本发明专利技术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。
【技术实现步骤摘要】
光学组件、光学组件的设计方法以及光学系统
本专利技术大致涉及光学
，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。
技术介绍
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。
技术介绍
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。
技术实现思路
有鉴于现有技术的至少一个缺陷，本专利技术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。根据本专利技术的一个方面，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。根据本专利技术的一个方面，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。根据本专利技术的一个方面，其中所述光栅的光栅方向与竖直方向之间的夹角为且所述光栅的+1、-1级之间的所述衍射角为其中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。根据本专利技术的一个方面，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。本专利技术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。根据本专利技术的一个方面，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。根据本专利技术的一个方面，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且所述光栅的+1、-1级之间的衍射角为其中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。根据本专利技术的一个方面，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。本专利技术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。根据本专利技术的一个方面，其中所述光源为垂直腔面发射激光器。本专利技术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专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例一起用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。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专利技术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专利技术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示出了根据本专利技术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专利技术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专利技术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专利技术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专利技术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示出了根据本专利技术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示出了根据本专利技术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专利技术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，在不脱离本专利技术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。在本专利技术的描述中，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专利技术和简化描述，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专利技术的限制。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。在本专利技术的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种可产生大角度光场的光学组件，其特征在于，包括：/n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；/n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。/n
【技术特征摘要】
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且所述光栅的+1、-1级之间的所述衍射角为其中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...
【专利技术属性】
技术研发人员：冯辉，尹晓东，
申请(专利权)人：嘉兴驭光光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33
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