CN114371554A - 用于分束的衍射光学元件及其设计方法、结构光投射器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于分束的衍射光学元件的设计方法，包括：S11确定衍射光学元件的输入光场分布及目标输出光场分布，目标输出光场为均匀分光的或者能量分布从中心到边缘按照规律分布的散斑点阵；S12构建衍射光学元件的分光点阵，分光点阵用于对光源进行阵列复制来实现特定视场范围的散斑点阵，其排布方式为规则排布或者纵向和/或横向周期性错位排布；S13将分光点阵进行扰动，以降低实际输出光场和目标输出光场的偏差，对扰动量加以限制来保证散斑点阵中相邻区块间不会出现明显的重叠或缝隙；S14按照扰动后的分光点阵设计衍射光学元件；扰动包括将分光点阵中的至少部分点进行移动。本发明的设计方法设计的衍射光学元件，可有效降低输出光场的非均匀性。

Description

用于分束的衍射光学元件及其设计方法、结构光投射器

技术领域

本公开涉及衍射光学技术领域，尤其涉及一种用于分束的衍射光学元件的设计方法、一种根据该设计方法设计的用于分束的衍射光学元件以及一种结构光投射器。

背景技术

对于双目视觉或者3D结构光应用而言，其识别算法要求投射器投出的散斑点阵具有较高的随机性。不管是有准直还是无准直的投射器方案，模组投射出的散斑点阵均是由多点vcsel(Vertical Cavity Surface Emitting Laser，垂直腔面发射激光器)光源经过DOE(Diffractive Optical Element，衍射光学元件)分光点阵器件复制后得到。多点vcsel光源的发光点排布本身具有随机性，要使经DOE复制后的散斑也具有随机性，对DOE分光点阵的排列方式则提出了特殊要求。

此外，在3D识别系统如双目视觉、结构光、ToF(Time of Flight，飞行时间)中，深度识别算法对投射出的散斑点阵具有较高的非均匀性要求，而散斑点阵的非均匀性主要取决于分束器件的分束非均匀性。因此，在分束器件的设计过程中，需要尽可能的让各分束点的能量相近，即点阵能量的非均匀性尽可能低，这对分束点阵的设计方法提出了较高的要求。通过标量GS算法(Gerchberg-Saxton algorithm，盖尔﹒沙普利算法)可以设计出具有较低非均匀性的点阵，但是在大视场角情况下，微结构的特征尺寸已经达到波长量级，此时由于矢量效应的存在，会使得点阵非均匀性变差，所以基于标量的点阵设计方法需要进一步改进。

背景技术部分的内容仅仅是公开发明人所知晓的技术，并不当然代表本领域的现有技术。

发明内容

有鉴于现有的一个或多个缺陷，本发明涉及一种用于分束的衍射光学元件的设计方法，包括：

S11：确定所述衍射光学元件的输入光场分布以及目标输出光场分布，所述输入光场分布包括光源的参数以及排布方式，所述目标输出光场为均匀分光的或者能量分布从中心到边缘按照规律分布的散斑点阵；

S12：构建所述衍射光学元件的分光点阵，所述分光点阵用于对光源进行阵列复制来实现特定视场范围的散斑点阵，所述分光点阵的排布方式为规则排布或者纵向和/或横向周期性错位排布；

S13：将所述分光点阵进行扰动，以降低实际输出光场和目标输出光场的偏差，对所述扰动方式的扰动量加以限制来保证所述散斑点阵中相邻区块间不会出现明显的重叠或缝隙；

S14：按照所述扰动后的分光点阵，采用标量GS算法设计所述衍射光学元件；

其中，所述扰动包括将所述分光点阵中的至少部分点进行移动。

根据本发明的一个方面，其中所述步骤S13包括：将所述分光点阵进行横向扰动，以降低实际输出光场的非均匀性。

根据本发明的一个方面，其中对于所述分光点阵中的至少一列点的横向扰动的量大致围绕该列的中心对称。

根据本发明的一个方面，其中所述步骤S13包括：将所述分光点阵进行纵向扰动，以降低实际输出光场的非均匀性。

根据本发明的一个方面，其中对于所述分光点阵中的至少一行点的纵向扰动的量大致围绕该行的中心对称。

根据本发明的一个方面，其中所述步骤S13包括：将所述分光点阵横向扰动和纵向扰动，以降低实际输出光场的非均匀性。

根据本发明的一个方面，其中所述分光点阵中各点的扰动量大致围绕该点阵的中心对称。

根据本发明的一个方面，其中所述步骤S13包括：对至少部分点进行横向和/或纵向的随机扰动，以降低实际输出光场的非均匀性。

根据本发明的一个方面，其中所述衍射光学元件为2级台阶量化时，其中所述步骤S13还包括：保持所述分光点阵的中心点不移动。

根据本发明的一个方面，其中所述衍射光学元件为2ⁿ级台阶量化时，n为大于1的正整数，所述分光点阵的扰动量非中心对称。

根据本发明的一个方面，其中所述目标输出光场为1：1/(cos(θ_i))^P分布的散斑点阵，其中θ_i为第i个分光点与光轴的夹角。

根据本发明的一个方面，其中所述步骤S12包括：构建所述衍射光学元件的分光点阵，所述分光点阵用于对单点或多点vcsel光源进行阵列复制来实现特定视场范围的散斑点阵，所述分光点阵的排布方式为规则排布或者纵向1/M和/或横向1/N错位排布，其中M和N均为大于2的正整数。

根据本发明的一个方面，所述输入光场为随机排列的多点VCSEL光源形成的光场。

根据本发明的一个方面，其中所述步骤S14还包括：当输入光场为发散光时，在所述衍射光学元件中叠加准直镜功能。

本发明还涉及一种根据上述的设计方法设计的用于分束的衍射光学元件。

办发明还涉及一种结构光投射器，包括：

VCSEL光源，用于产生激光；和

根据上述的设计方法设计的衍射光学元件，用于对所述激光进行分束。

本发明的设计方法通过对每个目标级次按照预设条件进行扰动后再进行标量设计，构建衍射光学元件的分光点阵，可以实现基于标量设计方法下的较低非均匀性的分光点阵的设计，从而采用本发明设计的衍射光学元件可有效降低输出光场的非均匀性。

附图说明

构成本公开的一部分的附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。在附图中：

图1示出了本发明一个实施例的用于分束的衍射光学元件的设计方法流程图；

图2示出了本发明一个实施例的单点VCSEL光源通过衍射光学元件后形成的输出光场分布示意图；

图3示出了本发明一个实施例的多点VCSEL光源通过衍射光学元件后形成的输出光场分布示意图；

图4示出了本发明一个实施例的输入光场和输出光场分布示意图；

图5a示出了本发明一个实施例的规则排布的分光点阵示意图；

图5b示出了本发明一个实施例的周期性错位排布的分光点阵示意图；

图6示出了本发明一个实施例的将分光点阵进行横向扰动的示意图；

图7示出了本发明一个实施例的将分光点阵进行纵向扰动的示意图；

图8示出了本发明一个实施例的无S扰动和有S扰动的输出光场分布对比图；

图9示出了本发明一个实施例的无S扰动的输出光场非均匀性示意图；

图10示出了本发明多个实施例的有S扰动的输出光场非均匀性示意图。

具体实施方式

在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语"安装"、"相连"、"连接"应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接:可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之"上"或之"下"可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征"之上"、"上方"和"上面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征"之下"、"下方"和"下面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

图1示出了本发明一个实施例的用于分束的衍射光学元件的设计方法流程图，设计方法10包括：

在步骤S11确定衍射光学元件的输入光场分布以及目标输出光场分布，输入光场分布包括光源的参数以及排布方式，目标输出光场为均匀分光的或者能量分布从中心到边缘按照规律分布的散斑点阵。用于分束的衍射光学元件的设计，就是给定输入光场分布和输出光场分布，对衍射光学元件的分光点阵的排布进行设计，然后通过衍射光学元件调制输入光场，使得实际输出光场高精度地逼近目标输出光场。

根据本发明的一个优选实施例，输入光场为随机排列的多点VCSEL光源形成的光场。在确定输入光场分布时，光源的参数例如包括光源的数量和类型。图2示出了本发明一个实施例的单点VCSEL光源通过衍射光学元件后形成的输出光场分布示意图，单点VCSEL光源发出的激光束经过衍射光学透镜后形成散斑点阵。图3示出了本发明一个实施例的多点VCSEL光源通过衍射光学元件后形成的输出光场分布示意图，多点VCSEL光源发出的多个激光束经过衍射光学透镜后形成散斑点阵(区块)，为了降低输出光场的非均匀性，优选随机排列的多点VCSEL光源作为输入光场的光源。

根据本发明的一个优选实施例，其中所述目标输出光场为1：1/(cos(θ_i))^P分布的散斑点阵，其中θ_i为第i个分光点与光轴的夹角。在衍射光学元件设计阶段进行的大角度处能量补偿主要用于弥补由加工工艺带来的大角度处信号能量的衰减，P值由加工平台的工艺能力决定。输出光场的分光点数和角度分布由输入光场经过衍射光学元件复制后的散斑视场要求和多点vcsel光源的尺寸及准直镜焦距这些参数共同确定。

图4示出了本发明一个实施例的输入光场和输出光场分布示意图，输入光场为纵向排布的一列点光源：点光源1、点光源2和点光源3。目标输出光场为从中心到边缘按照规律分布的散斑点阵。

根据本发明的一个优选实施例，设计方法10还包括：当输入光场为发散光时，在衍射光学元件中叠加准直镜功能。继续参考图4，三个点光源发出的均为发散光，经过准直镜后入射到衍射光学元件上为准直平行光。因此，对于准直光设计衍射光学元件和对于发散光设计衍射光学元件均可以采用设计方法10。图4仅为示例性说明，将准直镜与衍射光学元件分立设置，实际在设计方法10中只需在设计衍射光学元件中叠加准直镜功能即可。

在步骤S12构建衍射光学元件的分光点阵，分光点阵用于对光源进行阵列复制来实现特定视场范围的散斑点阵，分光点阵的排布方式为规则排布或者纵向和/或横向周期性错位排布。继续参考图4，所述特定视场范围为目标输出光场分布图的范围。衍射光学元件的分光点阵对纵向排列的三个点光源进行阵列复制，形成9ⅹ9的散斑点阵。由于矢量效应的存在，实际输出光场分布与目标输出光场分布存在偏差，导致散斑点阵的非均匀性较低。

衍射光学元件的分光点阵的排布可以按照规则方式进行排布，也可以按照周期性错位方式进行排布。

根据本发明的一个优选实施例，其中所述步骤S12包括：构建衍射光学元件的分光点阵，分光点阵用于对单点或多点vcsel光源进行阵列复制来实现特定视场范围的散斑点阵，分光点阵的排布方式为规则排布或者纵向1/M和/或横向1/N错位排布，其中M和N均为大于2的正整数。

图5a示出了本发明一个实施例的规则排布的分光点阵示意图，衍射光学元件的分光点阵按照规则方式排布。图5b示出了本发明一个实施例的周期性错位排布示意图，首先将衍射光学元件的分光点阵按照规则方式排布，如图5a所示，然后按照1/3周期对分光点阵中的信号点进行错位，例如保持第一列的信号点的坐标不动，将相邻的第二列的信号点的坐标纵向下移1/3周期，继续将相邻的第三列的信号点的坐标纵向移动2/3周期。对其它列的信号点重复操作，最终形成如图5b所示的1/3周期错位排布。此处仅为示例性说明，分光点阵的周期性错位排布方式不构成对本发明的限定。

在步骤S13将分光点阵进行扰动，以降低实际输出光场和目标输出光场的偏差，对扰动方式的扰动量加以限制来保证散斑点阵中相邻区块间不会出现明显的重叠或缝隙。在步骤S12将衍射光学元件的分光点阵进行规则排布或者周期性错位排布后，设计出来的衍射光学元件在宏观上看也表现出较强的微结构周期性重复特性。为了降低实际输出光场和目标输出光场的偏差，进行常规的标量点阵设计后的分光点阵进行扰动。所述扰动包括将分光点阵中的至少部分点进行移动。

图6示出了本发明一个实施例的将分光点阵进行扰动的示意图，假设分光点阵先按照图5a的规则方式进行排布，然后将分光点阵中的部分点进行移动，以中间一列信号点为例，将第一个点向右侧移动1个单位，即扰动量为1个单位；将第三个点向左侧移动1个单位，即扰动量为1个单位；将第四个点向左侧移动2个单位，即扰动量为2个单位；将第五个点向左侧移动2个单位，即扰动量为1个单位；……，此处不再赘述。最后形成的分光点阵如图6所示，因为扰动量已经达到波长量级，所以宏观上看起来扰动后的分光点阵的变化并不明显，但是可以有效降低矢量效应对目标输出光场的非均匀性影响。更进一步地，对扰动方式的扰动量加以限制来保证散斑点阵中相邻区块间不会出现明显的重叠或缝隙。继续参考图4，目标输出光场由紧邻排列的多个区块组成，亦即对点光源进行阵列复制得到多个区块。目标输出光场分布中的相邻区块间没有明显的重叠或缝隙，但实际输出光场分布会因为与目标输出光场分布的偏差，导致相邻区块间出现重叠或者较大的缝隙，从而提高了点阵的非均匀性。在对衍射光学元件进行设计时，通过对分光点阵进行扰动，可以减小实际输出光场和目标输出光场的偏差，从而有效降低实际输出光场的非均匀性。

根据本发明的一个优选实施例，衍射光学元件的设计方法中的步骤S13包括：将分光点阵进行横向扰动，以降低实际输出光场的非均匀性。

假设分光点阵先按照规则方式进行排布，其中某个信号点的坐标为(id_x1,id_y1)，扰动是将该信号点的坐标位置挪动到另一个坐标(id_x2,id_y2)位置处。其中，横坐标从id_x1变到id_x2，其差值即为横向扰动量，如果此时纵坐标id_y1＝id_y2，则该扰动为单独横向扰动。优选地，可以对分光点阵中的部分或全部信号点进行横向扰动，以降低实际输出光场的非均匀性。

根据本发明的一个优选实施例，对于分光点阵中的至少一列点的横向扰动的量大致围绕该列的中心对称。

继续参考图6，以中间一列信号点为例，该列中心点保持不动，上方的五个点按照图示箭头方向进行横向移动，下方的五个点也按照图示箭头方向进行横向移动，则该列的扰动量为：

[1，0，-1，-2，-2,0,2,2,1,0，-1]

由此可见，该列的横向扰动量围绕该列的中心对称。由于扰动量为波长量级，宏观看起来不够明显，为了帮助理解，在图6中画出白色S形曲线用来表示横向扰动的效果，由此，该横向扰动的效果可以称为“单独横向S扰动”。

根据本发明的一个优选实施例，衍射光学元件的设计方法中的步骤S13包括：将分光点阵进行纵向扰动，以降低实际输出光场的非均匀性。

假设分光点阵先按照规则方式进行排布，其中某个信号点的坐标为(id_x1,id_y1)，扰动是将该信号点的坐标位置挪动到另一个坐标(id_x2,id_y2)位置处。其中，如果横坐标id_x1＝id_x2，纵坐标从id_y1变到id_y2，则其差值即为纵向扰动量，则该扰动为单独纵向扰动。优选地，可以对分光点阵中的部分或全部信号点进行横向扰动，以降低实际输出光场的非均匀性。

根据本发明的一个优选实施例，对于分光点阵中的至少一行点的纵向扰动的量大致围绕该行的中心对称。

参考图7，分光点阵按照规则排布，以中间一行信号点为例，该行中心点保持不动，该行按照如下扰动量进行扰动：

[2，-1，-1，-1，0,1,1,1,-2]

由此可见，该行的纵向扰动量围绕该行的中心对称。由于扰动量为波长量级，宏观看起来不够明显，为了帮助理解，在图6中画出白色曲线用来表示纵向扰动的效果，该纵向扰动的效果大致呈现“S”形，可以称其为“单独纵向S扰动”。

根据本发明的一个优选实施例，衍射光学元件的设计方法中的步骤S13包括：将分光点阵横向扰动和纵向扰动，以降低实际输出光场的非均匀性。

参考图5a，分光点阵按照规则排布，将其中的部分或全部信号点进行横向和纵向的双向扰动，参考上述实施例，将信号点的横坐标和纵坐标均进行移动，此处不再赘述。

根据本发明的一个优选实施例，分光点阵中各点的扰动量大致围绕该点阵的中心对称。

参考上述实施例，例如，将分光点阵中的每一列进行单独横向S扰动，该列的横向扰动量围绕该列的中心对称；再将每一行进行单独纵向S扰动，该行的纵向扰动量围绕该行的中心对称，最终扰动的效果为扰动量围绕点阵的中心对称。可以称其为“双向S扰动”，可以更高效的降低实际输出光场的非均匀性。

根据本发明的一个优选实施例，衍射光学元件的设计方法中的步骤S13包括：对至少部分点进行横向和/或纵向的随机扰动，以降低实际输出光场的非均匀性。

相对于上述“单独横向S扰动”、“单独纵向S扰动”以及“双向S扰动”的规律扰动方式，还可以将分光点阵中的部分点或全部点进行更加随机的扰动，亦即扰动量为随机矩阵，以降低实际输出光场的非均匀性。

根据本发明的一个优选实施例，其中所述衍射光学元件为2级台阶量化时，其中步骤S13还包括：保持分光点阵的中心点不移动。亦即，在2台阶设计条件下，每个目标级次的扰动需要保持中心对称特性。

根据本发明的一个优选实施例，其中所述衍射光学元件为2ⁿ级台阶量化时，n为大于1的正整数，分光点阵的扰动量非中心对称。亦即，在4台阶、8台阶或者更高台阶数的设计条件下，扰动方式无需强制中心对称。

在步骤S14按照扰动后的分光点阵，采用标量GS算法设计衍射光学元件。

综上所述，本发明通过对规则排布或周期性错位排布的分光点阵进行扰动，可以实现基于标量设计方法下的较低均匀性的分光点阵设计。优选地，为了进一步降低输出光场的非均匀性，可以进行多次扰动。

图8示出了本发明一个实施例的无S扰动和有S扰动的输出光场分布对比图，由于输出光场分布图放大后图片过大，此处仅截取分布图的四个角以及中心区域进行对比说明。在无S扰动情况下，实际输出光场的四角及中心区域具有较高的重合度，由于矢量效应带来的偏差会被周期性放大；在加入S扰动后，四角及中心区域各位置的相似度会较低，矢量效应带来的偏差不会被周期性叠加放大，理论上的工艺容差也会变大。由此可见，采用本发明的设计方法可以降低矢量效应的影响，降低输出光场的非均匀性。

图9示出了本发明一个实施例的无S扰动的输出光场非均匀性示意图。采用无S扰动时的仿真结果显示输出光场的非均匀性为72.182％。

图10示出了本发明多个实施例的有S扰动的输出光场非均匀性示意图，四个小图分别对应四种衍射光学元件的设计，均加入了不同扰动参数，由图可见，四种仿真结果的非均匀性依次为：23.991％、14.545％、24.747％以及21.803％，因此加入S扰动后的仿真结果显示输出光场的非均匀性降到25％以下。

本发明还涉及一种根据上述的设计方法10设计的用于分束的衍射光学元件。

本发明还涉及一种结构光投射器，包括：

VCSEL光源，用于产生激光；和

根据上述的设计方法10设计的衍射光学元件，用于对所述激光进行分束。

本发明的设计方法通过对每个目标级次按照预设条件进行扰动后再进行标量设计，构建衍射光学元件的分光点阵，可以实现基于标量设计方法下的较低非均匀性的分光点阵的设计，从而采用本发明设计的衍射光学元件可有效降低输出光场的非均匀性。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种用于分束的衍射光学元件的设计方法，包括：

S11：确定所述衍射光学元件的输入光场分布以及目标输出光场分布，所述输入光场分布包括光源的参数以及排布方式，所述目标输出光场为均匀分光的或者能量分布从中心到边缘按照规律分布的散斑点阵；

S12：构建所述衍射光学元件的分光点阵，所述分光点阵用于对光源进行阵列复制来实现特定视场范围的散斑点阵，所述分光点阵的排布方式为规则排布或者纵向和/或横向周期性错位排布；

S13：将所述分光点阵进行扰动，以降低实际输出光场和目标输出光场的偏差，对所述扰动方式的扰动量加以限制来保证所述散斑点阵中相邻区块间不会出现明显的重叠或缝隙；

S14：按照所述扰动后的分光点阵，采用标量GS算法设计所述衍射光学元件；

其中，所述扰动包括将所述分光点阵中的至少部分点进行移动。

2.根据权利要求1所述的设计方法，其中所述步骤S13包括：将所述分光点阵进行横向扰动，以降低实际输出光场的非均匀性。

3.根据权利要求2所述的设计方法，其中对于所述分光点阵中的至少一列点的横向扰动的量大致围绕该列的中心对称。

4.根据权利要求1所述的设计方法，其中所述步骤S13包括：将所述分光点阵进行纵向扰动，以降低实际输出光场的非均匀性。

5.根据权利要求4所述的设计方法，其中对于所述分光点阵中的至少一行点的纵向扰动的量大致围绕该行的中心对称。

6.根据权利要求1所述的设计方法，其中所述步骤S13包括：将所述分光点阵横向扰动和纵向扰动，以降低实际输出光场的非均匀性。

7.根据权利要求6所述的设计方法，其中所述分光点阵中各点的扰动量大致围绕该点阵的中心对称。

8.根据权利要求1所述的设计方法，其中所述步骤S13包括：对至少部分点进行横向和/或纵向的随机扰动，以降低实际输出光场的非均匀性。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的设计方法，其中所述衍射光学元件为2级台阶量化时，其中所述步骤S13还包括：保持所述分光点阵的中心点不移动。

10.根据权利要求2或4或6所述的设计方法，其中所述衍射光学元件为2ⁿ级台阶量化时，n为大于1的正整数，所述分光点阵的扰动量非中心对称。

11.根据权利要求1-8中任一项所述的设计方法，其中所述目标输出光场为1：1/(cos(θ_i))^P分布的散斑点阵，其中θ_i为第i个分光点与光轴的夹角。

12.根据权利要求1-8中任一项所述的设计方法，其中所述步骤S12包括：构建所述衍射光学元件的分光点阵，所述分光点阵用于对单点或多点vcsel光源进行阵列复制来实现特定视场范围的散斑点阵，所述分光点阵的排布方式为规则排布或者纵向1/M和/或横向1/N错位排布，其中M和N均为大于2的正整数。

13.根据权利要求1-8中任一项所述的设计方法，所述输入光场为随机排列的多点VCSEL光源形成的光场。

14.根据权利要求1-8中任一项所述的设计方法，其中所述步骤S14还包括：当输入光场为发散光时，在所述衍射光学元件中叠加准直镜功能。

15.一种根据权利要求1-14中任一项所述的设计方法设计的用于分束的衍射光学元件。

16.一种结构光投射器，包括：

VCSEL光源，用于产生激光；和

根据权利要求1-14中任一项所述的设计方法设计的衍射光学元件，用于对所述激光进行分束。

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