[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

说明书

本发明公开了一种衍射光学元件的设计方法、衍射光学元件及结构光投射器，该方法包括以下步骤：制作用于球面波光场的光学元件基体；在该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；或者在该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，在该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；或者在该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，该准直衍射透光面包括准直和复制衍射功能。本发明的方法和光学器件以及系统将光束准直衍射功能集成在一衍射光学元件上，使激光光源发射的光直接经过衍射光学元件就能到散斑点光场分布。

技术领域

本发明涉及三维成像技术领域，具体涉及一种衍射光学元件的设计方法、衍射光学元件、结构光投射器以及结构光3D视觉系统。

背景技术

随着人脸识别、AR/VR等应用在生活中的不断深入，结构光三维传感技术必将迎来爆发期，有望真正成为机器或智能手机的眼睛，使机器人能够更准确地感知环境，识别使用者。基于结构光的三维传感技术具有量程大、非接触、速度快、系统柔性好、精度适中等优点。

结构光三维传感技术中核心部件是结构光投射器，结构光投射器发出带特定编码特征的光斑，投射在物体上，物体反射红外光，红外相机接收反射光，形成带特定编码特征的结构光红外图，将当前采集到的结构光红外图与预先采集并保存的参考结构光图像进行匹配计算，实际应用中沿红外图逐行扫描方向去找匹配的像素点，以获得当前结构光图像中像素相对于参考结构光图像中对应像素的偏差量。基于三角测量原理，利用该偏差量便可计算出该像素的深度值，从而得到整个画面的深度图像。这里的偏差量一般指的是沿红外图扫描方向上的的偏差量，因此一般要求结构光散斑点沿红外图扫描方向上有非常高的随机性，防止出现误配现象。

常见的结构光投射器是将光源、准直镜、衍射光学元件等精密复杂的器件组装在一起，结构光模组基于光学三角测量原理来计算物体的深度信息，对各部件组装精度要求也极高，多个光学元件组装不仅增大结构光模组的体积，而且元件之间始终存在细微误差，结构光模组多个光学元件之间组装完成后，形成一定的累积误差。

因此，现有的结构光投射技术亟待改进。

发明内容

基于此，为解决现有技术中存在的技术问题，本发明提出了一种将光束准直衍射功能集成在衍射光学元件上，使激光光源发射的光直接经过衍射光学元件就能到结构光散斑点光场分布，并且减少使用光学元件，缩小整个投射器的尺寸，降低器件成本和组装难度的衍射光学元件的设计方法、衍射光学元件、结构光投射器以及结构光3D视觉系统。

第一方面，本实施例提供一种衍射光学元件的设计方法，包括以下步骤：

制作用于球面波光场的光学元件基体；

在该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；

或者在该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，在该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；

或者在该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，该准直衍射透光面包括准直和复制衍射功能。

第二方面，本申请实施例提供一种衍射光学元件，包括用于球面波光场的光学元件基体，

该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；

或者该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，该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；

或者该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，该准直衍射透光面包括准直和复制衍射功能。