衍射光学元件DOE在结构光照明方向的应用

激光雷达（Laser Detection and Ranging, LIDAR）是利用激光测量距离等参数的技术。常规的激光雷达采用激光照明远程的目标，通过传感器测量返回的激光脉冲。利用回波时间和波长的轻微变化可得知目标的3D形貌和速度。

另外一种技术途径是三角测距。激光测量系统、探测器（相机或光电传感器）、目标构成一个三角形。当探测器和激光之间的距离已知、激光和目标之间的距离测知时，可通过三角关系计算三角的另外一边（探测器和目标）的距离。

LIDAR具有无止境的应用领域，从机器视觉、自动驾驶到航空、航天器地表扫描成像。紧凑型LIDAR可装配于无人机上用于独立的低成本勘测。在很多LIDAR系统中，同时采用多态激光器扫描监控区域。DOE可以将单个激光束高效变换成多束、多线结构，并可根据实际应用订制各种照明构型。

▲图. 空中激光雷达（左）和地表高度扫描激光雷达（右）

很多3D感测技术需将具备特定图样的光斑或线分布投影到目标（如脸部、人体等）表面。DOE可用于产生所需要的图样，既可以将单束激光分束，也可以将VCSEL光束阵列“裁缝”成大面积的结构光。特别是在VCSEL光源的使用中，由于其多点、阵列发射的特征，准确可靠的“裁缝”操作尤为重要。丰富的建模、设计能力确保为客户特定的VCSEL专门制造高性能的DOE，可实现图样无缝隙、无重叠、零级最小化；更重要地，确保您的产品满足人眼安全规范。

▲图. VCSEL构建的不良（左，有缝隙）的结构光与正确的结构光（右）

在很多应用中，需要采用可变的投影标识来代替固定标识。投影标识可以瞬时改变或关闭，而无需接触标识目标；例如可变车道的导向标识、仓库内随仓储物体类型调整的标识等。在很多医学治疗中，投影标识是必须的，例如在放疗中用于高精度的指示需要治疗的目标靶位。DOE能够创建几乎任意形状的定制投影标识。

▲图.  订制的投影标识图样

将结构光用于检测表面检测是一种评估较大面积内裂缝及缺陷的高效方法。采用二维结构光照明目标表面，反射光进行成像并采用三角法则计算和分析。表面缺陷处将不能正常反射，通过其位置与变形程度可评估缺陷的位置及程度。

订制的结构光DOE可根据测量的需求产生所要求的照明结构、发散角等参数。

▲图.  网格照明（左）及表面起伏检测（右）

结构光具备多种重要的功能，例如探测气体管道的泄露，识别隧道的早期裂缝以避免代价高昂的后期结构维修，内窥镜及结肠镜诊断，以及窄小或宽大圆筒结构测量。特别地，共心多环结构光可用于管道内壁的3D成像；这种光斑图样最近被证实为此类应用最适合的照明。共心多环图样的主要参数是全角和圆环数目，均可在设计时根据应用特性确定。

▲图.  多环照明（左）；环形照明用于管道检测（右）