微透镜阵列匀光结构及其设计制作方法、TOF镜头及设备技术

本发明专利技术公开了一种微透镜阵列匀光结构及其设计制作方法、TOF镜头及设备，所述匀光结构包括基底层及形成于基底层表面的匀光层，匀光层背离基底层的表面形成有微透镜阵列，微透镜阵列在匀光层的表面形成连续的面，微透镜的光学面型包括偶次非球面面型和变形非球面面型，该匀光结构的设计方法包括提供母透镜、对母透镜进行阵列排布、使透过母透镜阵列后形成所期望的光扩散图案、将子透镜的曲率做随机的放大或者缩小、将子透镜位置做随机处理、将所有透镜做并集，通过该种设计方法设计制作得到的微透镜阵列设计周期较短，易于加工，使激光阵列透过该微透镜阵列后可以消除干涉条纹形成特定的光扩散图案。定的光扩散图案。定的光扩散图案。

【技术实现步骤摘要】
微透镜阵列匀光结构及其设计制作方法、TOF镜头及设备


[0001]本专利技术涉及三维感知领域，尤其涉及一种微透镜阵列匀光结构及其设计制作方法、TOF镜头及设备。

技术介绍

[0002]TOF(Time of flight，飞行时间)技术可以进行三维感知与距离测量，主要是通过给目标发送连续的光脉冲，再通过传感器接收被目标物体反射回来的光，从而探测目标的深度。TOF的光学部分主要分为三部分：激光阵列光源、匀光结构和TOF镜头，其中，匀光结构使激光阵列发出的光扩散成为具有大视场角的发散光，使传感器能探测较大范围的不同深度。随着现在TOF技术越来越多地加入到小型化设备中，TOF镜头越来越小，相应的TOF镜头的匀光结构作为TOF技术的重要组成部分，也需要符合小型化的趋势，但现有微型匀光结构却无法达到TOF技术所要求达到的视场角和体积，匀光结构匀光后会产生干涉条纹，影响TOF镜头对光场的接收，进而影响对目标深度的探测。
[0003]再者，现有微型匀光微透镜阵列结构设计制造过程繁琐，母版不易制作，整体制造难度较高。
[0004]更有甚者，现有微型匀光微透镜阵列结构不能适应小型化设备如手机、平板电脑对匀光器件的需求，如此就造成了技术盲区。
[0005]因此，亟需提出一种新的技术方案来解决上述问题。

技术实现思路

[0006]目前，微透镜阵列匀光结构的结构设计制造方法大多数比较复杂，母版不易制作，并且视场角受限，容易出现干涉条纹，影响目标深度的探测。本专利技术的目的是解决现有技术中存在的问题，提供一种微透镜阵列匀光结构的设计方法，使微透镜阵列匀光结构可以通过步骤较为简单的方式进行设计与加工，具体技术方案如下：
[0007]一种微透镜阵列匀光结构的设计方法，其包括：
[0008]根据目标光扩散光斑设计得到第一微透镜阵列；
[0009]获取所述第一微透镜阵列的微透镜曲面参数；
[0010]在预定范围内对获取的所述微透镜曲面参数中的一个或多个参数进行放大或缩小，得到第二微透镜阵列的微透镜曲面参数；
[0011]根据得到的所述第二微透镜阵列的微透镜曲面参数，选择组成所述第二微透镜阵列的若干个微透镜，并将若干个所述微透镜阵列排布；
[0012]若干个所述微透镜阵列排布完成，每个微透镜以其中心点作为初始点在其所在平面上偏移预设距离，去除相邻两个所述微透镜相交的部分，获得所述第二微透镜阵列。
[0013]基于上述提供的微透镜阵列匀光结构的设计方法，本专利技术还提供一种根据该设计方法设计得到的微透镜阵列匀光结构，该匀光结构包括基底层，以及形成于所述基底层表面的匀光层，所述匀光层背离所述基底层的表面形成有微透镜阵列；若干个微透镜错位排
布形成所述微透镜阵列，所述微透镜阵列在所述匀光层的表面形成连续的面；所述微透镜的光学面型包括非球面面型；排成一排或一列的微透镜的中心点在一条直线两侧的预定范围内随机分布。
[0014]基于上述提供的设计方法设计得到的微透镜阵列匀光结构，本专利技术还提供一种微透镜阵列匀光结构的制作方法，该制作方法包括：
[0015]于光刻基底上形成图案形成层，
[0016]于所述图案形成层上形成微透镜阵列结构图案，所述微透镜阵列结构图案与目标微透镜阵列结构图案相反，
[0017]于压印基底上形成图案转印层，将所述图案形成层上形成的所述微透镜阵列结构图案转印于所述图案转印层上，于所述图案转印层上形成所述目标微透镜阵列结构图案。
[0018]本专利技术还提供一种TOF镜头，其包括上述的微透镜阵列匀光结构，所述微透镜阵列匀光结构具有微透镜阵列，所述微透镜阵列与激光阵列光源之间设置有厚度范围为0.1mm～0.5mm的空气层。
[0019]本专利技术还提供一种装设有TOF镜头的设备，其包括上述的TOF镜头，所述TOF镜头上安装有上述的微透镜阵列匀光结构。
[0020]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果中的一个或多个：
[0021]1.本专利技术提供的微透镜阵列匀光结构的设计方法使匀光结构的设计流程步骤变得清晰，相比于现有技术也减少了匀光结构的设计步骤，设计得到的微透镜匀光结构可以消除周期性微透镜阵列带来的干涉条纹。
[0022]2.本专利技术提供一种微透镜阵列匀光结构及其设计制作方法，该匀光结构由微透镜阵列构成，这种微透镜阵列可以由不同口径、不同形状的微透镜组成，以此来破坏微透镜阵列的周期性，使激光阵列通过该微透镜阵列匀光结构匀光后消除干涉现象，且形成特定的光扩散图案，本专利技术提供的设计方法步骤简单，设计周期短，且易于加工。
[0023]3.通过本专利技术所述匀光结构微透镜的填充率可达100％，较大的填充率可以增大入射光的利用效率，微透镜与微透镜之间无断面，使得微透镜与微透镜之间的过渡是连续的，单个微透镜的形状与所期望达到的光斑形状近似，提高光斑的均匀性，就加工层面来讲微透镜间无断层也降低纳米压印的加工难度。
[0024]4.通过本专利技术提供的微透镜阵列匀光结构的设计方法可以通过控制改变微透镜曲面参数得到期望得到的光斑的形状以及视场角，激光阵列发出的光通过微透镜匀光结构的视场角可以达到80度及以上。
[0025]5.本专利技术通过间隔排列的方式，控制激光阵列通过微透镜阵列后所形成的光斑形状，实验证明能达到70
°
及以上的视场角；
[0026]6.通过本专利技术提供的微透镜阵列匀光结构的设计方法与制造方法可以制作出小型化的微透镜阵列匀光结构，微透镜阵列匀光结构的厚度小于0.5mm，通光尺寸小于0.7mm*0.7mm，适用于小型化的TOF模型。
附图说明
[0027]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本
专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
[0028]图1是本专利技术所述微透镜阵列匀光结构的设计方法的流程框图；
[0029]图2是本专利技术所述微透镜阵列匀光结构的制作方法的流程框图；
[0030]图3是本专利技术所述微透镜阵列匀光结构在一种实施例中的结构示意图；
[0031]图4为第一微透镜阵列(或称为母透镜阵列)结构的主视图；
[0032]图5(a)为母透镜阵列远场出射光光斑示意图；
[0033]图5(b)为图5(a)所示的光斑示意图对应的灰度能量比例图；
[0034]图6为第二微透镜阵列(或称为非规则子透镜阵列)的主视图；
[0035]图7为非规则子透镜阵列主视图的部分放大图；
[0036]图8为非规则子透镜阵列的侧视图；
[0037]图9(a)为非规则子透镜阵列远场出射光光斑示意图；
[0038]图9(b)为图9(a)所示的光斑示意图对应的灰度能量比例图；
[0039]图10为第一微透镜阵列(或称为母透镜阵列)结本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微透镜阵列匀光结构的设计方法，其特征在于，其包括：根据目标光扩散光斑设计得到第一微透镜阵列；获取所述第一微透镜阵列的微透镜曲面参数；在预定范围内对获取的所述微透镜曲面参数中的一个或多个参数进行放大或缩小，得到第二微透镜阵列的微透镜曲面参数；根据得到的所述第二微透镜阵列的微透镜曲面参数，选择组成所述第二微透镜阵列的若干个微透镜，并将若干个所述微透镜阵列排布；若干个所述微透镜阵列排布完成，每个微透镜以其中心点作为初始点在其所在平面上偏移预设距离，去除相邻两个所述微透镜相交的部分，获得所述第二微透镜阵列。2.根据权利要求1所述的微透镜阵列匀光结构的设计方法，其特征在于，所述第一微透镜阵列的微透镜曲面参数包括曲率半径；在预定范围内对获取的所述第一微透镜阵列的所述曲率半径进行放大或缩小，得到第二微透镜阵列的曲率半径；根据得到的所述第二微透镜阵列的曲率半径，选择组成所述第二微透镜阵列的若干个微透镜，并将若干个所述微透镜阵列排布，若干个所述微透镜阵列排布后相邻两个所述微透镜之间的距离相等；若干个所述微透镜阵列排布完成，每个微透镜以其中心点作为初始点在其所在平面上向预定方向偏移预设距离，去除相邻两个所述微透镜相交的部分，获得所述第二微透镜阵列。3.根据权利要求2所述的微透镜阵列匀光结构的设计方法，其特征在于，对获取的所述第一微透镜阵列的所述曲率半径进行放大或缩小的倍数在0.8
‑
1.2之间。4.根据权利要求2所述的微透镜阵列匀光结构的设计方法，其特征在于，每个微透镜以其中心点作为初始点在其所在平面上偏移预设距离，每个微透镜偏移的所述预设距离的最大值为所述微透镜在初始点时和与其相邻的微透镜之间的中心距离的0.4倍，每个微透镜偏移的所述预设距离的最小值为0。5.根据权利要求2所述的微透镜阵列匀光结构的设计方法，其特征在于，若干个所述微透镜阵列排布后相邻两个所述微透镜之间的距离相等，相邻两个所述微透镜之间的中心间距的范围为20～50微米。6.根据权利要求1所述的微透镜阵列匀光结构的设计方法，其特征在于，所述第一微透镜阵列中每个微透镜的光学面型为非球面面型，所述非球面面型包括偶次非球面面型和变形非球面面型；若所述第一微透镜阵列中的所述微透镜的光学面型为偶次非球面面型，则，所述第一微透镜阵列中的所述微透镜的曲率半径的取值由所述目标光扩散光斑的视场角决定，所述第一微透镜阵列中的所述微透镜的圆锥系数的取值由所述目标光扩散光斑的能量分布决定；若所述第一微透镜阵列中的所述微透镜的光学面型为变形非球面面型，则，所述第一微透镜阵列中横向方向上的所述微透镜的曲率半径的取值，及所述第一微透镜阵列中纵向方向上的所述微透镜的曲率半径的取值，均由所述目标光扩散光斑的视场角
决定，所述第一微透镜阵列中的所述微透镜的圆锥系数的取值由所述目标光扩散光斑的能量分布决定。7.根据权利要求6所述的微透镜阵列匀光结构的设计方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐越，
申请(专利权)人：苏州苏大维格科技集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：