[发明专利]一种超表面光学元件及设计方法、结构光投影模组

说明书

本申请提供一种超表面光学元件及设计方法、结构光投影模组，涉及光学技术领域，包括：基底，设置于基底上的多个通过传输相位调制入射光束的纳米天线，至少两个纳米天线的尺寸不同且多个纳米天线阵列分布于基底，相邻两个纳米天线的中心间距相同，每个纳米天线的传输相位为准直相位和衍射相位的叠加。如此，便可以使得形成的超表面光学元件能够同时具有准直和衍射功能，即将准直元件和衍射元件进行集成，有效降低了现有准直和衍射独立为两个光学元件所占用的空间，同时，由于取消了准直元件和衍射元件的对位装配，因此，能够有效降低其所导致的对位误差。

技术领域

本申请涉及光学技术领域，具体而言，涉及一种超表面光学元件及设计方法、结构光投影模组。

背景技术

结构光(structure light)是通过投射特定的图案至物体表面，并通过接收模组采集，根据物体造成的光信号的变化来计算物体的位置及深度信息，进而复原整个深度空间。该图案可被设计成条纹形态、规则点阵形态、网格形态、散斑形态、编码形态等，甚至更复杂形态的光形。随着光学技术的发展，结构光的应用范围越来越广泛，比如人脸识别、手势识别、投影仪、三维(Three-dimensional，3D)轮廓重现、深度测量、防伪辨识等。因此如何提供一种稳定发射结构光的投影模组成为人们研究的重点。

现有技术中的结构光投影模组主要包括光源、准直透镜以及衍射光学元件。现有结构光投影模组中，准直镜和衍射光学元件为分立元件，使得整个模组占用空间较大，对位精度较低。

发明内容

本申请的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种超表面光学元件及设计方法、结构光投影模组，以改善现有结构光投影模组占用空间较大，对位精度较低的问题。

为实现上述目的，本申请实施例采用的技术方案如下：

本申请实施例的一方面，提供一种超表面光学元件，包括基底，设置于基底上的多个通过传输相位调制入射光束的纳米天线，至少两个纳米天线的尺寸不同且多个纳米天线阵列分布于基底，相邻两个纳米天线的中心间距相同，每个纳米天线的传输相位为准直相位和衍射相位的叠加。

可选的，纳米天线在基底上的正投影为C4旋转对称图形。

可选的，纳米天线的正投影为圆形。

可选的，纳米天线的正投影为正方形。

可选的，多个纳米天线包括第一天线和第二天线，第一天线在基底的正投影为圆形，第二天线在基底的正投影为正方形。

可选的，当纳米天线为正方形时，正方形的边长为50nm至500nm。

可选的，当纳米天线为圆形时，圆形的直径为50nm至500nm。

可选的，当纳米天线为正方形时，正方形的边长为50nm至500nm，当纳米天线为圆形时，圆形的直径为50nm至500nm。

可选的，相邻两个纳米天线的中心间距200nm至600nm。

可选的，多个纳米天线的高度均大于300nm。

可选的，多个纳米天线的高度均相同。

可选的，尺寸不同的纳米天线的个数大于或等于4，至少两个纳米天线的形状不同。

本申请的另一方面，提供一种超表面光学元件设计方法，方法包括：

获取模拟准直元件基底上设置的多个第一模拟纳米天线各自对应的准直相位；

获取模拟衍射元件基底上设置的多个第二模拟纳米天线各自对应的衍射相位，其中，多个第一模拟纳米天线与多个第二模拟纳米天线的数量一一对应；

将多个第一模拟纳米天线的准直相位与各自对应的第二模拟纳米天线的衍射相位叠加得到多个模拟相位；