一种基于单片超透镜的点云投射系统的制作方法

本申请涉及透镜领域，具体涉及一种基于单片超透镜的点云投射系统。

背景技术：

1、在深度感测相关应用中，无论是采用tof(time offlight，飞行时间)技术进行深度感测，还是采用结构光技术进行深度感测，发射端均需要将光源的发射光投射为包含多个光斑的光斑点阵。为提高深度感测的感测距离，可以缩小发射光的发散角(即，提高发射光的准直度)。而相关技术所提供的点云投射系统，为了将发射光的准直度提升至较高水平，通常需要使用多片光学透镜相互配合。然而，多片光学透镜的使用，使得相关技术所提供的点云投射系统的体积偏大且成本偏高。

技术实现思路

1、本申请的一个目的在于提出一种基于单片超透镜的点云投射系统，仅以一片超透镜便可以将发射光的准直度提升至较高水平，从而缩减了点云投射系统的体积与成本。

2、根据本申请实施例的一方面，公开了一种基于单片超透镜的点云投射系统，沿所述点云投射系统的光轴的方向，所述点云投射系统依次包括：光源阵列；超透镜；

3、所述光源阵列包括至少两个位于所述光轴之外的离轴子光源；

4、所述离轴子光源的发射光在入射至所述超透镜时，各自的主光线均垂直于所述超透镜；所述离轴子光源的发射光在从所述超透镜出射时，各自的主光线均向所述光轴偏折，并且，各自的主光线相对于所述光轴的偏折角，与各自在所述超透镜上的出射位置相对于所述光轴的垂直距离成正相关；

5、相对于所述光轴对称分布的任意两个离轴子光源，其各自发射光的主光线的交点位于所述光轴；并且，所述离轴子光源的发射光在从所述超透镜出射时的发散角，小于对应发射光在入射至所述超透镜时的发散角。

6、在本申请的一示例性实施例中，所述光源阵列还包括：位于所述光轴的轴上子光源；

7、所述轴上子光源的发射光的主光线始终与所述光轴重叠；

8、所述轴上子光源的发射光在从所述超透镜出射时的发散角，小于其在入射至所述超透镜时的发散角。

9、在本申请的一示例性实施例中，所述超透镜中微纳结构所在的结构面，包含在垂直于所述超透镜的方向上层叠设置的多层微纳结构。

10、在本申请的一示例性实施例中，所述超透镜中微纳结构所在的结构面，仅设于所述超透镜朝向所述光源阵列的前表面，或者仅设于所述超透镜背向所述光源阵列的后表面。

11、在本申请的一示例性实施例中，所述点云投射系统满足如下条件式：r1m＞f*tan(δf)+yf；

12、其中，r1m为所述超透镜的第一结构面的有效区域半径；f为所述超透镜的焦距；δf为所述子光源的发射光在从所述子光源出射时的发散角；yf为所述光源阵列的有效发光区域半径；

13、当所述超透镜的结构面仅设于所述超透镜朝向所述光源阵列的前表面时，所述第一结构面为设于所述前表面的结构面；当所述超透镜的结构面仅设于所述超透镜背向所述光源阵列的后表面时，所述第一结构面为设于所述后表面的结构面。

14、在本申请的一示例性实施例中，所述超透镜中微纳结构所在的结构面，设于所述超透镜朝向所述光源阵列的前表面，同时还设于所述超透镜背向所述光源阵列的后表面。

15、在本申请的一示例性实施例中，所述点云投射系统满足如下条件式：

16、

17、其中，l为由所述光源阵列至所述超透镜朝向所述光源阵列的前表面的距离；f为所述超透镜的焦距。

18、在本申请的一示例性实施例中，所述点云投射系统满足如下以2π弧度每毫米为单位的条件式：

19、

20、

21、其中，d1m为所述超透镜中微纳结构所在的第一结构面的有效区域直径；θ1max为在工作波段的中心波长处，所述第一结构面在对应有效区域的范围内，所提供相位的差值的最大绝对值；θ1max/2为在所述中心波长处，所述第一结构面在对应有效区域的二分之一半径范围内，所提供相位的差值的最大绝对值；所述二分之一半径范围为由对应有效区域的外接圆的圆心至对应有效区域的外接圆的二分之一半径位置所覆盖的范围；

22、当所述超透镜的结构面仅设于所述超透镜朝向所述光源阵列的前表面时，所述第一结构面为设于所述前表面的结构面；当所述超透镜的结构面仅设于所述超透镜背向所述光源阵列的后表面时，所述第一结构面为设于所述后表面的结构面；当所述超透镜的结构面同时设于所述前表面以及所述后表面时，所述第一结构面为设于所述前表面的结构面。

23、在本申请的一示例性实施例中，当所述超透镜中微纳结构所在的结构面同时设于所述前表面以及所述后表面时，设于所述后表面的结构面为所述超透镜的第二结构面；所述点云投射系统还满足如下以2π弧度每毫米为单位的条件式：

24、

25、

26、其中，d2m为所述第二结构面的有效区域半径；θ2max为在所述中心波长处，所述第二结构面在对应有效区域的范围内，所提供相位的差值的最大绝对值；θ2max/2为在所述中心波长处，所述第二结构面在对应有效区域的二分之一半径范围内，所提供相位的差值的最大绝对值；所述二分之一半径范围为由对应有效区域的外接圆的圆心至对应有效区域的外接圆的二分之一半径位置所覆盖的范围。

27、在本申请的一示例性实施例中，所述点云投射系统满足如下以毫米为单位的条件式：

28、其中，yf为所述光源阵列的有效发光区域半径；θf为边缘子光源的发射光在从所述超透镜出射时，相对于所述超透镜的法线的偏折角；df为所述光源阵列中的子光源在所述超透镜的结构面上投射所得光斑的半径；δf为所述子光源的发射光在从所述子光源出射时的发散角。

29、本申请所提供的点云投射系统，沿点云投射系统的光轴的方向，点云投射系统依次包括：光源阵列；超透镜。光源阵列包括至少两个位于光轴之外的离轴子光源。离轴子光源的发射光在入射至超透镜时，各自的主光线均垂直于超透镜。离轴子光源的发射光在从超透镜出射时，各自的主光线均向光轴偏折，并且，各自的主光线相对于光轴的偏折角，与各自在超透镜上的出射位置相对于光轴的垂直距离成正相关；相对于光轴对称分布的任意两个离轴子光源，其各自发射光的主光线的交点位于光轴。当超透镜按照这种方式针对离轴子光源的发射光进行调制时，超透镜所发挥的光线调制作用，使得超透镜可以被近似为一个理想的近轴面，而从理想的近轴面出射的光线具备相当高的准直度。因此本申请实施例中，离轴子光源的发射光在从超透镜出射时的发散角，小于对应发射光在入射至超透镜时的发散角，具有较高的准直度。

30、本申请的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本申请的实践而习得。

31、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本申请。

技术特征：

1.一种基于单片超透镜的点云投射系统，其特征在于，沿所述点云投射系统的光轴的方向，所述点云投射系统依次包括：光源阵列；超透镜；

2.根据权利要求1所述的点云投射系统，其特征在于，所述光源阵列还包括：位于所述光轴的轴上子光源；

3.根据权利要求1所述的点云投射系统，其特征在于，所述超透镜中微纳结构所在的结构面，包含在垂直于所述超透镜的方向上层叠设置的多层微纳结构。

4.根据权利要求1所述的点云投射系统，其特征在于，所述超透镜中微纳结构所在的结构面，仅设于所述超透镜朝向所述光源阵列的前表面，或者仅设于所述超透镜背向所述光源阵列的后表面。

5.根据权利要求4所述的点云投射系统，其特征在于，所述点云投射系统满足如下条件式：r1m＞f*tan(δf)+yf；

6.根据权利要求1所述的点云投射系统，其特征在于，所述超透镜中微纳结构所在的结构面，设于所述超透镜朝向所述光源阵列的前表面，同时还设于所述超透镜背向所述光源阵列的后表面。

7.根据权利要求1所述的点云投射系统，其特征在于，所述点云投射系统满足如下条件式：

8.根据权利要求1所述的点云投射系统，其特征在于，所述点云投射系统满足如下以2π弧度每毫米为单位的条件式：

9.根据权利要求8所述的点云投射系统，其特征在于，当所述超透镜中微纳结构所在的结构面同时设于所述前表面以及所述后表面时，设于所述后表面的结构面为所述超透镜的第二结构面；所述点云投射系统还满足如下以2π弧度每毫米为单位的条件式：

10.根据权利要求1所述的点云投射系统，其特征在于，所述点云投射系统满足如下以毫米为单位的条件式：

技术总结本申请提供了一种基于单片超透镜的点云投射系统，沿点云投射系统的光轴的方向，点云投射系统依次包括：光源阵列；超透镜；光源阵列包括至少两个位于光轴之外的离轴子光源；离轴子光源的发射光在从超透镜出射时，各自的主光线均向光轴偏折，并且，各自的主光线相对于光轴的偏折角，与各自在超透镜上的出射位置相对于光轴的垂直距离成正相关；相对于光轴对称分布的任意两个离轴子光源，其各自发射光的主光线的交点位于光轴；并且，离轴子光源的发射光在从超透镜出射时的发散角，小于对应发射光在入射至超透镜时的发散角。本申请所提供的点云投射系统，仅以一片超透镜便可以将发射光的准直度提升至较高水平，从而缩减了点云投射系统的体积与成本。技术研发人员：谢永权,席科磊,林合山,郝成龙,谭凤泽,朱健受保护的技术使用者：深圳迈塔兰斯科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/2