[发明专利]衍射光学元件的设计方法、衍射光学元件及结构光投射器

权利要求书

1.一种衍射光学元件的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

制作用于球面波光场的光学元件基体；

在所述光学元件基体的一通光表面上根据衍射透过率函数刻蚀衍射透光面；

或者在所述光学元件基体的第一通光表面上根据准直透过率函数成型准直透光面，在所述光学元件基体的第二通光表面上根据复制衍射函数刻蚀衍射透光面；

或者在所述光学元件基体的一通光表面上根据准直复制衍射函数集成刻蚀形成准直衍射透光面，所述准直衍射透光面包括准直和复制衍射功能。

2.根据权利要求1所述的衍射光学元件的设计方法，其特征在于，所述在所述光学元件基体的一通光表面上根据衍射透过率函数刻蚀衍射透光面的步骤还包括：

激光光源发出球面波；

根据公式：球面波×衍射透过率函数＝接收屏上散斑点光场分布函数，已知球面波与最终散斑点光场分布函数，计算出所述衍射透过率函数。

3.根据权利要求1所述的衍射光学元件的设计方法，其特征在于，

在所述光学元件基体的一通光表面上根据准直复制衍射函数集成刻蚀形成准直衍射透光面的步骤还包括：

激光光源发出球面波；

求出准直透过率函数，所述球面波通过准直函数变为平面波；

求出复制衍射函数，所述平面波通过复制衍射函数变成多束不同角度分布的平行光束；

所述准直复制衍射函数等于所述准直透过率函数与所述复制衍射函数求乘积；

其中，接收屏的光学图案为激光光源的复制子块，每个复制子块的散斑点随机性由激光光源的光点分布决定。

4.根据权利要求1所述的衍射光学元件的设计方法，其特征在于，

在所述光学元件基体的一通光表面上根据准直复制衍射函数集成刻蚀形成准直衍射透光面的步骤还包括：

激光光源发出非相干球面波；

求出准直透过率函数，所述非相干球面波通过准直函数变为平面波；

求出复制衍射函数，所述平面波通过复制衍射函数变成多束不同角度分布的平行光束；

所述准直复制衍射函数等于所述准直透过率函数与所述复制衍射函数求乘积。

5.根据权利要求1所述的衍射光学元件的设计方法，其特征在于，

在所述光学元件基体的一通光表面上根据准直复制衍射函数集成刻蚀形成准直衍射透光面的步骤还包括：

激光光源发出相干球面波；

求出准直透过率函数，所述相干球面波通过准直函数变为平面波；

求出复制衍射函数，所述平面波通过复制衍射函数变成多束不同角度分布的平行光束；

所述准直复制衍射函数等于所述准直透过率函数与所述复制衍射函数求乘积。

6.根据权利要求2、4、5任意一项所述的衍射光学元件的设计方法，其特征在于，接收屏的光学图案中每个复制光点的亮度是所述激光光源所有光点亮度在此处的叠加，每个复制光点的随机性由衍射光学元件的相位分布决定。

7.一种衍射光学元件，包括用于球面波光场的光学元件基体，

所述光学元件基体的一通光表面上根据衍射透过率函数刻蚀衍射透光面；

或者所述光学元件基体的第一通光表面上根据准直透过率函数成型准直透光面，所述光学元件基体的第二通光表面上根据复制衍射函数刻蚀衍射透光面；

或者所述光学元件基体的一通光表面上根据准直复制衍射函数集成刻蚀形成准直衍射透光面，所述准直衍射透光面包括准直和复制衍射功能。

8.根据权利要求7所述的衍射光学元件，其特征在于，

由所述衍射透过率函数制作的衍射透光面用于对球面波光场进行准直和衍射；

或者所述准直透光面用于对球面波光场进行准直；由所述复制衍射函数制作的衍射透光面用于对激光光源复制和光束扩散；

或者由所述准直复制衍射函数集成刻蚀形成的准直衍射透光面，用于对激光光源同时进行准直和复制衍射功能。

9.一种结构光投射器，其特征在于，包括发出球面波的激光光源以及如权利要求7或8所述的衍射光学元件。

10.一种结构光3D视觉系统，包括结构光投射器、红外图像传感器以及图像处理芯片，其特征在于，所述结构光投射器包括发出球面波的激光光源以及如权利要求7或8所述的衍射光学元件，用于测量和计算3D图像深度。