[发明专利]一种线型光场投射器

说明书

本发明公开了一种线型光场投射器，属于扩散片技术领域。本发明包括面阵发散光源和光线扩散结构，面阵发散光源由密集排布的发光点组成，每个发光点出射光发散角为5~50°；光线扩散结构由第一扩散结构和第二扩散结构构成；第一扩散结构为透镜阵列结构，第二扩散结构为菲尼尔透镜结构或平凸透镜结构；面阵发散光源与第二扩散结构之间的间距等于第二扩散结构的焦距。使用本发明可使水平发散角为50～150°，垂直发散角为1～40°，出射光场成线型分布；本发明在水平方向与垂直方向均可对出射光线的扩散角度进行单独控制；可以保证水平方向大角度扩散的同时实现垂直方向的小角度扩散，而不再受限于面阵光源本身发散角度。

技术领域

本发明涉及扩散片技术领域，特别涉及一种线型光场投射器。

背景技术

随着3D视觉技术的发展，3D传感已经逐渐在人脸解锁、人脸支付、工业检测等领域得到广泛应用，而3D传感的主流技术之一是TOF技术，TOF是Time of flight的简写，直译为飞行时间的意思。所谓飞行时间法3D成像，是通过给目标连续发送光脉冲，然后用传感器接收从物体返回的光，通过探测光脉冲的飞行（往返）时间来得到目标物距离。

光场投射器就是TOF中的核心组件，用于投射探测光脉冲到所需视场，被光照射到的部分即可被传感器感知计算出3D信息。处于成本、模组体积、性能考虑，目前市面上主流使用的投射器结构为VCSEL（垂直腔面发射激光器）光源加上扩散片，VCSEL为点阵发散光源，本身存在较大发散角度，再有扩散片实现更大角度的光场投射。

但是随着TOF应用领域的细化，目前有很多领域只需要实现一条线型区域的探测，即一个方向大角度，另一方向小角度探测。传统的投射器模组无法将投射光场的角度压缩至小于VCSEL本身发散角，故会造成在小角度方向的能量浪费；新型模组也有使用衍射光学元件进行光场的投射，理论上可以投射出任意形状光场，但是效率较低。

发明内容

为了弥补现有技术的不足，实现针对VCSEL类点阵发散光源的线型光场投射本发明提供了一种耦入、扩瞳、耦出一体化的线型光场投射器。

本发明的技术方案为：

一种线型光场投射器，包括面阵发散光源和光线扩散结构，所述面阵发散光源由密集排布的发光点组成，每个发光点出射光发散角为5~50°；所述光线扩散结构由第一扩散结构和第二扩散结构构成；所述第一扩散结构为透镜阵列结构，第二扩散结构为菲尼尔透镜结构或平凸透镜结构；所述面阵发散光源与第二扩散结构之间的间距等于第二扩散结构的焦距。

面阵发散光源的发散角度为5~50°，光源光线经第一扩散片后水平方向角度扩散为50°～150°，光源光线经第二扩散片后垂直方向角度压缩为1°～40°。

作为优选方案，所述透镜阵列结构为一维柱透镜阵列结构。

进一步的，所述一维柱透镜阵列结构的曲率半径为5μm~150μm，重复周期为5μm~300μm。

作为优选方案，所述第二扩散结构的焦距为1~20mm。

作为优选方案，所述第二扩散结构为菲尼尔透镜结构。

作为优选方案，所述第一扩散结构和第二扩散结构处于同一平板基底的两面。

进一步的，所述平板基底为K9玻璃。

作为优选方案，所述第一扩散结构和第二扩散结构分别处于不同的平板基底表面，第一扩散结构位于第二扩散结构后面或者位于面阵发散光源与第二扩散结构之间。

第一扩散结构、第二扩散结构可以位于同一平板基底上，也可以相互独立，第二扩散结构与面阵发散光源之间的间距为第二扩散结构的焦距，第一扩散结构的位置不作限定，只要面阵发散光源发出的光线光线能经过第一扩散结构即可。

本发明的有益效果为：