CN115016202B - 提升散斑点密度的方法、衍射光学元件及投射器 - Google Patents

提升散斑点密度的方法、衍射光学元件及投射器 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种提升散斑点密度的方法，包括S11：获取分光点阵，用于对多点式光源进行阵列复制并投射形成散斑点阵；S12：获取多点式光源中的全部或者部分发光点的最小相邻点间距或者相邻点间距的平均值；S13：将分光点阵划分为第一分光点阵和第二分光点阵，经第一分光点阵投射形成的散斑点阵位于第一散斑区域，经第二分光点阵投射形成的散斑点阵位于第二散斑区域；S14：根据全部或者部分发光点的最小相邻点间距或相邻点间距的平均值，将第二分光点阵中的每个分光点拓展复制，形成第三分光点阵，经第三分光点阵投射形成的散斑点阵落在第二散斑区域，从而提升第二散斑区域内的散斑点密度并保持第一散斑区域内的散斑点密度不变。本发明可提升特定区域的散斑点密度，并且散斑点间无粘连，识别精度高。

Description

提升散斑点密度的方法、衍射光学元件及投射器
技术领域
本公开涉及衍射光学技术领域，尤其涉及一种提升散斑点密度的方法、一种衍射光学元件以及一种投射器。
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识别精度。尤其是对于大视场角的需求越加广泛，对视场内特别是大视场角处的散斑点密度提出了较高的要求。
3D识别系统中的散斑投射器多采用光源+准直镜+衍射分束器件的方案，或者光源+衍射分束器件的方案，其中衍射分束器件用于实现对光源的阵列复制。将散斑点阵投射在平面观察屏上时，由于畸变效应的存在，视场角边缘处的散斑点密度相较于视场角中心处的散斑点密度有明显下降，从而导致了3D识别精度的下降。
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，本发明提供一种提升散斑点密度的方法，包括：
S11：获取分光点阵，所述分光点阵用于对多点式光源进行阵列复制并投射形成散斑点阵；
S12：获取所述多点式光源中的全部或者部分发光点的最小相邻点间距或者相邻点间距的平均值；
S13：将所述分光点阵划分为第一分光点阵和第二分光点阵，经所述第一分光点阵投射形成的散斑点阵位于第一散斑区域，经所述第二分光点阵投射形成的散斑点阵位于第二散斑区域；
S14：根据所述全部或者部分发光点的最小相邻点间距或相邻点间距的平均值，将所述第二分光点阵中的每个分光点拓展复制，形成第三分光点阵，经所述第三分光点阵投射形成的散斑点阵落在所述第二散斑区域，从而提升所述第二散斑区域内的散斑点密度并保持所述第一散斑区域内的散斑点密度不变。
根据本发明的一个方面，其中所述第二分光点阵包括以下至少一项：
所述分光点阵最左侧的a列分光点；
所述分光点阵最右侧的b列分光点；
所述分光点阵最上侧的c行分光点；
所述分光点阵最下侧的d行分光点；
所述分光点阵中心区域的e个分光点；
其中，a、b、c、d、e均为正整数。
根据本发明的一个方面，其中a、b、c、d均为小于等于5的正整数。
根据本发明的一个方面，其中所述经第三分光点阵投射形成的散斑点阵与所述经第二分光点阵投射形成的散斑点阵不重叠，所述多点式光源的发光点为规则排布或随机排布。
根据本发明的一个方面，其中当所述多点式光源的发光点为随机排布时，所述第二分光点阵中A点坐标为(kxm,kyn)，对A点进行拓展复制后的A`点的坐标为(kxm`,kyn`),A点坐标与A`点坐标均满足光栅方程，A点坐标与A`点坐标之间的向量为e，则A点与A`点在x方向和y方向的角度正弦间隔满足：
其中，θxm和θyn为A点坐标在x方向和y方向的夹角，θxm‘和θyn‘分别为A`点坐标在x方向和y方向的夹角，ex和ey分别为e向量在x方向和y方向的分量，e向量的范围为0-360°。
根据本发明的一个方面，其中所述经第二分光点阵投射形成的散斑点阵的最小相邻点间距或者相邻点间距的平均值为E，所述经第三分光点阵投射形成的散斑点阵与所述经第二分光点阵投射形成的散斑点阵的间距为0.4E-0.6E。
根据本发明的一个方面，其中所述步骤S14包括：根据所述最小相邻点间距或者相邻点间距的平均值，将所述第二分光点阵中的每个分光点拓展复制，形成第三分光点阵，其中每个分光点的拓展方向为以所述分光点阵的中心作为起始点与该分光点连线的方向。
根据本发明的一个方面，其中所述步骤S14还包括：根据所述第二分光点阵中每个分光点的位置、每个分光点的拓展方向以及所述最小相邻点间距或者相邻点间距的平均值，确定所述第三分光点阵中每个分光点的位置。
根据本发明的一个方面，其中所述步骤S11还包括：根据大周期设计方法设计所述分光点阵，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。
根据本发明的一个方面，其中所述大周期设计方法包括：初始分光点阵对应的衍射光学元件的横向周期为Ph，纵向周期为Pu，横向目标级次为[-i，-i+1,…,i-1,i]，纵向目标级次为[-j，-j+1,…,j-1,j]，将初始分光点阵对应的衍射光学元件的横向周期和纵向周期分别阵列复制为原来的M倍和N倍，则设计后的分光点阵对应的衍射光学元件的横向周期为Ph`＝M x Ph，纵向周期为Pu`＝N x Pu，横向目标级次为M x[-i，-i+1,…,i-1,i]，纵向目标级次为N x[-j，-j+1,…,j-1,j]。
根据本发明的一个方面，所述方法还包括：
S15:将拓展后的分光点阵中的至少部分点以预设扰动量进行扰动。
根据本发明的一个方面，其中所述步骤S15还包括：将所述拓展后的分光点阵中的至少部分点进行横向和/或纵向的随机扰动，以降低投射形成的散斑点阵的非均匀性。
本发明还涉及一种衍射光学元件，通过对多点式光源的阵列复制以及拓展复制实现对投射的散斑点阵提升散斑点密度的功能，所述衍射光学元件包括：
分光点阵，所述分光点阵包括：
第一分光点阵，用于对所述多点式光源进行阵列复制并投射形成位于第一散斑区域的散斑点阵；
第二分光点阵，用于对所述多点式光源进行阵列复制并投射形成位于第二散斑区域的散斑点阵；和
第三分光点阵，根据所述多点式光源中的全部或者部分发光点的最小相邻点间距或相邻点间距的平均值，将所述第二分光点阵中的每个分光点拓展复制，形成第三分光点阵，所述第三分光点阵对所述多点式光源进行阵列复制并投射形成的散斑点阵落在所述第二散斑区域，从而提升所述第二散斑区域内的散斑点密度并保持所述第一散斑区域内的散斑点密度不变。
根据本发明的一个方面，其中所述第二分光点阵包括以下至少一项：
所述分光点阵最左侧的a列分光点；
所述分光点阵最右侧的b列分光点；
所述分光点阵最上侧的c行分光点；
所述分光点阵最下侧的d行分光点；
所述分光点阵中心区域的e个分光点；
其中，a、b、c、d、e均为正整数。
根据本发明的一个方面，其中a、b、c、d均为小于等于5的正整数。
根据本发明的一个方面，其中所述经第三分光点阵投射形成的散斑点阵与所述经第二分光点阵投射形成的散斑点阵不重叠，所述多点式光源的发光点为规则排布或随机排布。
根据本发明的一个方面，其中当所述多点式光源的发光点为随机排布时，所述第二分光点阵中A点坐标为(kxm,kyn)，对A点进行拓展复制后的A`点的坐标为(kxm`,kyn`),A点坐标与A`点坐标均满足光栅方程，A点坐标与A`点坐标之间的向量为e，则A点与A`点在x方向和y方向的角度正弦间隔满足：
其中，θxm和θyn为A点坐标在x方向和y方向的夹角，θxm‘和θyn‘分别为A`点坐标在x方向和y方向的夹角，ex和ey分别为e向量在x方向和y方向的分量，e向量的范围为0-360°。
根据本发明的一个方面，其中所述经第二分光点阵投射形成的散斑点阵的最小相邻点间距或者相邻点间距的平均值为E，所述经第三分光点阵投射形成的散斑点阵与所述经第二分光点阵投射形成的散斑点阵的间距为0.4E-0.6E。
根据本发明的一个方面，根据所述最小相邻点间距或者相邻点间距的平均值，将所述第二分光点阵中的每个分光点拓展复制，形成第三分光点阵，其中每个分光点的拓展方向为以所述分光点阵的中心作为起始点与该分光点连线的方向。
根据本发明的一个方面，根据所述第二分光点阵中每个分光点的位置、每个分光点的拓展方向以及所述最小相邻点间距或者相邻点间距的平均值，确定所述第三分光点阵中每个分光点的位置。
根据本发明的一个方面，其中所述分光点阵根据大周期设计方法设计，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。
根据本发明的一个方面，其中所述大周期设计方法包括：初始分光点阵对应的衍射光学元件的横向周期为Ph，纵向周期为Pu，横向目标级次为[-i，-i+1,…,i-1,i]，纵向目标级次为[-j，-j+1,…,j-1,j]，将初始分光点阵对应的衍射光学元件的横向周期和纵向周期分别阵列复制为原来的M倍和N倍，则设计后的分光点阵对应的衍射光学元件的横向周期为Ph`＝M x Ph，纵向周期为Pu`＝N x Pu，横向目标级次为M x[-i，-i+1,…,i-1,i]，纵向目标级次为N x[-j，-j+1,…,j-1,j]。
根据本发明的一个方面，将拓展后的分光点阵中的至少部分点以预设扰动量进行扰动。
根据本发明的一个方面，将所述拓展后的分光点阵中的至少部分点进行横向和/或纵向的随机扰动，以降低投射形成的散斑点阵的非均匀性。
本发明还提供一种投射器，包括：
多点式光源，用于产生光束；和
如上所述的衍射光学元件，设置于所述多点式光源的光路下游并和所述多点式光源间隔预设距离。
本发明可提升特定区域的散斑点密度，并且散斑点间无粘连，满足3D识别应用中对大视场角、可识别精度高的需求。尤其对于投射在平面观察屏上的散斑点阵，由于畸变效应导致的边缘散斑点密度明显下降的问题，有较好的提升识别精度的效果。
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1a示出了本发明一个实施例的投射器的系统架构示意图；
图1b示出了本发明一个实施例的发光点阵、分光点阵和散斑点阵示意图；
图2示出了本发明一个实施例的提升散斑点密度的方法的流程图；
图3示出了本发明一个实施例的分光点阵及拓展方向示意图；
图4示出了本发明一个实施例的分光点区域分示意图；
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5c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；
图6示出了本发明一个实施例的大周期设计方法示意图；
图7示出了本发明另一个实施例的提升散斑点密度的方法的流程图；
图8a示出了本发明一个实施例的发光点阵和分光点阵示意图；
图8b示出了图8a实施例的散斑区块和散斑点阵示意图；
图8c示出了图8a实施例的拓展复制后的分光点阵、散斑区块和散斑点阵示意图；
图9a示出了本发明另一个实施例的发光点阵和分光点阵示意图；
图9b示出了图9a实施例的散斑区块和散斑点阵示意图；
图9c示出了图9a实施例的拓展复制后的分光点阵、散斑区块和散斑点阵示意图；
图10a示出了本发明另一个实施例的发光点阵和分光点阵示意图；
图10b示出了图10a实施例的散斑区块和散斑点阵示意图；
图10c示出了图10a实施例的拓展复制后的分光点阵、散斑区块和散斑点阵示意图。
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1a示出了本发明一个实施例的投射器的系统架构示意图，投射器100包括多点式光源101和衍射光学元件102。其中，多点式光源101，例如由多个垂直腔面发射激光器(Vertical Cavity Surface Emitting Laser，VCSEL)组成的光源，用于产生光束，形成输入光场。衍射光学元件102，设置于多点式光源101的光路下游，接收多点式光源101发出的光束，对输入光场进行调制后，形成输出光场。衍射光学元件102与多点式光源101间隔预设距离。优选地，当输入光场为发散光时，在衍射光学元件102中叠加准直镜功能。其中，预设距离为准直镜的焦距。
图2示出了本发明一个实施例的提升散斑点密度的方法的流程图，提升散斑点密度的方法包括步骤S11-S14，具体如下：
在步骤S11获取分光点阵，所述分光点阵用于对多点式光源进行阵列复制并投射形成散斑点阵。
图1b示出了本发明一个实施例的发光点阵、分光点阵和散斑点阵的示意图，结合图1a，多点式光源101中的激光器排布形成发光点阵，多点式光源101发出的光束经衍射光学元件102的调制后，形成散斑点阵。亦即，获取衍射光学元件102的分光点阵，将发光点阵按照分光点阵的排布方式阵列复制后形成散斑点阵。
在步骤S12获取多点式光源中的全部或者部分发光点的最小相邻点间距或者相邻点间距的平均值。
继续参考图1a-1b，多点式光源101包括x个激光器，形成的x个发光点可以规则排布，也可以随机排布。X个发光点形成的发光点阵，长度为L，高度为H。在一些实施例中，x个发光点随机排布，计算全部x个发光点的相邻点间距，确定相邻点间距的最小值；在另一些实施例中，x个发光点随机排布，计算全部x个发光点的相邻点间距的平均值；在另一些实施例中，x个发光点规则排布，只需计算任意相邻两个发光点或者部分发光点的最小相邻点间距或者相邻点间距的平均值。
在步骤S13将分光点阵划分为第一分光点阵和第二分光点阵，经所述第一分光点阵投射形成的散斑点阵位于第一散斑区域，经所述第二分光点阵投射形成的散斑点阵位于第二散斑区域。
继续参考图1a-1b，将分光点阵划分为两个部分——第一分光点阵和第二分光点阵，以便于对不同区域实行不同的点密度调整方案。在一个具体的实施例中，将分光点阵的中间部分划分成第一分光点阵，将分光点阵的左右边缘部分划分为第二分光点阵，第二分光点阵被第一分光点阵分隔为左侧部分和右侧部分。同理，经第一分光点阵投射形成的散斑点阵位于第一散斑区域，即整个散斑区域的中间部分；经左侧的第二分光点阵投射形成的散斑点阵位于左侧的第二散斑区域，经右侧的第二分光点阵投射形成的散斑点阵位于右侧的第二散斑区域。
本发明不对第一分光点阵和第二分光点阵的划分方式、大小、边界或数量进行限定，例如，在一些实施例中，将分光点阵的中间部分划分为第一分光点阵，将上下边缘部分划分为第二分光点阵。在另一些实施例中，将分光点阵的上部分划分为第一分光点阵，将下部分划分为第二分光点阵。这些都在本发明的保护范围内。
在步骤S14根据所述全部或者部分发光点的最小相邻点间距或相邻点间距的平均值，将所述第二分光点阵中的每个分光点拓展复制，形成第三分光点阵，经所述第三分光点阵投射形成的散斑点阵落在所述第二散斑区域，从而提升所述第二散斑区域内的散斑点密度并保持所述第一散斑区域内的散斑点密度不变。
在一个具体的实施例中，分光点阵为均匀排布，分光点阵对发光点阵阵列复制后形成散斑点阵，投射在球面观察屏上时，阵列复制后的发光点阵看起来是均匀排布，但是，在投射在平面观察屏时，中心视场处的散斑点阵大致是均匀排布的，但是大视场角处的散斑点阵由于畸变效应的存在，其散斑点密度相对于中心视场处的散斑点密度有明显下降，从而导致识别精度下降。
为解决上述问题，继续参考图1b，将分光点阵的中间部分划分成第一分光点阵，将分光点阵的左右边缘部分划分为第二分光点阵，为提升边缘的散斑点密度，将第二分光点阵中的每个分光点拓展复制，形成第三分光点阵，经第三分光点阵投射形成的散斑点阵落在第二散斑区域，从而提升第二散斑区域内的散斑点密度并保持第一散斑区域内的散斑点密度不变。
对光分点阵中特定区域内的分光点进行拓展复制，可以提升对应的散斑区域内的散斑点密度。更进一步地，还要考虑该区域内的新增的散斑点与原有的散斑点之间要可区分，因此，在步骤S12获取发光点阵中全部或者部分发光点的最小相邻点间距或者相邻点间距的平均值，然后根据该最小相邻点间距或相邻点间距的平均值对分光点进行拓展复制，以保证新增的散斑点与原有的散斑点之间仅部分重叠或者保持一定间隔。
根据本发明的一个优选实施例，其中所述步骤S14包括：根据所述最小相邻点间距或者相邻点间距的平均值，将所述第二分光点阵中的每个分光点拓展复制，形成第三分光点阵，其中每个分光点的拓展方向为以所述分光点阵的中心作为起始点与该分光点连线的方向。
图3示出了本发明一个实施例的分光点阵及拓展方向示意图，以空心圆表示分光点，将初始分光点阵中最左侧一列以及最右侧一列划分为第二分光点阵，将第二分光点阵中的每个分光点拓展复制，形成第三分光点阵。第三分光点阵包括位于初始分光点阵的左侧新增的一列分光点和右侧新增的一列分光点。如图3中虚线圆的区域所示，第二分光点阵中的分光点A1沿箭头方向拓展复制形成分光点A1`，分光点A2`沿箭头方向拓展复制形成分光点A2`，分光点A3`沿箭头方向拓展复制形成分光点A3`。其中，每个分光点的拓展方向和位移都可以不相同，拓展方向为以分光点阵的中心O作为起始点与该分光点连线的方向，位移量可以参考多点式光源101中全部或者部分发光点的最小相邻点间距或相邻点间距的平均值确定，或者根据该最小相邻点间距或相邻点间距的平均值经多次仿真确定，以保证拓展后的点与该分光点不粘连。本领域技术人员可以理解，图3仅为示例性说明，分光点的大小、间距与拓展方向不构成对本实施例的限定。
根据本发明的一个优选实施例，其中所述步骤S14还包括：根据所述第二分光点阵中每个分光点的位置、每个分光点的拓展方向以及所述最小相邻点间距或者相邻点间距的平均值，确定所述第三分光点阵中每个分光点的位置。
继续参考图3，根据第二分光点阵中每个分光点的位置、每个分光点的拓展方向以及多点式光源101中部分或全部最小相邻点间距或者相邻点间距的平均值，确定所述第三分光点阵中每个分光点的位置，从而提升对应的第二散斑区域的散斑点密度，又能保证散斑点之间不粘连，具有较高的识别精度。
以上通过步骤S11-S14对如何提升特定区域的散斑点密度的方法进行了整体介绍，提升散斑点密度的同时还要确保较高的识别精度，以下通过优选实施例进一步详细介绍。
根据本发明的一个优选实施例，其中所述第二分光点阵包括以下至少一项：
所述分光点阵最左侧的a列分光点；
所述分光点阵最右侧的b列分光点；
所述分光点阵最上侧的c行分光点；
所述分光点阵最下侧的d行分光点；
所述分光点阵中心区域的e个分光点；
其中，a、b、c、d、e均为正整数。
图3示出了本发明一个实施例的分光点阵示意图，如需要提升第二散斑区域的散斑点密度，则需要对相应的第二分光点阵中的分光点进行拓展复制。例如，将分光点阵中的最左侧的a列分光点划分为第二分光点阵，则可以提升散斑点阵中左侧对应区域的散斑点密度；将分光点阵中的最右侧的b列分光点划分为第二分光点阵，则可以提升散斑点阵中右侧对应区域的散斑点密度；将分光点阵中的最上侧的c行分光点划分为第二分光点阵，则可以提升散斑点阵中上侧对应区域的散斑点密度；将分光点阵中的最下侧的d行分光点划分为第二分光点阵，则可以提升散斑点阵中下侧对应区域的散斑点密度；将分光点阵中心区域的e个分光点划分为第二分光点阵，则可以提升散斑点阵中心对应区域的散斑点密度。以上仅为示例性说明，可以将a列、b列、c行、d行、e个进行任意组合，组合后形成第二分光点阵。
根据本发明的一个优选实施例，其中a、b、c、d均为小于等于5的正整数。
在图3实施例中，a＝2，b＝2，c＝2，d＝2，e＝8，仅为示例性说明，不构成对本发明的限定。根据发光点阵被分光点阵阵列复制形成的散斑点阵的特点，以及发光点阵被第三分光点阵阵列复制再叠加到原散斑点阵的效果，a、b、c、d均为小于等于5的正整数。优选地，a、b、c、d均为小于等于3的正整数。
继续参考图1a，通过GS算法进行衍射光学元件102的设计之前，需要先明确目标图(分光点阵)中的点位分布，其技术关键点在于如何计算出所需拓展复制的目标点如A’在目标图(分光点阵)中的准确位置，以保证散斑点阵中增加的散斑点区块B’和原有的散斑点区块B叠加之后，散斑点间基本无粘连。
假定多点式光源101的长和高分别为L和H，准直镜焦距为f，根据光栅方程Dsin(θ)＝kλ，在保证相邻区块刚好紧密拼接时，有下式：
其中，Ph和Pv分别为实现衍射光学元件102微结构的最小横向周期和竖向周期。当分光点阵为标准分光点阵时，有两种方法可以用来设计衍射光学元件102：小周期设计方法和大周期设计方法。对分光点阵的边缘点进行拓展复制时，适合用大周期方法来设计衍射光学元件102；对分光点阵的其它区域的点进行拓展复制时，小周期设计方法和大周期设计方法均适用。提升散斑点密度的方法可分以下两步来进行：1.生成分光点阵目标图；2.在分光点阵目标图的基础上添加拓展复制的分光点。以下先对如何拓展复制分光点进行介绍。
根据本发明的一个优选实施例，其中所述经第三分光点阵投射形成的散斑点阵与所述经第二分光点阵投射形成的散斑点阵不重叠，所述多点式光源的发光点为规则排布或随机排布。
继续参考图1b，经第二分光点阵阵列复制形成的散斑点阵(原散斑点阵)落在第二散斑区域，经第三分光点阵阵列复制形成的散斑点阵(新增的散斑点阵)也落在第二散斑区域。为保证该区域内的新增的散斑点阵与原散斑点阵之间可区分，经第三分光点阵投射形成的散斑点阵与经第二分光点阵投射形成的散斑点阵不重叠，以保证新增的散斑点与原有的散斑点之间保持一定间隔。
根据本发明的一个优选实施例，其中当所述多点式光源的发光点为随机排布时，所述第二分光点阵中A点坐标为(kxm,kyn)，对A点进行拓展复制后的A`点的坐标为(kxm`,kyn`),A点坐标与A`点坐标均满足光栅方程，A点坐标与A`点坐标之间的向量为e，则A点与A`点在x方向和y方向的角度正弦间隔满足：
其中，θxm和θyn为A点坐标在x方向和y方向的夹角，θxm‘和θyn‘分别为A`点坐标在x方向和y方向的夹角，ex和ey分别为e向量在x方向和y方向的分量，e向量的范围为0-360°。
多点式光源101内的发光点的点位分布，通常为两种方式——规则排布或随机排布，规则排布容易处理。以随机排布的多点式光源为例，继续参考图1b，A点为第二分光点阵中左上角的分光点，A点坐标为(kxm,kyn)，满足光栅方程：
Ph’sin(θxm)
Pv’sin(θyn)
其中，θxm和θyn为A点坐标在x方向和y方向的夹角。
对A点进行拓展复制后的A`点的坐标为(kxm`,kyn`)，A`点为第三分光点阵中的分光点，A`点坐标也满足光栅方程：
Ph’sin(θxm‘)
Pv’sin(θyn’)
A点与A`点在x方向和y方向的角度正弦间隔满足：
其中，θxm‘和θyn‘分别为A`点坐标在x方向和y方向的夹角，A点坐标与A`点坐标之间的向量为e，ex和ey分别为e向量在x方向和y方向的分量。在已知A点坐标和e向量，联立方程(3)-(8)，即可求出e向量在特定方向下的A`点坐标，以此类推，已知第二分光点阵中的每个分光点的坐标和e向量，即可求出第三分光点阵中对应的拓展点的坐标。e向量的范围为0-360°，e向量在x方向和y方向的分量可参考全部或者部分发光点的最小相邻点间距或相邻点间距的平均值进行取值。
根据本发明的一个优选实施例，其中所述经第二分光点阵投射形成的散斑点阵的最小相邻点间距或者相邻点间距的平均值为E，所述经第三分光点阵投射形成的散斑点阵与所述经第二分光点阵投射形成的散斑点阵的间距为0.4E-0.6E。
继续参考图1b，A点为第二分光点阵中左上角的分光点，发光点阵经A点复制形成散斑区块B，A`点为对应于A点的拓展点，位于第三分光点阵，发光点阵经A`点复制形成散斑区块B`，散斑区块B`相对于散斑区块B的位移量，亦即散斑点阵的间距，在0.4E-0.6E。其中，E为散斑区块B内的最小相邻点间距或者相邻点间距的平均值。优选地，散斑区块B`相对于散斑区块B的位移量约为0.5E。
以上通过多个实施例对如何拓展复制分光点进行了介绍，下文以大周期设计方法为例，对如何生成分光点阵目标图进行介绍。
根据本发明的一个优选实施例，其中所述步骤S11还包括：根据大周期设计方法设计所述分光点阵，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。
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，据大周期设计方法设计衍射光学元件102，其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的分光点阵示意图，首先将衍射光学元件102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，例如保持第一列的分光点的坐标不动，将相邻的第二列的分光点的坐标纵向下移1/3周期，继续将相邻的第三列的分光点的坐标纵向移动2/3周期。对其它列的分光点重复操作，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。
根据本发明的一个优选实施例，其中所述大周期设计方法包括：初始分光点阵对应的衍射光学元件的横向周期为Ph，纵向周期为Pu，横向目标级次为[-i，-i+1,…,i-1,i]，纵向目标级次为[-j，-j+1,…,j-1,j]，将初始分光点阵对应的衍射光学元件的横向周期和纵向周期分别阵列复制为原来的M倍和N倍，则设计后的分光点阵对应的衍射光学元件的横向周期为Ph`＝M x Ph，纵向周期为Pu`＝N x Pu，横向目标级次为M x[-i，-i+1,…,i-1,i]，纵向目标级次为N x[-j，-j+1,…,j-1,j]。
图6示出了本发明一个实施例的大周期设计方法示意图，在衍射光学元件102对应的衍射光学元件的横向周期和纵向周期分别为最小横向周期Ph和最小竖向周期Pv时，假定横向目标级次为[-i，-i+1,…,i-1,i],纵向目标级次为[-j，-j+1,…,j-1,j]。将衍射光学元件102的横向周期和竖向周期在Ph和Pv的基础上阵列复制为原来的M倍和N倍，有Ph`＝M xPh，Pu`＝N x Pu。根据光栅方程可知，在目标衍射角度θ不变的情况下，衍射级次k和周期比值固定，当周期变为原来的M倍或者N倍时，对应的衍射级次也会变为原来的M倍或者N倍，横向级次和纵向级次依次为M x[-i，-i+1,…,i-1,i]和N x[-j，-j+1,…,j-1,j]。由图6可见，M和N数值越大，相邻目标信号级次之间的间隔级次也越多，相邻级次间的角间距也越小。至此，完成大周期设计方法下的标准分光点阵目标图的设计。
以上通过多个实施例对提升散斑点密度的方法进行了详细介绍，最后实现的散斑点间无粘连，满足3D识别应用中对大视场角、可识别精度高的需求。尤其对于投射在平面观察屏上的散斑点阵，由于畸变效应导致的边缘散斑点密度明显下降的问题，有较好的提升识别精度的效果。
根据本发明的一个优选实施例，参考图7，所述方法还包括：
在步骤S15将拓展后的分光点阵中的至少部分点以预设扰动量进行扰动。
将拓展后的分光点阵进行扰动，可以降低实际输出光场和目标输出光场的偏差，以预设扰动量进行扰动，以保证散斑点阵中相邻区块间不会出现明显的重叠或缝隙。例如，将衍射光学元件102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102从宏观上看，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，将拓展后的分光点阵中的至少部分点以预设扰动量进行扰动。其中，所述扰动包括将分光点阵中的至少部分点进行移动，通过限制扰动量可以保证投射形成的散斑点阵中相邻区块间不会出现重叠或缝隙。
根据本发明的一个优选实施例，其中所述步骤S15还包括：将所述拓展后的分光点阵中的至少部分点进行横向和/或纵向的随机扰动，以降低投射形成的散斑点阵的非均匀性。
图5c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，以中间一列分光点为例，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；……，以此类推。最后形成的分光点阵如图5c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，以预设扰动量进行扰动，以保证散斑点阵中相邻区块间不会出现明显的重叠或缝隙。在对衍射光学元件102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。
在另一些实施例中，将分光点阵进行横向扰动，也可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，其中某个分光点的坐标为(id_x1,id_y1)，扰动是将该分光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分光点进行横向扰动，以降低实际输出光场的非均匀性。
综上所述，本发明可提升特定区域的散斑点密度，并且散斑点间无粘连，满足3D识别应用中对大视场角、可识别精度高的需求。尤其对于投射在平面观察屏上的散斑点阵，由于畸变效应导致的边缘散斑点密度明显下降的问题，有较好的提升识别精度的效果。
本说明书提供了如实施例或流程图所述的方法操作步骤，但基于常规或者无创造性的劳动可以包括更多或者更少的操作步骤。实施例中列举的步骤顺序仅仅为众多步骤执行顺序中的一种方式，不代表唯一的执行顺序。在实际中的系统或设备产品执行时，可以按照实施例或者流程图所示的方法顺序执行或者并行执行。
以下通过实施例展示提升散斑点密度的技术效果。
图8a示出了本发明一个实施例的发光点阵和分光点阵示意图，多点式光源101由361个VCSEL激光器随机排布而成，衍射光学元件102的分光点阵为5ⅹ7标准点阵，图8b示出了图8a实施例的散斑区块和散斑点阵示意图，左图示出了散斑区块的边框示意图，右图示出了散斑点阵示意图，在散斑点阵中用正方形边框划出三个区域：Z1、Z2和Z3。其中，区域Z1内的散斑点数为181，区域Z2内的散斑点数为36，区域Z3内的散斑点数为36。
图8c示出了图8a实施例的拓展复制后的分光点阵、散斑区块和散斑点阵示意图，图8c的上图是将初始分光点阵中的最左侧一列和最右侧一列的分光点进行拓展复制形成新的分光点阵，图8c的下图示出了拓展后的散斑区块的边框以及散斑点阵，因为对分光点阵的边缘点进行拓展复制，所以不影响中心区域的散斑点密度，因此，区域Z1内的散斑点数为181不变。区域Z2内的散斑点数提升至66，区域Z3内的散斑点数提升至53，与图8b对比可见，散斑点阵的边缘点密度大幅提升，具体到区域Z2和Z3内的点数，都有将近一倍的提升。
图9a示出了本发明另一个实施例的发光点阵和分光点阵示意图，多点式光源101由361个VCSEL激光器随机排布而成，衍射光学元件102的分光点阵为7ⅹ7标准点阵，图9b示出了图9a实施例的散斑区块和散斑点阵示意图，左图示出了散斑区块的边框示意图，右图示出了散斑点阵示意图，在散斑点阵中用正方形边框划出四个区域：Z1、Z2、Z3和Z4。其中，区域Z1内的散斑点数为181，区域Z2内的散斑点数为36，区域Z3内的散斑点数为15，区域Z4内的散斑点数为34。
图9c示出了图9a实施例的拓展复制后的分光点阵、散斑区块和散斑点阵示意图，图9c的上图是将初始分光点阵中的最左侧一列、最右侧一列的分光点、最上侧的一行分光点和最下侧的一行分光点进行拓展复制形成新的分光点阵，注意初始分光点阵的四个角点没有被重复拓展复制。图9c的下图示出了拓展后的散斑区块的边框以及散斑点阵，因为对分光点阵的边缘点进行拓展复制，所以不影响中心区域的散斑点密度，因此，区域Z1内的散斑点数为181不变。区域Z2内的散斑点数提升至66，区域Z3内的散斑点数提升至27，区域Z4内的散斑点数提升至70，与图9b对比可见，散斑点阵的边缘点密度大幅提升，具体到区域Z2、Z3和Z4内的点数，都有将近一倍的提升。
图10a示出了本发明另一个实施例的发光点阵和分光点阵示意图，多点式光源101由120个VCSEL激光器随机排布而成，衍射光学元件102的分光点阵为3ⅹ3标准点阵，图10b示出了图10a实施例的散斑区块和散斑点阵示意图，左图示出了散斑区块的边框示意图，右图示出了散斑点阵示意图，在散斑点阵中用正方形边框划出四个区域：Z1、Z2、Z3和Z4。其中，区域Z1内的散斑点数为30，区域Z2内的散斑点数为14，区域Z3内的散斑点数为17，区域Z4内的散斑点数为20。
图10c示出了图10a实施例的拓展复制后的分光点阵、散斑区块和散斑点阵示意图，图10c的上图是将初始分光点阵中心的分光点进行拓展复制形成新的分光点阵，三个圆圈内的分光点为新增的拓展点。图10c的下图示出了拓展后的散斑区块的边框以及散斑点阵，因为对分光点阵的中心分光点进行拓展复制，所以不影响边缘区域的散斑点密度，因此，区域Z2、Z3和Z4内的散斑点数不变。区域Z1内的散斑点数提升至105，与图10b对比可见，散斑点阵的中心点密度大幅提升，具体到区域Z1内的点数，有将近四倍的提升。
以上通过实施例对本发明提升散斑点密度的效果进行了展示，由此可见，本发明可提升特定区域的散斑点密度，并保持其它区域的散斑点密度不变，并且散斑点间无粘连，识别精度高。
本发明还涉及一种衍射光学元件，通过对多点式光源101的阵列复制以及拓展复制实现对投射的散斑点阵提升散斑点密度的功能，所述衍射光学元件102包括：
分光点阵，所述分光点阵包括：
第一分光点阵，用于对所述多点式光源进行阵列复制并投射形成位于第一散斑区域的散斑点阵；
第二分光点阵，用于对所述多点式光源进行阵列复制并投射形成位于第二散斑区域的散斑点阵；和
第三分光点阵，根据所述多点式光源中的全部或者部分发光点的最小相邻点间距或相邻点间距的平均值，将所述第二分光点阵中的每个分光点拓展复制，形成第三分光点阵，所述第三分光点阵对所述多点式光源进行阵列复制并投射形成的散斑点阵落在所述第二散斑区域，从而提升所述第二散斑区域内的散斑点密度并保持所述第一散斑区域内的散斑点密度不变。
根据本发明的一个优选实施例，其中所述第二分光点阵包括以下至少一项：
所述分光点阵最左侧的a列分光点；
所述分光点阵最右侧的b列分光点；
所述分光点阵最上侧的c行分光点；
所述分光点阵最下侧的d行分光点；
所述分光点阵中心区域的e个分光点；
其中，a、b、c、d、e均为正整数。
根据本发明的一个优选实施例，其中a、b、c、d均为小于等于5的正整数。
根据本发明的一个优选实施例，其中所述经第三分光点阵投射形成的散斑点阵与所述经第二分光点阵投射形成的散斑点阵不重叠，所述多点式光源的发光点为规则排布或随机排布。
根据本发明的一个优选实施例，其中当所述多点式光源的发光点为随机排布时，所述第二分光点阵中A点坐标为(kxm,kyn)，对A点进行拓展复制后的A`点的坐标为(kxm`,kyn`),A点坐标与A`点坐标均满足光栅方程，A点坐标与A`点坐标之间的向量为e，则A点与A`点在x方向和y方向的角度正弦间隔满足：
其中，θxm和θyn为A点坐标在x方向和y方向的夹角，θxm‘和θyn‘分别为A`点坐标在x方向和y方向的夹角，ex和ey分别为e向量在x方向和y方向的分量，e向量的范围为0-360°。
根据本发明的一个优选实施例，其中所述经第二分光点阵投射形成的散斑点阵的最小相邻点间距或者相邻点间距的平均值为E，所述经第三分光点阵投射形成的散斑点阵与所述经第二分光点阵投射形成的散斑点阵的间距为0.4E-0.6E。
根据本发明的一个优选实施例，根据所述最小相邻点间距或者相邻点间距的平均值，将所述第二分光点阵中的每个分光点拓展复制，形成第三分光点阵，其中每个分光点的拓展方向为以所述分光点阵的中心作为起始点与该分光点连线的方向。
根据本发明的一个优选实施例，根据所述第二分光点阵中每个分光点的位置、每个分光点的拓展方向以及所述最小相邻点间距或者相邻点间距的平均值，确定所述第三分光点阵中每个分光点的位置。
根据本发明的一个优选实施例，其中所述分光点阵根据大周期设计方法设计，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。
根据本发明的一个优选实施例，其中所述大周期设计方法包括：初始分光点阵对应的衍射光学元件的横向周期为Ph，纵向周期为Pu，横向目标级次为[-i，-i+1,…,i-1,i]，纵向目标级次为[-j，-j+1,…,j-1,j]，将初始分光点阵对应的衍射光学元件的横向周期和纵向周期分别阵列复制为原来的M倍和N倍，则设计后的分光点阵对应的衍射光学元件的横向周期为Ph`＝M x Ph，纵向周期为Pu`＝N x Pu，横向目标级次为M x[-i，-i+1,…,i-1,i]，纵向目标级次为N x[-j，-j+1,…,j-1,j]。
根据本发明的一个优选实施例，将拓展后的分光点阵中的至少部分点以预设扰动量进行扰动。
根据本发明的一个优选实施例，将所述拓展后的分光点阵中的至少部分点进行横向和/或纵向的随机扰动，以降低投射形成的散斑点阵的非均匀性。
本发明还涉及一种投射器，包括：
多点式光源，用于产生光束；和
如上所述的衍射光学元件，设置于所述多点式光源的光路下游并和所述多点式光源间隔预设距离。
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 (25)

1.一种提升散斑点密度的方法，包括：
S11：获取分光点阵，所述分光点阵用于对多点式光源进行阵列复制并投射形成散斑点阵；
S12：获取所述多点式光源中的全部或者部分发光点的最小相邻点间距或者相邻点间距的平均值；
S13：将所述分光点阵划分为第一分光点阵和第二分光点阵，经所述第一分光点阵投射形成的散斑点阵位于第一散斑区域，经所述第二分光点阵投射形成的散斑点阵位于第二散斑区域；
S14：根据所述全部或者部分发光点的最小相邻点间距或相邻点间距的平均值，将所述第二分光点阵中的每个分光点拓展复制，形成第三分光点阵，经所述第三分光点阵投射形成的散斑点阵落在所述第二散斑区域，从而提升所述第二散斑区域内的散斑点密度并保持所述第一散斑区域内的散斑点密度不变。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二分光点阵包括以下至少一项：所述分光点阵最左侧的a列分光点；
所述分光点阵最右侧的b列分光点；
所述分光点阵最上侧的c行分光点；
所述分光点阵最下侧的d行分光点；
所述分光点阵中心区域的e个分光点；
其中，a、b、c、d、e均为正整数。
3.根据权利要求2所述的方法，其中a、b、c、d均为小于等于5的正整数。
4.根据权利要求1所述的方法，其中经所述第三分光点阵投射形成的散斑点阵与经所述第二分光点阵投射形成的散斑点阵不重叠，所述多点式光源的发光点为规则排布或随机排布。
5.根据权利要求4所述的方法，其中当所述多点式光源的发光点为随机排布时，所述第二分光点阵中A点坐标为(kxm,kyn)，对A点进行拓展复制后的A`点的坐标为(kxm`,kyn`),A点坐标与A`点坐标均满足光栅方程，A点坐标与A`点坐标之间的向量为e，则A点与A`点在x方向和y方向的角度正弦间隔满足：
其中，θxm和θyn为A点坐标在x方向和y方向的夹角，θxm‘和θyn‘分别为A`点坐标在x方向和y方向的夹角，ex和ey分别为e向量在x方向和y方向的分量，e向量的范围为0-360°，f为准直镜的焦距。
6.根据权利要求1所述的方法，其中经所述第二分光点阵投射形成的散斑点阵的最小相邻点间距或者相邻点间距的平均值为E，经所述第三分光点阵投射形成的散斑点阵与经所述第二分光点阵投射形成的散斑点阵的间距为0.4E-0.6E。
7.根据权利要求1所述的方法，其中步骤S14包括：根据所述最小相邻点间距或者相邻点间距的平均值，将所述第二分光点阵中的每个分光点拓展复制，形成第三分光点阵，其中每个分光点的拓展方向为以所述分光点阵的中心作为起始点与该分光点连线的方向。
8.根据权利要求7所述的方法，其中步骤S14还包括：根据所述第二分光点阵中每个分光点的位置、每个分光点的拓展方向以及所述最小相邻点间距或者相邻点间距的平均值，确定所述第三分光点阵中每个分光点的位置。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的方法，其中步骤S11还包括：根据大周期设计方法设计所述分光点阵，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。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述大周期设计方法包括：初始分光点阵对应的衍射光学元件的横向周期为Ph，纵向周期为Pu，横向目标级次为[-i，-i+1,…,i-1,i]，纵向目标级次为[-j，-j+1,…,j-1,j]，将初始分光点阵对应的衍射光学元件的横向周期和纵向周期分别阵列复制为原来的M倍和N倍，则设计后的分光点阵的横向周期为Ph`＝M x Ph，纵向周期为Pu`＝N xPu，横向目标级次为M x[-i，-i+1,…,i-1,i]，纵向目标级次为N x[-j，-j+1,…,j-1,j]。
11.根据权利要求1-8中任一项所述的方法，还包括：
S15:将拓展后的分光点阵中的至少部分点以预设扰动量进行扰动。
12.根据权利要求11所述的方法，其中步骤S15还包括：将所述拓展后的分光点阵中的至少部分点进行横向和/或纵向的随机扰动，以降低投射形成的散斑点阵的非均匀性。
13.一种衍射光学元件，通过对多点式光源的阵列复制以及拓展复制实现对投射的散斑点阵提升散斑点密度的功能，所述衍射光学元件包括：
分光点阵，所述分光点阵包括：
第一分光点阵，用于对所述多点式光源进行阵列复制并投射形成位于第一散斑区域的散斑点阵；
第二分光点阵，用于对所述多点式光源进行阵列复制并投射形成位于第二散斑区域的散斑点阵；和
第三分光点阵，根据所述多点式光源中的全部或者部分发光点的最小相邻点间距或相邻点间距的平均值，将所述第二分光点阵中的每个分光点拓展复制，形成第三分光点阵，所述第三分光点阵对所述多点式光源进行阵列复制并投射形成的散斑点阵落在所述第二散斑区域，从而提升所述第二散斑区域内的散斑点密度并保持所述第一散斑区域内的散斑点密度不变。
14.根据权利要求13所述的衍射光学元件，其中所述第二分光点阵包括以下至少一项：
所述分光点阵最左侧的a列分光点；
所述分光点阵最右侧的b列分光点；
所述分光点阵最上侧的c行分光点；
所述分光点阵最下侧的d行分光点；
所述分光点阵中心区域的e个分光点；
其中，a、b、c、d、e均为正整数。
15.根据权利要求14所述的衍射光学元件，其中a、b、c、d均为小于等于5的正整数。
16.根据权利要求13所述的衍射光学元件，其中经所述第三分光点阵投射形成的散斑点阵与经所述第二分光点阵投射形成的散斑点阵不重叠，所述多点式光源的发光点为规则排布或随机排布。
17.根据权利要求16所述的衍射光学元件，其中当所述多点式光源的发光点为随机排布时，所述第二分光点阵中A点坐标为(kxm,kyn)，对A点进行拓展复制后的A`点的坐标为(kxm`,kyn`),A点坐标与A`点坐标均满足光栅方程，A点坐标与A`点坐标之间的向量为e，则A点与A`点在x方向和y方向的角度正弦间隔满足：
其中，θxm和θyn为A点坐标在x方向和y方向的夹角，θxm‘和θyn‘分别为A`点坐标在x方向和y方向的夹角，ex和ey分别为e向量在x方向和y方向的分量，e向量的范围为0-360°，f为准直镜的焦距。
18.根据权利要求13所述的衍射光学元件，其中经所述第二分光点阵投射形成的散斑点阵的最小相邻点间距或者相邻点间距的平均值为E，经所述第三分光点阵投射形成的散斑点阵与经所述第二分光点阵投射形成的散斑点阵的间距为0.4E-0.6E。
19.根据权利要求13所述的衍射光学元件，根据所述最小相邻点间距或者相邻点间距的平均值，将所述第二分光点阵中的每个分光点拓展复制，形成第三分光点阵，其中每个分光点的拓展方向为以所述分光点阵的中心作为起始点与该分光点连线的方向。
20.根据权利要求19所述的衍射光学元件，根据所述第二分光点阵中每个分光点的位置、每个分光点的拓展方向以及所述最小相邻点间距或者相邻点间距的平均值，确定所述第三分光点阵中每个分光点的位置。
21.根据权利要求13-20中任一项所述的衍射光学元件，其中所述分光点阵根据大周期设计方法设计，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。
22.根据权利要求21所述的衍射光学元件，其中所述大周期设计方法包括：初始分光点阵对应的衍射光学元件的横向周期为Ph，纵向周期为Pu，横向目标级次为[-i，-i+1,…,i-1,i]，纵向目标级次为[-j，-j+1,…,j-1,j]，将初始分光点阵对应的衍射光学元件的横向周期和纵向周期分别阵列复制为原来的M倍和N倍，则设计后的分光点阵对应的衍射光学元件的横向周期为Ph`＝M x Ph，纵向周期为Pu`＝N x Pu，横向目标级次为M x[-i，-i+1,…,i-1,i]，纵向目标级次为N x[-j，-j+1,…,j-1,j]。
23.根据权利要求13-20中任一项所述的衍射光学元件，将拓展后的分光点阵中的至少部分点以预设扰动量进行扰动。
24.根据权利要求23所述的衍射光学元件，将所述拓展后的分光点阵中的至少部分点进行横向和/或纵向的随机扰动，以降低投射形成的散斑点阵的非均匀性。
25.一种投射器，包括：
多点式光源，用于产生光束；和
如权利要求13-24中任一项所述的衍射光学元件，设置于所述多点式光源的光路下游并和所述多点式光源间隔预设距离。
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