衍射光學元件DOE在結構光照明方向的應用

隨著自動駕駛、機器視覺等前沿技術的發展，結構光照明成為這些創新領域的研發和應用的有機組成部分。結構光照明通過將已知光強分布圖樣的光照射到目標或場景上，測量變形（由于樣品表面的幾何構型造成的變性）的返回圖樣，經過計算分析得到目標的距離、表面形貌、運動及其他參數。DOE可以構建非常復雜的訂制光強圖樣，這些圖樣的形狀，紋路，角度等都可以根據用戶的應用靈活編程。

激光雷達
激光雷達（Laser Detection and Ranging, LIDAR）是利用激光測量距離等參數的技術。常規的激光雷達采用激光照明遠程的目標，通過傳感器測量返回的激光脈沖。利用回波時間和波長的輕微變化可得知目標的3D形貌和速度。
另外一種技術途徑是三角測距。激光測量系統、探測器（相機或光電傳感器）、目標構成一個三角形。當探測器和激光之間的距離已知、激光和目標之間的距離測知時，可通過三角關系計算三角的另外一邊（探測器和目標）的距離。
LIDAR具有無止境的應用領域，從機器視覺、自動駕駛到航空、航天器地表掃描成像。緊湊型LIDAR可裝配于無人機上用于獨立的低成本勘測。在很多LIDAR系統中，同時采用多態激光器掃描監控區域。DOE可以將單個激光束高效變換成多束、多線結構，并可根據實際應用訂制各種照明構型。

圖5.1 空中激光雷達（左）和地表高度掃描激光雷達（右）

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3D 感測
很多3D感測技術需將具備特定圖樣的光斑或線分布投影到目標（如臉部、人體等）表面。DOE可用于產生所需要的圖樣，既可以將單束激光分束，也可以將VCSEL光束陣列“裁縫”成大面積的結構光。特別是在VCSEL光源的使用中，由于其多點、陣列發射的特征，準確可靠的“裁縫”操作尤為重要。豐富的建模、設計能力確保為客戶特定的VCSEL專門制造高性能的DOE，可實現圖樣無縫隙、無重疊、零級小化；更重要地，確保您的產品滿足人眼安全規范。

圖5.2 VCSEL構建的不良（左，有縫隙）的結構光與正確的結構光（右）

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投影標識
在很多應用中，需要采用可變的投影標識來代替固定標識。投影標識可以瞬時改變或關閉，而無需接觸標識目標；例如可變車道的導向標識、倉庫內隨倉儲物體類型調整的標識等。在很多醫學治療中，投影標識是必須的，例如在放療中用于高精度的指示需要治療的目標靶位。DOE能夠創建幾乎任意形狀的定制投影標識。

圖5.3 訂制的投影標識圖樣

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表面檢測
將結構光用于檢測表面檢測是一種評估較大面積內裂縫及缺陷的高效方法。采用二維結構光照明目標表面，反射光進行成像并采用三角法則計算和分析。表面缺陷處將不能正常反射，通過其位置與變形程度可評估缺陷的位置及程度。
訂制的結構光DOE可根據測量的需求產生所要求的照明結構、發散角等參數。

圖5.4 網格照明（左）及表面起伏檢測（右）

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圓筒/ 管道掃描
結構光具備多種重要的功能，例如探測氣體管道的泄露，識別隧道的早期裂縫以避免代價高昂的后期結構維修，內窺鏡及結腸鏡診斷，以及窄小或寬大圓筒結構測量。特別地，共心多環結構光可用于管道內壁的3D成像；這種光斑圖樣近被證實為此類應用適合的照明。共心多環圖樣的主要參數是全角和圓環數目，均可在設計時根據應用特性確定。

圖5.5 多環照明（左）；環形照明用于管道檢測（右）

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