一种超表面阵列及具有其的光学模组、几何参数确定方法与流程

本公开一般涉及光电器件，具体涉及一种超表面阵列及具有其的光学模组、几何参数确定方法。

背景技术：

1、散斑结构光3d传感器通过投射特殊编码的散斑图案并捕捉其反射形变，即结合图像匹配算法计算像素变形量，来获取物体的深度信息。具体地，散斑结构光图像匹配算法首先将标定好的平面散斑图作为参考图，其次以反射图中单个像素点为基准选择一个图像块，并在参考图上搜索与之相匹配的图像块，最后计算这两个图像块的偏移，就可以得到该像素点的视差，从而可以根据三角测量原理算出深度值。

2、目前，相关技术中散斑结构光3d传感器的散斑密度小，使得深度图存在“黑洞”等不良现象，后续无法进行正确地图像匹配，严重影响了3d感知的准确性和可靠性。

技术实现思路

1、鉴于相关技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种超表面阵列及具有其的光学模组、几何参数确定方法，能够有效增大散斑密度，提高后续深度信息计算的准确性和可靠性。

2、第一方面，本公开提供一种超表面阵列，所述超表面阵列包括多个光学单元，所述光学单元的材料包括绝缘体上硅材料、sio2-si材料、sio2-sin材料和gaas材料中的任意一种，

3、所述光学单元的几何参数基于几何参数与透射率的对应关系以及几何参数与透射相位的对应关系，分别与不同偏振方向光对应的二维相位分布进行匹配得到；所述几何参数与透射率的对应关系表征所述不同偏振方向光入射条件下，不同几何参数的光学单元所对应的透射率；所述几何参数与透射相位的对应关系表征所述不同偏振方向光入射条件下，不同几何参数的光学单元所对应的透射相位。

4、可选地，在本公开一些实施例中，所述不同偏振方向光包括第一偏振方向光和第二偏振方向光，其中第一偏振方向和第二偏振方向相互垂直。

5、可选地，在本公开一些实施例中，所述二维相位分布通过对目标散斑分布图进行全息相位提取获得。

6、可选地，在本公开一些实施例中，所述目标散斑分布图包括随机散斑分布图或者均匀散斑分布图。

7、可选地，在本公开一些实施例中，所述光学单元的几何参数中长度范围为50nm～450nm，宽度范围为50nm～450nm，高度为750nm。

8、可选地，在本公开一些实施例中，所述光学单元的形状包括圆柱结构和棱柱结构中的任意一种。

9、第二方面，本公开提供一种光学模组，所述光学模组包括沿出射光方向依次设置的光源、准直透镜、偏振片以及第一方面中任意一项所述的超表面阵列。

10、可选地，在本公开一些实施例中，所述光源为垂直腔面发射激光器。

11、第三方面，本公开提供一种超表面阵列的光学单元几何参数确定方法，所述方法用于第一方面中任意一项所述的超表面阵列，所述方法包括：

12、根据不同偏振方向光的目标散斑分布图，分别确定各所述目标散斑分布图对应的二维相位分布；

13、根据几何参数与透射率的对应关系以及几何参数与透射相位的对应关系，分别与各所述目标散斑分布图对应的二维相位分布进行匹配，以获得各所述光学单元的几何参数；所述几何参数与透射率的对应关系表征所述不同偏振方向光入射条件下，不同几何参数的光学单元所对应的透射率；所述几何参数与透射相位的对应关系表征所述不同偏振方向光入射条件下，不同几何参数的光学单元所对应的透射相位。

14、可选地，在本公开一些实施例中，所述根据几何参数与透射率的对应关系以及几何参数与透射相位的对应关系，分别与各所述目标散斑分布图对应的二维相位分布进行匹配，以获得各所述光学单元的几何参数，包括：

15、在各所述几何参数与透射率的对应关系中，分别确定透射率大于透射率阈值的几何参数区域范围；

16、在各所述几何参数与透射相位的对应关系中，分别提取所述几何参数区域范围内的透射相位分布，所述透射相位分布覆盖0～2π；

17、分别比较各所述目标散斑分布图对应的二维相位分布中二维相位与所述透射相位分布中透射相位的大小，并当比较结果满足预设阈值时，确定所述透射相位对应的几何参数为所述光学单元的几何参数。

18、从以上技术方案可以看出，本公开具有以下优点：

19、本公开提供了一种超表面阵列及具有其的光学模组、几何参数确定方法，该超表面阵列包括多个光学单元，而光学单元的几何参数基于几何参数与透射率的对应关系以及几何参数与透射相位的对应关系，分别与不同偏振方向光对应的二维相位分布进行匹配得到。其中，几何参数与透射率的对应关系表示不同偏振方向光入射条件下，不同几何参数的光学单元所对应的透射率，而几何参数与透射相位的对应关系表示不同偏振方向光入射条件下，不同几何参数的光学单元所对应的透射相位。由于该超表面阵列融合了不同偏振方向光对应的二维相位分布，从而可以利用超表面在亚波长尺度上精确控制入射电磁波的相位等特性，能够在远场生成相互叠加的散斑分布图，有效增大了散斑密度，同时极大地提高了后续深度信息计算的准确性，可靠性强。

技术特征：

1.一种超表面阵列，其特征在于，所述超表面阵列包括多个光学单元，所述光学单元的材料包括绝缘体上硅材料、sio2-si材料、sio2-sin材料和gaas材料中的任意一种，

2.根据权利要求1所述的超表面阵列，其特征在于，所述不同偏振方向光包括第一偏振方向光和第二偏振方向光，其中第一偏振方向和第二偏振方向相互垂直。

3.根据权利要求1所述的超表面阵列，其特征在于，所述二维相位分布通过对目标散斑分布图进行全息相位提取获得。

4.根据权利要求3所述的超表面阵列，其特征在于，所述目标散斑分布图包括随机散斑分布图或者均匀散斑分布图。

5.根据权利要求1所述的超表面阵列，其特征在于，所述光学单元的几何参数中长度范围为50nm～450nm，宽度范围为50nm～450nm，高度为750nm。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的超表面阵列，其特征在于，所述光学单元的形状包括圆柱结构和棱柱结构中的任意一种。

7.一种光学模组，其特征在于，所述光学模组包括沿出射光方向依次设置的光源、准直透镜、偏振片以及权利要求1至6中任意一项所述的超表面阵列。

8.根据权利要求7所述的光学模组，其特征在于，所述光源为垂直腔面发射激光器。

9.一种超表面阵列的光学单元几何参数确定方法，其特征在于，所述方法用于权利要求1至6中任意一项所述的超表面阵列，所述方法包括：

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述根据几何参数与透射率的对应关系以及几何参数与透射相位的对应关系，分别与各所述目标散斑分布图对应的二维相位分布进行匹配，以获得各所述光学单元的几何参数，包括：

技术总结
本公开提供了一种超表面阵列及具有其的光学模组、几何参数确定方法，涉及光电器件技术领域。该超表面阵列包括多个光学单元，光学单元的几何参数基于几何参数与透射率的对应关系以及几何参数与透射相位的对应关系，分别与不同偏振方向光对应的二维相位分布进行匹配得到；几何参数与透射率的对应关系表征不同偏振方向光入射条件下，不同几何参数的光学单元所对应的透射率；几何参数与透射相位的对应关系表征不同偏振方向光入射条件下，不同几何参数的光学单元所对应的透射相位。采用本公开的超表面阵列，能够有效增大散斑密度，同时提高后续深度信息计算的准确性和可靠性。

技术研发人员：吴辰阳,黄选纶,纪一鹏,王嘉星,常瑞华
受保护的技术使用者：深圳博升光电科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/5/16