[发明专利]一种3D结构光产生元件

权利要求书

1.一种3D结构光产生元件，通过单次投影曝光、原子层沉积和刻蚀工艺加工而成，其特征在于，包含一个衬底结构和由衬底结构支撑的多个子结构，所述子结构在衬底表面成矩阵排列，在矩阵的行方向和列方向上，相邻两个子结构在衬底上坐标的距离为定值，所述子结构的尺寸相同，转角不同，子结构在绕衬底坐标(x,y)法线的转角θ和子结构在衬底坐标(x,y)处对应的相位φ(x,y)之间满足如下关系：

其中，m为任意整数，φ_θ＝0为θ＝0时子结构在衬底坐标(x,y)处对应的相位。

2.根据权利要求1所述的一种3D结构光产生元件，有如下定义：

入射光在衬底坐标(x,y)处的复振幅分布g₀(x,y)为：

其中，A₀(x,y)为入射光在衬底坐标(x,y)处的振幅，φ₀(x,y)为入射光在衬底坐标(x,y)处的相位，i为虚数单位；

子结构的复振幅透过率t(x,y)为：

t(x,y)＝e^iφ(x,y)

其中，φ(x,y)为待求相位分布；

入射光通过子结构后的复振幅分布g(x,y)为：

输出平面的复振幅分布u(x₁,y₁,z)为：

其中，(x₁,y₁)为输出平面的坐标，z为输出平面与衬底所在平面的距离，λ是自由空间波长，r是输出平面上坐标为(x₁,y₁)的点到衬底中心的距离；

输出平面的光强分布I(x₁,y₁,z)为：

I(x₁,y₁,z)＝|u(x₁,y₁,z)|²

其特征在于，计算子结构在衬底坐标(x,y)处对应的相位φ(x,y)的方法，包括以下步骤：

步骤a、令φ_init(x,y)＝φ₀(x,y)+φ(x,y)并，对φ_init(x,y)赋值，将赋值后的φ_init(x,y)作为初始相位分布，组成入射光通过元件后的初始复振幅分布

步骤b、根据复振幅分布得到u(x₁,y₁,z)；

步骤c、目标3D结构光点阵的光强分布I_goal(x₁,y₁,z)为：

I_goal(x₁,y₁,z)＝|u_goal(x₁,y₁,z)|²＝|B_goal(x₁,y₁,z)|²，

其中，u_goal(x₁,y₁,z)为目标3D结构光点阵的复振幅分布，B_goal(x₁,y₁,z)为目标3D结构光点阵的实振幅分布；

步骤d、用B_goal(x₁,y₁,z)替代u(x₁,y₁,z)中的实振幅，组成新的输出平面复振幅分布为：

步骤e、利用步骤d得到的新的输出平面复振幅分布根据如下公式：

得到新的入射光通过元件后的复振幅分布g(x,y)；

步骤f、步骤e中g(x,y)的实振幅用入射光实振幅A₀(x,y)代替，相位部分保持不变，组成新的入射光通过元件后的复振幅分布为：

步骤g、计算入射光实振幅误差δ_g和输出平面实振幅误差δ_u分别为：

步骤h、判断入射光实振幅误差δ_g和输出平面实振幅误差δ_u是否均小于各自阈值，如果：

是，将复振幅分布写成返回步骤b；

否，迭代结束，按照以下公式：

计算得到子结构在衬底坐标(x,y)处对应的相位φ(x,y)。