本公開涉及光學(xué)系統(tǒng)的，尤其涉及一種用于點陣投射的超透鏡及包含其的點陣投射裝置。

背景技術(shù)：

1、在基于超透鏡產(chǎn)生點陣的設(shè)計方案中，現(xiàn)有技術(shù)所提供的超透鏡在投射點陣時通常會攜帶一定強度的背景噪聲，同時，在實際加工時工藝偏差會進一步增強背景噪聲。背景噪聲大的點陣的對比度以及信噪比均較低，進而導(dǎo)致其應(yīng)用范圍較小。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為解決上述技術(shù)問題，本申請?zhí)峁┝艘环N用于點陣投射的超透鏡及包含其的點陣投射裝置，本申請所提供的超透鏡所投射點陣可以極大程度地降低背景噪聲，理論上可以不產(chǎn)生任何背景噪聲，因而極大程度地提高了點陣的對比度以及信噪比，提高了點陣的應(yīng)用范圍。

2、本申請實施例的第一方面提供了一種用于點陣投射的超透鏡，所述超透鏡被配置為提供復(fù)制衍射相位，所述復(fù)制衍射相位用于對光源陣列的發(fā)射光進行復(fù)制投射，以得到目標點陣；

3、所述目標點陣包括多個陣列排列的單元點陣；在頻域中，每一個所述單元點陣的圖樣與光源陣列的圖樣保持一致，并且，所述單元點陣沿頻域中的目標方向周期性排列；

4、所述超透鏡包括多個周期性排列的單元晶胞，所述單元晶胞為所述超透鏡用于實現(xiàn)點陣投射的最小結(jié)構(gòu)單元，所述單元晶胞包括至少一個微納結(jié)構(gòu)單元；所述單元晶胞的周期性排列方向，垂直于所述目標方向。

5、可選地，所述目標方向僅包含頻域中的第一方向；所述單元晶胞至少在垂直于所述第一方向的方向上周期性排列。

6、可選地，所述目標方向包括頻域中的第一方向以及第二方向，所述第一方向與所述第二方向互不平行；

7、所述單元晶胞的周期性排列方向包括第三方向和第四方向；其中，所述第三方向垂直于所述第一方向，所述第四方向垂直于所述第二方向。

8、可選地，所述超透鏡滿足：

9、

10、其中，du'為所述單元晶胞在所述第四方向上的排列周期，于所述第一方向上進行投影所得的投影距離；δu'為所述單元點陣在所述第一方向上的排列周期；dv'為所述單元晶胞在所述第三方向上的排列周期，于所述第二方向上進行投影所得的投影距離；δv'為所述單元點陣在所述第二方向上的排列周期。

11、可選地，所述微納結(jié)構(gòu)單元分別沿所述第三方向和所述第四方向周期性排列；所述超透鏡滿足：

12、

13、其中，pu'為所述微納結(jié)構(gòu)單元在所述第四方向上的排列周期，于所述第一方向上進行投影所得的投影距離；pv'為所述微納結(jié)構(gòu)單元在所述第三方向上的排列周期，于所述第二方向上進行投影所得的投影距離；m為正整數(shù)；n為正整數(shù)；λ為所述發(fā)射光的中心波長。

14、可選地，所述超透鏡還被配置為提供準直相位，所述準直相位基于所述超透鏡的有效焦距，對所述光源陣列的發(fā)射光進行準直。

15、可選地，所述超透鏡滿足：

16、

17、其中，fl為所述超透鏡的有效焦距；l1為所述光源陣列的第一邊長；l2為所述光源陣列的第二邊長，所述第二邊長的方向與所述第二方向平行；δu'為所述單元點陣在所述第一方向上的排列周期；δv'為所述單元點陣在所述第二方向上的排列周期；θu為所述第一方向與所述第一邊長的方向之間的夾角；θv為所述第二方向與所述第二邊長的方向之間的夾角；λ為所述發(fā)射光的中心波長。

18、本申請的第二方面提供了一種點陣投射裝置，所述點陣投射裝置包括：光源陣列；如上述實施例所提供的超透鏡。

19、可選地，所述點陣投射裝置包括用于提供準直相位的準直元件；所述準直相位基于所述準直元件的有效焦距，對所述光源陣列的發(fā)射光進行準直。

20、可選地，所述準直元件的有效焦距滿足：

21、

22、其中，fl為所述準直元件的有效焦距；l1為所述光源陣列的第一邊長；l2為所述光源陣列的第二邊長，所述第二邊長的方向與所述第二方向平行；δu'為所述單元點陣在所述第一方向上的排列周期；δv'為所述單元點陣在所述第二方向上的排列周期；θu為所述第一方向與所述第一邊長的方向之間的夾角；θv為所述第二方向與所述第二邊長的方向之間的夾角；λ為所述發(fā)射光的中心波長。

23、可選地，所述準直元件為所述超透鏡。

24、可選地，所述準直元件為準直透鏡組；所述準直透鏡組被設(shè)置于所述超透鏡與所述光源陣列之間；所述準直透鏡組包括至少一片透鏡。

25、本申請實施例中，超透鏡的單元晶胞的排列方向，垂直于頻域中的目標方向，即，垂直于單元點陣在頻域中的周期性排列方向。通過將單元晶胞的排列方向配置為垂直于單元點陣在頻域中的周期性排列方向，超透鏡投射所得的目標點陣幾乎不具有背景噪聲，甚至于理論上來說完全不具有背景噪聲，由此提高了點陣的對比度以及信噪比，進而提高了點陣的應(yīng)用范圍。

技術(shù)特征：

1.一種用于點陣投射的超透鏡，其特征在于，所述超透鏡被配置為提供復(fù)制衍射相位，所述復(fù)制衍射相位用于對光源陣列的發(fā)射光進行復(fù)制投射，以得到目標點陣；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超透鏡，其特征在于，所述目標方向僅包含頻域中的第一方向；所述單元晶胞至少在垂直于所述第一方向的方向上周期性排列。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超透鏡，其特征在于，所述目標方向包括頻域中的第一方向以及第二方向，所述第一方向與所述第二方向互不平行；

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超透鏡，其特征在于，所述超透鏡滿足：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的超透鏡，其特征在于，所述微納結(jié)構(gòu)單元分別沿所述第三方向和所述第四方向周期性排列；所述超透鏡滿足：

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超透鏡，其特征在于，所述超透鏡還被配置為提供準直相位，所述準直相位基于所述超透鏡的有效焦距，對所述光源陣列的發(fā)射光進行準直。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的超透鏡，其特征在于，所述超透鏡滿足：

8.一種點陣投射裝置，其特征在于，所述點陣投射裝置包括：光源陣列；如權(quán)利要求3-5任一項所述的超透鏡。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的點陣投射裝置，其特征在于，所述點陣投射裝置包括用于提供準直相位的準直元件；所述準直相位基于所述準直元件的有效焦距，對所述光源陣列的發(fā)射光進行準直。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的點陣投射裝置，其特征在于，所述準直元件的有效焦距滿足：

11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的點陣投射裝置，其特征在于，所述準直元件為所述超透鏡。

12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的點陣投射裝置，其特征在于，所述準直元件為準直透鏡組；所述準直透鏡組被設(shè)置于所述超透鏡與所述光源陣列之間；所述準直透鏡組包括至少一片透鏡。

技術(shù)總結(jié)
本申請?zhí)峁┝艘环N用于點陣投射的超透鏡及包含其的點陣投射裝置。超透鏡被配置為提供復(fù)制衍射相位，復(fù)制衍射相位用于對光源陣列的發(fā)射光進行復(fù)制投射，以得到目標點陣；目標點陣包括多個陣列排列的單元點陣；在頻域中，每一個單元點陣的圖樣與光源陣列的圖樣保持一致，并且，單元點陣沿頻域中的目標方向周期性排列；超透鏡包括多個周期性排列的單元晶胞；單元晶胞的周期性排列方向，垂直于目標方向。本申請所提供的超透鏡所投射點陣可以極大程度地降低背景噪聲，理論上可以不產(chǎn)生任何背景噪聲，因而極大程度地提高了點陣的對比度以及信噪比，提高了點陣的應(yīng)用范圍。

技術(shù)研發(fā)人員：席科磊,郝成龍,譚鳳澤,朱健
受保護的技術(shù)使用者：深圳邁塔蘭斯科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：20240719
技術(shù)公布日：2025/4/28