的功率分佈。換句話說，每個區域20內的微結構具有繞射階數，繞射階數通過“開啟或關閉”產生隨機光斑圖案。
一種製造光學元件的方法可以包括選擇多個區域22的週期性排列以形成鑲嵌。該方法還包括在多個區域22內分配每個區域20以形成光柵週期。該方法還包括在每個區域20內隨機空間分佈微結構以形成多個區域。一方面，每個區域內的微結構可以單獨包括鞍形微結構，或者與其他形狀的微結構一起包括。
諸如第7,813,054號美國專利中描述的微結構在單獨使用時可以產生隨機斑點圖案。換句話說，當從光源2（諸如雷射）接收輸入光束5時，微結構的區域20可以產生具有斑點和低解析度的目標圖案7、9。根據接收輸入光束5的每個區域20的特定位置，斑點圖案可以變化。
在光源2相對於微結構移動的情況下，形成鑲嵌的多個區域22的週期性排列可以抑制具有斑點的目標圖案7、9的移動。在這種情況下，可以說目標圖案7、9被凍結在適當的位置。此外，多個區域22的週期性排列可以導致目標圖案7、9的對比度增加，這使得其對於3D感測應用是有用的。圖10中示出了當被光源2（諸如波長為633 nm的雷射）照射時來自目標圖案7、9的圖片，該目標圖案具有來自光學元件10的實際實現的斑點。
每個區域20內的微結構可以具有特定的焦距。一方面，無論是串聯使用兩個光學元件10a、10b（圖11）還是使用單個光學元件10（圖12），第一表面12a上的焦距都可以匹配第二表面12b上的焦距。由於鏡面對稱，當緊靠彼此放置時，一個光學元件10中的每個微結構面對另一個微結構中的它的鏡像。
還揭露了一種使用光學系統100的方法，該方法包括：將來自光源2的輸入光束5投射到光學元件10，其中該光學元件10包括具有表面12的主體11，其中該表面12具有以鑲嵌方式週期性排列的多個區域22，並且其中多個區域22中的每個區域20具有隨機空間分佈的微結構；以及將輸入光束5成形為目標圖案7，9。該方法還可以包括固定來自微結構的隨機空間分佈的任何斑點，使其不會隨著輸入光束5相對於光學元件10的任何移動而變化。
揭露了一種光學元件，該光學元件包括：具有表面的主體，其中該表面具有以鑲嵌方式週期性排列的多個區域，並且其中多個區域中的每個區域具有隨機空間分佈的微結構。每個區域都有外部幾何邊界。多個區域中的兩個或更多個區域具有不同的外部幾何邊界。多個區域中的每個區域具有相同的外部幾何邊界。每個區域可以在兩個正交維度上以重複序列排列。多個區域中的每個區域具有相同隨機空間分佈的微結構。多個區域中的兩個或更多個區域具有不同隨機空間分佈的微結構。微結構呈鞍形。具有表面的主體包括第一表面和第二表面。第二表面與第一表面相對地定向。主體還具有第二個表面，其中第二個表面具有以第二鑲嵌方式週期性排列的多個區域，並且其中多個區域中的每個區域具有隨機空間分佈的微結構。
還揭露了一種光學系統，該光學系統包括：光源；以及包括具有表面的主體的光學元件，其中該表面具有以鑲嵌方式週期性排列的多個區域，並且其中多個區域中的每個區域具有隨機空間分佈的微結構。光源是同調光源。同調光源是雷射。光學元件根據隨機空間分佈的微結構投射目標圖案。目標圖案是特定角範圍內光斑的隨機分佈。目標圖案在兩個垂直方向上是不同的。限定週期性排列的週期小於來自光源的輸入光束的尺寸，以便增加目標圖案的對比度並固定斑點。
進一步揭露了一種使用光學系統的方法，該方法包括：將來自光源的輸入光束投射到光學元件，其中該光學元件包括具有表面的主體，其中該表面具有以鑲嵌方式週期性排列的多個區域，並且其中多個區域中的每個區域具有隨機空間分佈的微結構；以及將輸入光束成形為目標圖案。該方法還包括固定來自微結構的隨機空間分佈的任何斑點，使其不會隨著輸入光束相對於光學元件的任何移動而變化。
該揭露範圍將被廣義地解釋。本揭示內容旨在揭露實現本文揭示的設備、活動和機械動作的等效物、裝置、系統和方法。對於所揭露的每個構成、繞射光學元件、光學系統、方法、裝置、機械元件或機構，本揭示內容旨在也在其揭露中包含並教導用於實踐本文揭示的許多方面、機構和構成的等效物、裝置、系統和方法。另外，本揭示內容涉及構成及其許多方面、特徵和元件。這種構成在其使用和操作中可以是動態的，本揭示內容旨在包括使用該構成和/或製造塗劑（pigment）的等效物、裝置、系統和方法，及其與本文中揭露的操作和功能的描述和精神一致的許多方面。本申請案的申請專利範圍同樣將被廣義地解釋。
在本文中，本發明的描述在其許多實施例中本質上僅僅是示例性的，因此，不偏離本發明主旨的變化都旨在落在本發明的範圍內。這種變化不應被視為背離本發明的精神和範圍。
2:光源 5:輸入光束 7:目標圖案 9:目標圖案 10:光學元件 10a:光學元件 10b:光學元件 11a:主體 11b:主體 12a:表面 12b:表面 20:區域 20a:區域 20b:區域 20c:區域 20d:區域 22:區域 100:光學系統
從詳細描述和附圖中可以更全面地理解在其若干方面和實施例中的本揭示內容，其中：
圖1是根據本發明的一方面的光學元件的圖示；
圖2A是根據本發明的一方面的以鑲嵌方式週期性排列的多個區域的表示；
圖2B示出了在鑲嵌中具有正方形外部幾何邊界的微結構的四個區域，其中在兩個正交維度上以重複序列週期性地排列這些區域；
圖2C是在棋盤網格中具有正方形外部幾何邊界的微結構的兩個區域的表示；
圖3是根據本發明的另一方面的以鑲嵌方式週期性排列的多個區域的表示；
圖4是根據本發明的另一方面的以鑲嵌方式週期性排列的多個區域的表示；
圖5是根據本發明的另一方面的以鑲嵌方式週期性排列的多個區域的表示；
圖6是根據本發明的另一方面的以鑲嵌方式週期性排列的多個區域的表示；
圖7是根據本發明的一方面的包括光學元件的光學系統的圖示；
圖8是具有正方形、圓形、六邊形和五邊形外部幾何邊界的各種微結構的等值線圖的表示；
圖9是具有由鞍形剖面（saddle-shaped profile）及其組合限定的各種微結構的等值線圖的表示；
圖10示出了根據本發明的一方面具有利用光學元件產生的斑點（speckle）的目標圖案；
圖11是一系列的光學元件10的圖示，其中微結構通過焦距表徵，並且光學元件之間的間距與焦距匹配；和
圖12是光學元件的圖示，其中微結構通過焦距表徵，並且在鑲嵌表面之間的主體的厚度匹配所述焦距。
在整個說明書和附圖中，相同的元件符號表示相同的元件。
10:光學元件
11a:主體
12a:表面
12b:表面

Claims (20)

  1. 一種光學元件，包括： 具有表面的主體， 其中，所述表面具有以鑲嵌方式週期性排列的多個區域，並且 其中，所述多個區域中的每個區域具有隨機空間分佈的微結構。
  2. 根據請求項1所述的光學元件，其中，每個區域具有外部幾何邊界。
  3. 根據請求項1所述的光學元件，其中，所述多個區域中的兩個或更多個區域具有不同的外部幾何邊界。
  4. 根據請求項1所述的光學元件，其中，所述多個區域中的每個區域具有相同的外部幾何邊界。
  5. 根據請求項1所述的光學元件，其中，每個區域可以在兩個正交維度上以重複序列排列。
  6. 根據請求項1所述的光學元件，其中，所述多個區域中的每個區域具有相同隨機空間分佈的微結構。
  7. 根據請求項1所述的光學元件，其中，所述多個區域中的兩個或更多個區域具有不同隨機空間分佈的微結構。
  8. 根據請求項1所述的光學元件，其中，所述微結構呈鞍形。
  9. 根據請求項1所述的光學元件，其中，具有表面的所述主體包括第一表面和第二表面。
  10. 根據請求項9所述的光學元件，其中，所述第二表面與所述第一表面相對地定向。
  11. 根據請求項1所述的光學元件，其中，所述主體還具有第二表面，其中，所述第二表面具有以第二鑲嵌方式週期性排列的多個區域，並且其中，所述多個區域中的每個區域具有隨機空間分佈的微結構。
  12. 一種光學系統，包括： 光源；以及 光學元件，所述光學元件包括具有表面的主體，其中，所述表面具有以鑲嵌方式週期性排列的多個區域，並且其中，所述多個區域中的每個區域具有隨機空間分佈的微結構。
  13. 根據請求項12所述的光學系統，其中，所述光源是同調光源。
  14. 根據請求項13所述的光學系統，其中，所述同調光源是雷射。
  15. 根據請求項13所述的光學系統，其中，所述光學元件根據所述隨機空間分佈的微結構投射目標圖案。
  16. 根據請求項15所述的光學系統，其中，所述目標圖案是在特定的角範圍光斑的隨機分佈。
  17. 根據請求項15所述的光學系統，其中，所述目標圖案在兩個垂直方向上不同的。
  18. 根據請求項12所述的光學系統，其中，限定週期性排列的週期小於來自所述光源的輸入光束的尺寸，以便增加目標圖案的對比度並固定斑點。
  19. 一種使用光學系統的方法，包括： 將來自光源的輸入光束投射至光學元件，其中所述光學元件包括具有表面的主體，其中所述表面具有以鑲嵌方式週期性排列的多個區域，並且其中，所述多個區域中的每個區域具有隨機空間分佈的微結構；以及 將所述輸入光束成形為目標圖案。
  20. 根據請求項19所述的方法，進一步包括固定來自所述隨機空間分佈的微結構的任何斑點，使其不會隨著所述輸入光束相對於所述光學元件的任何移動而變化。
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