本公開涉及光學超透鏡的，具體涉及一種偏心光束投射裝置及偏心勻光光束投射裝置。

背景技術：

1、在雙光束干涉測量、光學系統調試校準、激光加工以及結構光投射探測深度信息等技術領域中，對光斑的質量和特性有著極高的要求，需要特殊的光學系統來投射偏心的光斑，以滿足不同應用場景的需求。

2、在現有結構光投射探測深度信息裝置中，主要是通過反復設計及調節光學鏡片實現光斑的偏心，光路圖如圖1所示：光源發出精心設計的偏心光，當光斑照射到物體表面后，經特定反射角被傳感器接收。傳感器通過對反射光斑的處理和分析，精確計算出被探測物體的三維深度信息。

3、盡管光學鏡片，在一定程度上能夠實現光斑偏心，但在實際應用中仍存在缺點。不可避免地，光學系統的體積增大，光學鏡片需要較為繁瑣的設計及精細調制以實現偏心效果，此外，更復雜的系統結構導致更高的制造難度和校準要求，這不僅增加了產品成本，也對系統的穩定性和可靠性提出了更高的挑戰。

4、因此，目前需要更為高效、緊湊且成本效益高的偏心光束投射裝置。

技術實現思路

1、為了解決上述技術問題的至少之一，本公開第一方面提供了一種偏心光束投射裝置。

2、該偏心光束投射裝置包括超透鏡，其中，在超透鏡所提供的相位的作用下，入射光束被超透鏡調制為出射光束；不同工作距離下的出射光束的光束截面，在超透鏡所在二維平面上的投影位置不同。

3、超透鏡所提供的相位包括：用于對入射光束進行聚焦的聚焦相位；用于對入射光束進行偏折的偏折相位。

4、可選地，上述聚焦相位滿足：

5、

6、其中，為聚焦相位，f為超透鏡的焦距，x和y為超透鏡所在二維平面上的坐標，k為波數，系數a為調制聚焦相位的系數。

7、可選地，上述偏折相位包括用于在超透鏡所在二維平面上的x軸方向對入射光束進行偏折的第一偏折相位：

8、

9、其中，為第一偏折相位，k為波數，x為x軸上的坐標，θx為在x軸上的偏折角。

10、可選地，上述偏折相位包括用于在超透鏡所在二維平面上的y軸方向對入射光束進行偏折的第二偏折相位：

11、

12、其中，為第二偏折相位，k為波數，y為y軸上的坐標，θy為在y軸上的偏折角。

13、可選地，上述偏心光束投射裝置還包括光源；上述光源所發射光束為超透鏡的入射光束。

14、可選地，上述超透鏡包括基底以及設置在基底一側的超結構單元，超結構單元的各頂點和中心均設置微納結構。

15、可選地，上述超結構單元為正六邊形或正方形或扇形。

16、可選地，上述微納結構包括納米鰭或納米柱。

17、可選地，上述微納結構的排列周期大于或等于0.3λc，且小于或等于2λc，其中，λc為入射光束的中心波長。

18、可選地，上述超透鏡還包括填充材料，填充材料填充于微納結構之間。

19、本公開第二方面提供了一種偏心勻光光束投射裝置。

20、該裝置包括超透鏡陣列；超透鏡陣列包括至少兩個如上述超透鏡；超透鏡陣列中的各超透鏡的尺寸被配置為隨機分布，或者，超透鏡陣列中的各超透鏡的焦距被配置為隨機分布。

21、可選地，上述各超透鏡的尺寸被配置為隨機分布；其中，各超透鏡的尺寸在基于非干涉條件下被配置為理想尺寸，各超透鏡的實際尺寸在基于所述理想尺寸的預設偏移范圍內隨機分布。

22、可選地，基于上述理想尺寸的預設偏移范圍小于或等于10％。

23、可選地，上述各超透鏡的焦距被配置為隨機分布；其中，各超透鏡的焦距在基于非干涉條件下被配置為理想焦距，各超透鏡的實際焦距在基于上述理想焦距的預設偏移范圍內隨機分布。

24、可選地，基于上述理想焦距的預設偏移范圍小于或等于10％。

25、本公開中的技術方案通過單片超透鏡的聚焦相位使得出射光束先在近處匯聚再在遠處發散，通過疊加偏折相位使得光斑自由地偏心平移。相比于傳統光學的方案，該方案可以降低光學系統的設計的復雜度，提高了調制自由度，同時減少光學系統的體積和成本。因此本公開為光學領域提供了一種高效、緊湊且成本效益顯著的光束投射裝置。

技術特征：

1.一種偏心光束投射裝置，其特征在于，所述偏心光束投射裝置包括超透鏡(20)；

2.根據權利要求1所述的偏心光束投射裝置，其特征在于，所述聚焦相位滿足：

3.根據權利要求1所述的偏心光束投射裝置，其特征在于，所述偏折相位包括用于在所述超透鏡(20)所在二維平面上的x軸方向對所述入射光束進行偏折的第一偏折相位：

4.根據權利要求1或3所述的偏心光束投射裝置，其特征在于，所述偏折相位包括用于在所述超透鏡(20)所在二維平面上的y軸方向對所述入射光束進行偏折的第二偏折相位：

5.根據權利要求1所述的偏心光束投射裝置，其特征在于，所述偏心光束投射裝置還包括光源(10)；所述光源所發射光束為所述超透鏡(20)的入射光束。

6.一種偏心勻光光束投射裝置，其特征在于，所述偏心勻光光束投射裝置包括超透鏡陣列；所述超透鏡陣列包括至少兩個如上述權利要求1-5任一項所述的偏心光束投射裝置；

7.根據權利要求6所述的裝置，其特征在于，所述各超透鏡(20)的尺寸被配置為隨機分布；其中，所述各超透鏡(20)的尺寸在基于非干涉條件下被配置為理想尺寸，所述各超透鏡(20)的實際尺寸在基于所述理想尺寸的預設偏移范圍內隨機分布。

8.根據權利要求7所述的裝置，其特征在于，基于所述理想尺寸的預設偏移范圍小于或等于10％。

9.根據權利要求6所述的裝置，其特征在于，所述各超透鏡(20)的焦距被配置為隨機分布；其中，所述各超透鏡(20)的焦距在基于非干涉條件下被配置為理想焦距，所述各超透鏡(20)的實際焦距在基于所述理想焦距的預設偏移范圍內隨機分布。

10.根據權利要求9所述的裝置，其特征在于，基于所述理想焦距的預設偏移范圍小于或等于10％。

技術總結
本公開提供了一種偏心光束投射裝置及偏心勻光光束投射裝置，所述偏心光束投射裝置包括超透鏡；其中，在所述超透鏡所提供的相位的作用下，入射光束被所述超透鏡調制為出射光束；不同工作距離下的所述出射光束的光束截面，在所述超透鏡所在二維平面上的投影位置不同；所述超透鏡所提供的相位包括：用于對所述入射光束進行聚焦的聚焦相位；用于對所述入射光束進行偏折的偏折相位。本公開提高了光學系統偏心平移的自由度、減少光學系統的體積和復雜度。

技術研發人員：莫君堯,郝成龍,譚鳳澤,朱健
受保護的技術使用者：深圳邁塔蘭斯科技有限公司
技術研發日：20240704
技術公布日：2025/4/28