[发明专利]一种光衍射器件及其制备方法和三维显示装置

说明书

本发明公开了一种基于随机激光散斑的纳米级结构光衍射器件。该结构光衍射器件的衍射结构单元只有几百纳米，甚至几十纳米，具有分辨率高，对比度高和视场角大等优势。在此基础上，本发明还提出了一种纳米级衍射器件的制作方法，即位相光场干涉光刻法。利用该方法可以制备出高品质的深度感知结构光衍射器件。相比于传统的光学元件加工技术，本发明提出的位相光场干涉光刻法具有分辨率高和位相匹配精度高等优势，与紫外投影曝光和电子束直写等光刻技术相比，本发明提出的光刻技术具有速度快、成本低等优势。

技术领域

本发明涉及显示设备技术领域，更具体地说，涉及一种面向深度感知的光衍射器件及其制备方法和三维显示装置。

背景技术

视觉是人类观察与认知世界最直接的途径，随着人类追求的不断提高，如何让机器或智能设备具有类似人眼的3D视觉感知能力，从而实现人与机器的自然交互、人与网络世界的虚拟交互、甚至机器与机器之间的交互成为时下的技术热点。人机交互的前提条件是机器或智能设备能够建立真实场景的三维图像，这就需要机器或智能设备对真实场景进行深度感知，获取真实场景的深度信息，其中利用的关键技术称为深度感知技术。深度感知技术作为获取三维图像的关键共性技术，对推动虚拟现实、增强现实、智能机器人、无人机、智能手机、智能监控、整形医疗等新兴产业的深入发展起着不可或缺的作用。主流的深度感知技术包括三种，立体视觉技术、飞行时间法技术和结构光技术。相较于前两种深度感知技术，结构光技术具有不受环境光影响、立体匹配算法简单、获取的深度信息更稳定准确等优势，当前和未来很长一段时间内，将成为人机交互、智能设备深度获取等领域的主流技术。当前采用结构光深度感知技术的典型产品有微软公司出品的Kinect系列深度相机、谷歌的Project tango项目所用的结构光深度感知模组和微软Hololens深度摄像头等。

根据形成机制的不同，结构光可分为照明投影型和激光衍射型。照明投影型结构光的分辨率、视场角和焦深都具有自身的局限性，相比于前者，激光衍射型结构光因其光学结构的衍射特性而能够获得更高品质的结构光图像。随着增强现实、机器视觉、智能手机等深度感知应用领域对高质量三维深度信息的要求越来越高，激光衍射型结构光技术正逐渐成为获得高分辨率、高匹配精度三维深度信息的主流技术手段。微软体感交互设备Kinect一代的深度感知模组就是通过衍射光学元件形成激光散斑图像来获取真实物体的深度信息。

结构光感知技术中，从被测物体表面获取的结构光图像是反映目标物体三维形貌的信息源，因此结构光图像的分辨率、对比度、视场角等特性直接关系到深度信息的可靠性与精确度。激光衍射型结构光图像的分辨率、对比度和视场角取决于结构光元件的衍射单元尺寸和位相匹配精度。目前为止，以kinect深度相机为代表的结构光应用中，结构光衍射元件的衍射单元尺寸仅能局限于微米量级，这大大限制了结构光图像的分辨率、对比度和视场角等特性，难以充分展现衍射型结构光的优势。

发明内容

为了获取更高品质的结构光图像，本发明提出了一种基于随机激光散斑的纳米级光衍射器件。该光衍射器件具有分辨率高，对比度高和视场角大等优势。本发明提出的光刻技术具有速度快、成本低等优势。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种光衍射器件的制作方法，包括以下步骤：

s1，利用傅里叶变换算法计算出随机散斑的二阶频谱位图；

s2，将二阶频谱位图形貌特征加工到透明基底表面，形成位相深度为浮雕结构的位相型衍射光学元件。

本发明提出一种纳米级衍射器件的制作方法，即位相光场干涉光刻法。利用该方法可以制备出高品质的深度感知光衍射器件。相比于传统的光学元件加工技术，本发明提出的位相光场干涉光刻法具有分辨率高和位相匹配精度高等优势，与紫外投影曝光和电子束直写等光刻技术相比，本发明提出的光刻技术具有速度快、成本低等优势。

优选的，步骤s2包括以下步骤：