【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光学器件领域，特别涉及一种结构光投射器模组以及超表面元件的设计方法。
技术介绍
1、结构光(structure light)是指在二维平面上具有特定排列方式的面光场。将这种结构vcsel光源投射到三维物体上，受到三维物体的深度调制使得接收端获取的光场排布方式发生变化，其他参数不变的情况下，接收端获取的光场排布变化与三维物体的形貌一一对应。因此通过接收端获取被三维物体调制的结构光分布即可计算得到物体的三维形貌。
2、结构光的类型主要包括正弦条纹、随机散斑、彩色编码条纹、灰度编码条纹等等。随着结构光的应用范围越来越广泛，比如人脸识别、手势识别、三维(three-dimension，3d)轮廓重现等。因此对高效的结构光投射器设计需求增加。具体体现在对体积小、设计优化效率高、出射光非均匀性好、视角大等性能的提升。
3、传统的点阵结构光投射器主要由vcsel光源、准直模块、doe衍射光学元件组成。这种点阵结构光投射器的准直模块由多片镜片组成，体积大，不利于系统小型化。
技术实现思路
1、本申请提供了一种结构光投射器模组以及超表面元件的设计方法，以至少解决现有技术中存在的以上技术问题。
2、本申请实施例一方面提供一种结构光投射器模组，包括激光光源和超表面元件，所述超表面元件包括透明基底和设于所述基底上的纳米柱阵列，所述纳米柱阵列由若干纳米柱构成，所述纳米柱阵列为至少一组。
3、在一可实施方式中，构成所述基底的材料为二氧化硅、氟化镁、
4、在一可实施方式中，所述纳米柱的直径范围为180nm-300nm，直径由相位分布和透过率曲线决定；所述纳米柱的高度范围为500-740nm；所述纳米柱中心之间的间距范围为270-440nm。
5、在一可实施方式中，所述纳米柱的高度为740nm，所述纳米柱中心之间的间距为440nm。
6、在一可实施方式中，所述纳米柱阵列为一组，所述纳米柱阵列设于背离激光光源的一侧。
7、在一可实施方式中，所述纳米柱阵列为两组，两组所述纳米柱阵列分别设于所述基底的两侧。
8、本申请实施例另一方面提供了一种超表面元件的设计方法，所述超表面元件的透过率函数由准直相位和分束超表面光栅相位组成；所述准直相位用于对激光光源发出的单点或多点激光进行准直将球面光波转化成平面波；所述分束超表面光栅相位用于根据目标光场分布将光斑分光并偏转至制定角度。
9、在一可实施方式中，上述设计方法包括如下步骤：
10、s1、确定准直相位排布
11、根据激光光源的发散角α，光源数量和排布方式，准直相位焦距；
12、s2、确定分束超表面光栅相位排布
13、s21、确定夹角
14、确定目标光场平面上所有亮点与光轴的夹角；
15、确定目标光场平面上所有亮点与x轴和y轴的夹角和；
16、其中，i表示第i个光斑；
17、s22、确定周期和相位排列
18、根据确定分束超表面光栅的周期和相位排列；
19、s23、确定旋转方向
20、根据和计算分束超表面光栅的旋转方向；
21、s3、得到最终相位排布
22、将s1中准直相位和s2中分束超表面光栅相位叠加得到最终相位分布。
23、在一可实施方式中，目标光场的光斑排布包括如下公式：
24、光轴的夹角；
25、第i个光斑与x轴夹角；
26、第i个光斑与y轴夹角；
27、其中，z表示目标光场距超表面元件的距离。
28、在一可实施方式中，准直相位的相位值根据如下公式计算：
29、
30、其中，为根据算得的分束超表面光栅相位的采样点坐标，k为波数，f为焦距。
31、与现有技术相比，本申请具有如下优点：
32、1、本申请中采用超表面元件替换传统的准直模块，减小了模组的体积，有利于模组的小型化；
33、2、本申请中超表面元件利用分束超表面光栅相位和准直相位的叠加，进一步减小了模组体积；
34、3、本申请具有对vcsel光源发出的球面波同时或分步进行准直和扩束的效果；
35、4、本申请设计方法中直接根据偏转角度准确快速计算分束超表面光栅的排布，实现对光源的分束；省去了繁琐的迭代优化，提高了计算效率。
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1.一种结构光投射器模组，其特征在于：包括激光光源和超表面元件，所述超表面元件包括透明基底和设于所述基底上的纳米柱阵列，所述纳米柱阵列由若干纳米柱构成，所述纳米柱阵列为至少一组。
2.根据权利要求1所述的一种结构光投射器模组，其特征在于：构成所述基底的材料为二氧化硅、氟化镁、氧化铝或氮化硅；构成所述纳米柱的材料为氮化硅、二氧化硅、氧化钛、非晶硅或硫系材料；所述激光光源为vcsel光源。
3.根据权利要求1所述的一种结构光投射器模组，其特征在于：所述纳米柱的直径范围为180nm-300nm，直径由相位分布和透过率曲线决定；
4.根据权利要求3所述的一种结构光投射器模组，其特征在于：所述纳米柱的高度为740nm，所述纳米柱中心之间的间距为440nm。
5.根据权利要求1所述的一种结构光投射器模组，其特征在于：所述纳米柱阵列为一组，所述纳米柱阵列设于背离激光光源的一侧。
6.根据权利要求1所述的一种结构光投射器模组，其特征在于：所述纳米柱阵列为两组，两组所述纳米柱阵列分别设于所述基底的两侧。
7.一种超表面元件的设
8.根据权利要求7的设计方法，其特征在于，包括如下步骤：
9.根据权利要求8的设计方法，其特征在于，目标光场的光斑排布包括如下公式：
10.根据权利要求8的设计方法，其特征在于，准直相位的相位值根据如下公式计算：
...【技术特征摘要】
1.一种结构光投射器模组，其特征在于：包括激光光源和超表面元件，所述超表面元件包括透明基底和设于所述基底上的纳米柱阵列，所述纳米柱阵列由若干纳米柱构成，所述纳米柱阵列为至少一组。
2.根据权利要求1所述的一种结构光投射器模组，其特征在于：构成所述基底的材料为二氧化硅、氟化镁、氧化铝或氮化硅；构成所述纳米柱的材料为氮化硅、二氧化硅、氧化钛、非晶硅或硫系材料；所述激光光源为vcsel光源。
3.根据权利要求1所述的一种结构光投射器模组，其特征在于：所述纳米柱的直径范围为180nm-300nm，直径由相位分布和透过率曲线决定；
4.根据权利要求3所述的一种结构光投射器模组，其特征在于：所述纳米柱的高度为740nm，所述纳米柱中...
【专利技术属性】
技术研发人员：姚建云，施依琳，龚永兴，
申请(专利权)人：杭州纳境科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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