CN113406807B - 一种光分束器及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光分束器及其应用。所述光分束器包括设置在基底上的微结构阵列，所述微结构阵列包括多个微结构，所述微结构为宝盖形，且所述微结构的轴线与微结构阵列的列方向平行，并与微结构阵列的行方向垂直。本发明的光分束器能实现3×7的均匀分束效果，可满足多种点阵投射方案的需求，同时其制备工艺简单，适于大规模生产，具有广阔应用前景。
Description
技术领域
本发明具体涉及一种光分束器及其应用，属于光学技术领域。
背景技术
基于飞行时间(Time ofFlight，ToF)的技术常被用于深度检测或三维检测中，目前dToF(direct time offlight，直接飞行时间法)逐渐占据主流，与传统iToF(indirecttime offlight，非直接飞行时间法)投射出面域光斑不同，dToF需求点阵光斑，以便于计算每一散斑投射与接收的时间差，进而计算得到深度信息。为实现基于dToF的深度传感方案，一般需要光分束器等衍射光学元件(DOE)作为核心器件，以利用其微结构图形对入射光线进行衍射复制，进而达到分束效果。为此，业界一直致力于寻找高性能的光分束器。近年来，已有厂商提出了能将单束光分束为3×3的多束光的光分束器，但其分束效果仍有待提升。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种光分束器及其应用，以克服现有技术中的不足。
为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：
本发明实施例的一个方面提供了一种光分束器，包括设置在基底上的微结构阵列，所述微结构阵列包括多个微结构；所述微结构为宝盖形，并且所述微结构的轴线与微结构阵列的列方向平行，与微结构阵列的行方向垂直；分别定义所述微结构阵列的行方向、列方向为X方向、Y方向，则所述微结构满足下列条件中的至少一个：0.4＜A1/A2＜0.7、0.4＜B1/B2＜0.7、0.3＜C1/C2＜0.5：
其中，A1为一个微结构的盖中底与位于同一列的下一个微结构的盖中顶在Y方向上的距离，A2为一个微结构的盖中顶与盖中底在Y方向上的距离，B1为一个微结构的盖底的两个尖角的顶端在X方向上的距离，B2为一个微结构的盖底的一个尖角的顶端与位于同一行的下一个微结构的盖底的相邻尖角的顶端在X方向上的距离，C1为一个微结构的盖中顶到盖上部平台拐点在Y方向上的距离，C2为一个微结构的盖上部平台拐点到盖底的任意一个尖角的顶端在Y方向上的距离。
进一步的，所述光分束器用于将单束光分束为3×7的多束光。
进一步的，所述单束光为激光。较为优选的，所述激光的波长为600-1000nm。
进一步的，所述光分束器在X方向、Y方向上的衍射角度分别为6-12°、12-18°。
进一步的，所述基底和微结构均是透明材质的，所述微结构包括设置在基底表面的突起结构或凹下结构。较为优选的，所述微结构相对于基底表面凸起的高度或凹下的深度为400-1200nm。
在一些实施方式中，所述微结构至少是通过压印或刻蚀方式在基底表面形成。
进一步的，所述基底及微结构的材质包括光学玻璃或光学树脂，但不限于此。
本发明实施例的另一个方面还提供了所述光分束器在基于飞行时间或结构光的深度检测或三维检测中的应用。
本发明实施例的另一个方面还提供了一种光学组件，其包括光源和所述的光分束器；所述光分束器用于对所述光源发射的光线进行分束。
在一些实施方式中，所述光源包括激光器。
本发明实施例的另一个方面还提供了所述的光学组件在基于飞行时间或结构光的深度检测或三维检测中的用途。
较之现有技术，本发明以上实施例所提供的光分束器能实现3×7的均匀分束效果，可满足多种点阵投射方案(包括散斑结构光和dToF)的需求，同时其制备工艺简单，适于大规模生产，具有广阔应用前景。
附图说明
图1是本发明一实施例中一种光分束器的微结构阵列的示意图；
图2是本发明一实施例中一种光分束器的分束效果的测试图。
具体实施方式
以下结合附图及一些实施例具体说明本发明的技术方案。应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本说明书使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
本发明的一个实施例提供了一种光分束器，其包括设置在基底上的微结构阵列，参阅图1所示，该微结构阵列包括多个微结构，所述微结构为宝盖形；并且，该微结构阵列的列方向与微结构的轴线平行、行方向与微结构的轴线垂直。分别定义该微结构阵列的行方向、列方向为X方向、Y方向。则，所述微结构满足下列条件：0.4＜A1/A2＜0.7、0.4＜B1/B2＜0.7、0.3＜C1/C2＜0.5：
其中，A1为一个微结构的盖中底与位于同一列的下一个微结构的盖中顶在Y方向上的距离，A2为一个微结构的盖中顶与盖中底在Y方向上的距离，B1为一个微结构的盖底的两个尖角的顶端之间在X方向上的距离，B2为一个微结构的盖底的一个尖角的顶端与位于同一行的下一个微结构的盖底的相邻尖角的顶端在X方向上的距离，C1为一个微结构的盖中顶到盖上部平台拐点在Y方向上的距离，C2为一个微结构的盖上部平台拐点到盖底的任意一个尖角的顶端在Y方向上的距离。
利用本实施例的光分束器可以将单束光分束为3×7的多束光。
其中，所述单束光优选为波长为600-1000nm的激光。
其中，所述光分束器在X方向、Y方向上的衍射角度分别为6-12°、12-18°。
其中，所述基底和微结构均是透明材质的。
在一些情况下，所述微结构包括设置在基底表面的凹下结构，其可以是通过压印或刻蚀等方式在基底表面形成的图案结构。
在另外一些情况下，所述微结构还可以包括设置在基底表面的突起结构，其也可以通过压印或刻蚀等方式在基底表面形成，或者，还可以通过将预先制成的微结构阵列转移到基底表面上，并通过光学胶等粘接固定在基底上。
其中，所述突起结构相对于基底表面凸起的高度或所述凹下结构相对于基底表面凹下的深度可以为400-1200nm。
其中，所述基底及微结构的材质包括光学玻璃、光学树脂、光学胶或其它有机或无机光学材料，但不限于此。
较为优选的，可以通过压印或刻蚀方式在光学玻璃或树脂或相应光学胶水上加工出与前述微结构阵列相应的图案，进行形成所述微结构阵列，从而获得所述光分束器。
在一个具体实施方案中，光分束器是在光学玻璃上涂覆光学胶层，之后利用具有预设凸起图形结构的压印模具在光学胶层上压制出微结构阵列后形成。该光学胶层可以利用市售的UV胶形成，其涂覆厚度可以为2-20mm，各微结构在x方向上的尺寸为3-8甲，在y方向上的尺寸为4-11μm，压印深度为400-1200μm。当然，压印模具上的图形结构也可以替换为凹陷图形结构。图2示出了利用其中的一种光分束器对激光器发射的波长为600nm-1000nm的激光进行分束的测试结果，可以看到，该光分束器可以实现3×7的激光均匀分束。
本实施例的光分束器可以应用于基于飞行时间或结构光的深度检测或三维检测。
相应的，本实施例提供了一种光学组件，其包括光源和所述的光分束器。
进一步的，所述光源包括激光器，例如垂直共振腔面发射型激光器(VCSEL)等，且不限于此。
进一步的，为适应实际工作的需求，还可以在所述光源和光分束器之间设置其它的光学组件，例如准直镜等。
本实施例还提供了利用所述光学组件进行基于飞行时间或结构光的深度检测或三维检测的方法。该方法可以依照本领域已知的多种方式实施。
应当理解，以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
Claims (10)
1.一种光分束器，包括设置在基底上的微结构阵列，所述微结构阵列包括多个微结构，其特征在于：所述微结构为宝盖形，并且所述微结构的轴线与微结构阵列的列方向平行，而与微结构阵列的行方向垂直；分别定义所述微结构阵列的行方向、列方向为X方向、Y方向，则所述微结构满足下列条件中的至少一个：0.4＜A1/A2＜0.7、0.4＜B1/B2＜0.7、0.3＜C1/C2＜0.5；
其中，A1为一个微结构的盖中底与位于同一列的下一个微结构的盖中顶在Y方向上的距离，A2为一个微结构的盖中顶与盖中底在Y方向上的距离，B1为一个微结构的盖底的两个尖角的顶端在X方向上的距离，B2为一个微结构的盖底的一个尖角的顶端与位于同一行的下一个微结构的盖底的相邻尖角的顶端在X方向上的距离，C1为一个微结构的盖中顶到盖上部平台拐点在Y方向上的距离，C2为一个微结构的盖上部平台拐点到盖底的任意一个尖角的顶端在Y方向上的距离。
2.根据权利要求1所述的光分束器，其特征在于：单束光为激光；和/或，所述光分束器用于将单束光分束为3×7的多束光；和/或，所述单束光的波长为600-1000nm。
3.根据权利要求1所述的光分束器，其特征在于：所述光分束器在X方向、Y方向上的衍射角度分别为6-12°、12-18°。
4.根据权利要求1所述的光分束器，其特征在于：所述基底和微结构均是透明材质的，所述微结构包括设置在基底表面的突起结构或凹下结构；和/或，所述微结构相对于基底表面凸起的高度或凹下的深度为400-1200nm。
5.根据权利要求4所述的光分束器，其特征在于：所述微结构至少是通过压印或刻蚀方式在基底表面形成。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的光分束器，其特征在于：所述基底及微结构的材质包括光学玻璃或光学树脂。
7.权利要求1-6中任一项所述的光分束器在基于飞行时间或结构光的深度检测或三维检测中的应用。
8.一种光学组件，其特征在于，包括光源和权利要求1-6中任一项所述的光分束器；所述光分束器用于对所述光源发射的光线进行分束。
9.根据权利要求8所述的光学组件，其特征在于：所述光源包括激光器。
10.权利要求8-9中任一项所述的光学组件在基于飞行时间或结构光的深度检测或三维检测中的用途。
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