[发明专利]光投射方法和装置

说明书

本发明提供一种光投射方法和装置,包括第一表面和第二表面的波导器件。所述第一表面包括第一光栅结构。所述波导器件构造为引导耦合入光束在第一表面和第二表面之间进行全内反射。所述第一光栅结构构造为干扰全内反射以使得至少部分耦合入光束从波导器件耦合出来并从第一表面投射出去，从波导器件耦合出的这部分耦合入光束形成耦合出光束，所述耦合出光束配置为在耦合出光束投射的表面上形成点阵。

技术领域

本发明涉及光投射方法和装置。

背景技术

光投射技术对实现一些重要设备的功能至关重要。例如，结构光投射技术应用于手机的三维相机模组中，用于识别面部特征。面部特征反射的投射光可由检测器捕获，并通过算法进行分析，以“感知”面部的拓扑结构。相应地，可根据面部特征识别的输入进行身份验证、表情符号生成、图像采集定位(image capture orientation)和其它各种功能的设计。

目前，光投射技术的缺点在于成本高、设备尺寸大以及集成度低，这对建立于光投射技术的设备功能的改进造成了瓶颈。因此，消费者市场和相关行业都希望能改进现有光投射技术。

发明内容

本发明的各个实施例包括光投射结构(例如，波导器件(waveguide))、装置和系统。根据本发明的一个方面，波导器件包括第一表面、第二表面、第四表面和光吸收材料层。所述第一表面包括第一光栅结构。所述波导器件构造为：引导耦合入的光束在第一表面和第二表面之间进行全内反射(total internal reflection)；所述第一光栅结构构造为：干扰全内反射以使至少一部分耦合入的光束耦合出波导器件并且从第一表面投射出去，从波导器件耦合出的这部分耦合进的光束形成耦合出光束。耦合入的光束经全内反射后的其余部分在各第一光栅结构耦合出后到达第四表面。所述光吸收材料层与第二表面平行且与第二表面有间隔。所述第四表面可以包括另一光吸收材料层，用于吸收耦合入光束的其余部分。

在一些实施例中，耦合出的光束从第一表面会聚，形成直立光锥，然后发散，在直立光锥的上方形成倒立光锥；直立或倒立光锥与第一表面平行的截面包括与耦合出的光束对应的点阵。

在一些实施例中，耦合出的光束从第一表面发散，形成倒立光锥，倒立光锥与第一表面平行的截面包括与耦合出的光束对应的点阵。

在一些实施例中，所述第一表面在x-y平面内，耦合入的光束基本上沿着x-y平面的x轴方向在波导器件内传播，耦合出的光束基本上沿着与x-y平面正交的z轴方向传播，第一光栅结构以相应的(x，y)位置分布在x-y平面内。各第一光栅结构与光栅深度、占空比、周期和在x-y平面内相对于z轴的方向相关联。在x轴方向上不同位置的第一光栅结构具有不同的光栅深度和不同的光栅占空比的至少其中之一。在x轴方向上不同位置的第一光栅结构具有不同的周期。在y轴方向上不同位置的第一光栅结构具有不同的方向(orientations)。

在一些实施例中，所述波导器件为平面波导，第一表面与第二表面相互平行且为平面波导的最大表面，耦合出的光束自第一表面从波导器件中耦合出来。

在一些实施例中，所述波导器件为平面波导，第一表面与第二表面相互平行且为平面波导的最大表面，所述第一光栅结构包括设在第一表面和第二表面之间的体光栅(volumetric gratings)，耦合出的光束自第一表面从波导器件中耦合出来。

在一些实施例中，所述波导器件进一步包括与第四表面相对的长形第三表面。光源通过第三表面将光耦合进入波导器件，以形成耦合入的光束。来自光源的光准直成与所述长形第三表面对应的线形。

在一些实施例中，在第一表面或第二表面中的至少一个表面上设置棱镜，光源通过棱镜将光耦合进入波导器件，以形成耦合入的光束。

在一些实施例中，所述波导器件进一步包括第二光栅结构，所述第二光栅结构设在第一表面或第二表面中的至少一个表面上。光源通过所述第二光栅结构将光耦合进入波导器件，以形成耦合入的光束。