[发明专利]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

说明书

本发明涉及一种用于VCSEL分区光源的分区匀光照明光学系统，包括：衍射光学元件，其包括微结构面，所述微结构面上设置有至少一个微结构图案单元，所述衍射光学元件可接收所述VCSEL分区光源发射出的光束并对所述光束进行相位调制；透镜，设置于所述衍射光学元件的光路下游，用于将所述衍射光学元件调制的光场成像到目标平面上。本发明的实施例中，相邻分区之间存在有间隙，光源分区轮流点亮，每一块光源分区点亮时，目标光场中只有与该分区相对应的区域被均匀照明，且当所有分区一起点亮时，整个目标光场被均匀照明，没有因分区之间的间隙而引起的暗区，实现目标光场的分区均匀照明。

技术领域

本发明大致涉及光学技术领域，尤其涉及分区匀光照明光学系统、包括其的分区匀光照明投射系统及电子设备。

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。针对该市场需求，设计了用于直接飞行时间(Direct Time-Of-Flight，即DTOF)的传感器，为匹配该传感器工作，需要实现光场的分区匀光照明。另外，在很多的具体应用中，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，但对于VCSEL芯片存在分区、且分区之间存在间隙的情况下，针对整体发射光场进行DOE匀光片的相位分布进行计算设计，可能会导致目标光场区域内与分区之间间隙相对应的部分的光场与其它区域不均匀的情况，从而影响3D信息的重建。

背景技术部分的内容仅仅是发明人所知晓的技术，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问题，本发明提供一种用于VCSEL分区光源的分区匀光照明光学系统，包括：衍射光学元件，其包括微结构面，所述微结构面上设置有至少一个微结构图案单元，所述衍射光学元件可接收所述VCSEL分区光源发射出的光束并对所述光束进行相位调制；透镜，设置于所述衍射光学元件的光路下游，用于将所述衍射光学元件调制的光场成像到目标平面上，其中，所述VCSEL分区光源包括多个沿第一方向间隔开的光源阵列，所述微结构图案单元配置成将点光源投射成延与所述第一方向相垂直的第二方向延伸的至少一条线形光场，并使得所述VCSEL分区光源中相邻的光源阵列通过所述分区匀光照明光学系统后在所述目标平面上形成的光场区域在所述第一方向上相互邻接或者重叠。

根据本发明的一个方面，所述微结构图案单元配置成将点光源投射成相互间隔的两组光场，每组光场包括延所述第二方向延伸的至少一条线形光场，所述光源阵列中在所述第一方向上相邻的多个点光源所分别投射成的两组光场依次拼接形成连续光场。

根据本发明的一个方面，所述线形光场的视场角范围与每个所述光源阵列所对应的目标光场区域在所述第二方向上的视场角范围相匹配。

根据本发明的一个方面，所述多个光源阵列沿所述第二方向具有间隔，所述线形光场的视场角范围被设置成使得相邻光源阵列在所述目标表面上形成的光场区域在第二方向上相互邻接或者重叠。

根据本发明的一个方面，所述透镜为菲涅尔透镜。

根据本发明的一个方面，所述菲涅尔透镜为进行了枕形畸变校正的菲涅尔透镜。

根据本发明的一个方面，所述VCSEL分区光源中的每个光源阵列对应于至少一个所述微结构图案单元，并针对每个所述微结构图案单元分别进行枕形畸变校正。