CN109541810A - 一种匀光器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的匀光器由多个不规则的四边形口径的微阵列构成，任意一个不规则的四边形口径的微阵列所在的四边形的中心和四个顶点满足随机分布，相邻不规则四边形口径的微阵列紧密排列，且每一个不规则四边形口径的微阵列由连续面型的曲面构成，当入射光照射到所述匀光器上时，每一个不规则四边形口径的微阵列将入射光束分割成若干份，然后出射至远场叠加，形成具有固定形状的匀光光斑，由于本发明提供的匀光器，任意一个不规则的四边形口径的微阵列的形状均是随机分布的，随机性将打乱其干涉性，因此提供的匀光器克服了传统周期性微透镜阵列匀光中的干涉问题。
Description
技术领域
本发明涉及光学器件技术领域，特别涉及一种匀光器。
背景技术
光学匀光器在激光照明、背光显示、工业加工、3D成像等方面具有非常广泛的应用。目前的光学匀光主要采用周期性排布的微透镜阵列的几何匀光系统、二元台阶式的衍射匀光结构以及随机毛玻璃等方式来实现。微透镜阵列由于其结构的周期性强，在光源是激光的情况下容易因其周期性产生强烈的干涉效应，在远场形成干涉增强或减弱的区域，影响匀光效果；二元台阶式衍射结构由于其零级能量对台阶深度异常敏感，导致零级很难消除；随机毛玻璃虽然可以消除激光的相干性，但远场光斑的均匀性、光斑形状均无法控制，因此应用受限。
发明内容
有鉴如此，有必要针对现有技术存在的缺陷，提供一种克服传统几何匀光器和衍射匀光器的限制的匀光器。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种匀光器，包括：所述匀光器由多个不规则的四边形口径的微阵列构成，任意一个不规则的四边形口径的微阵列所在的四边形的中心和四个顶点满足随机分布，相邻不规则四边形口径的微阵列紧密排列，且每一个不规则四边形口径的微阵列由连续面型的曲面构成，当入射光照射到所述匀光器上时，每一个不规则四边形口径的微阵列将入射光束分割成若干份，然后出射至远场叠加，形成具有固定形状的匀光光斑。
在一些较佳的实施例中，所述匀光器的构成材料为光学塑料或光学玻璃。
在一些较佳的实施例中，所述不规则四边形口径的微阵列的每个四边形的形状各不相同。
在一些较佳的实施例中，所述相邻不规则四边形口径的微阵列所在的四边形共用一条边。
在一些较佳的实施例中，所述连续面型包括凸型连续曲面、凹型连续曲面和波浪型连续曲面。
本发明采用上述技术方案的优点是：
本发明提供的匀光器由多个不规则的四边形口径的微阵列构成，任意一个不规则的四边形口径的微阵列所在的四边形的中心和四个顶点满足随机分布，相邻不规则四边形口径的微阵列紧密排列，且每一个不规则四边形口径的微阵列由连续面型的曲面构成，当入射光照射到所述匀光器上时，每一个不规则四边形口径的微阵列将入射光束分割成若干份，然后出射至远场叠加，形成具有固定形状的匀光光斑，由于本发明提供的匀光器，任意一个不规则的四边形口径的微阵列的形状均是随机分布的，随机性将打乱其干涉性，因此提供的匀光器克服了传统周期性微透镜阵列匀光中的干涉问题。
此外，本发明提供的匀光器，由于每一个不规则四边形口径的微阵列由连续面型的曲面构成，匀光方式满足几何光学匀光规律，因此不存在传统二元衍射匀光器中的零级衍射现象，且匀光光场的大小与其矢高和口径的比例相关，相对于衍射匀光器而言，更易实现大角度匀光。
另外，本发明提供的匀光器，其光斑形状和光分布均可调整，可获得毛玻璃匀光结构无法实现的光斑形状和分布控制。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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的附图。
图1为本发明实施例提供的凸型的不规则四边形微阵列结构的匀光器子口径中心点的分布图；
图2为本发明实施例提供的不规则四边形微阵列结构的二维分布图；
图3为本发明实施例提供的不规则四边形微阵列结构的三维分布图；
图4为本发明实施例提供的不规则四边形微阵列结构匀光器的远场出射角度分布示例图；
图5为本发明实施例提供的不规则四边形微阵列结构匀光器的远场出射光场分布示例图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种匀光器，所述匀光器由多个不规则的四边形口径的微阵列构成，任意一个不规则的四边形口径的微阵列所在的四边形的中心和四个顶点满足随机分布，相邻不规则四边形口径的微阵列紧密排列，且每一个不规则四边形口径的微阵列由连续面型的曲面构成，当入射光照射到所述匀光器上时，每一个不规则四边形口径的微阵列将入射光束分割成若干份，然后出射至远场叠加，形成具有固定形状的匀光光斑。
可以理解，所述匀光器由多个不规则的四边形口径的微阵列构成，由于每个子口径不规则的四边形特征，远场叠加时干涉引起的强弱光场被平滑，达到匀光目的。
在一些较佳的实施例中，所述匀光器的构成材料为光学塑料或光学玻璃。
在一些较佳的实施例中，所述不规则四边形口径的微阵列的每个四边形的形状各不相同。
在一些较佳的实施例中，所述相邻不规则四边形口径的微阵列所在的四边形共用一条边。
在一些较佳的实施例中，所述连续面型包括凸型连续曲面、凹型连续曲面和波浪型连续曲面。
请参阅图1，为本发明一实施例提供的凸型的不规则四边形微阵列结构的匀光器子口径中心点的分布图，从图1中可以看出所述匀光器由多个不规则的四边形口径的微阵列构成，任意一个不规则的四边形口径的微阵列所在的四边形的中心和四个顶点满足随机分布，相邻不规则四边形口径的微阵列紧密排列。
请参阅图2及图3，分别给出了不规则四边形微阵列结构的二维分布图及三维分布图，从图2和图3中可以看出，所述匀光器由多个不规则的四边形口径的微阵列构成，任意一个不规则的四边形口径的微阵列所在的四边形的中心和四个顶点满足随机分布，相邻不规则四边形口径的微阵列紧密排列且每一个不规则四边形口径的微阵列由连续面型的曲面构成。
请参阅图4，为本发明实施例提供的不规则四边形微阵列结构匀光器的远场出射角度及出射光场分布示例图。
可以理解，所述匀光器的远场光斑大小由不规则四边形的口径尺寸和矢高确定；所述匀光器的远场光斑的光场分布均匀性由连续面型的形状确定。
本发明提供的匀光器由多个不规则的四边形口径的微阵列构成，任意一个不规则的四边形口径的微阵列所在的四边形的中心和四个顶点满足随机分布，相邻不规则四边形口径的微阵列紧密排列，且每一个不规则四边形口径的微阵列由连续面型的曲面构成，当入射光照射到所述匀光器上时，每一个不规则四边形口径的微阵列将入射光束分割成若干份，然后出射至远场叠加，形成具有固定形状的匀光光斑，由于本发明提供的匀光器，任意一个不规则的四边形口径的微阵列的形状均是随机分布的，随机性将打乱其干涉性，因此提供的匀光器克服了传统周期性微透镜阵列匀光中的干涉问题。
此外，本发明提供的匀光器，由于每一个不规则四边形口径的微阵列由连续面型的曲面构成，匀光方式满足几何光学匀光规律，因此不存在传统二元衍射匀光器中的零级衍射现象，且匀光光场的大小与其矢高和口径的比例相关，相对于衍射匀光器而言，更易实现大角度匀光。
另外，本发明提供的匀光器，其光斑形状和光分布均可调整，可获得毛玻璃匀光结构无法实现的光斑形状和分布控制。
以下结合具体实施例详细说明本发明的技术方案。
实施例1：
一种匀光器，采用下述技术方案：
(1)器件材料为光学UV塑料；
(2)不规则四边形阵列的中心点满足图1所示的随机分布；
(3)不规则四边形阵列的口径分布满足图2所示的随机分布，其中每个子口径均为不规则四边形，每个四边形的形状均不相同，相邻两个子口径紧密排列，共用一条边，该结构水平方向的平均口径为30微米，竖直方向的平均口径为50微米；
(4)不规则四边形阵列的三维面型分布如图3所示，每个子口径内部均为凹陷的连续曲面分布；
(5)在波长为940nm的平行激光入射下，该匀光器的出射方向如图4所示，在水平和竖直方向形成类sinc函数的角度分布；
(6)该匀光器在1米处的匀光光斑如图5所示，该光斑整体接近矩形，无零级和明暗分布的干涉情况，内部光分布均匀。
实施例2：
一种匀光器，采用下述技术方案：
(1)器件材料为光学玻璃；
(2)不规则四边形阵列的中心点随机分布；
(3)不规则四边形阵列的子口径的四个角随机分布，每个四边形的形状均不相同，相邻两个子口径紧密排列，该结构水平方向的平均口径为20微米，竖直方向的平均口径为30微米；
(4)匀光器内每个子口径内部均为突出的球面分布；
(5)在波长为650nm的平行激光入射下，该匀光器的出射方向在水平和竖直方向形成类矩形窗口函数的角度分布；
(6)该匀光器在0.5米处的匀光光斑整体接近矩形，无零级和明暗分布的干涉情况，内部光分布均匀。
当然本发明的匀光器还可具有多种变换及改型，并不局限于上述实施方式的具体结构。总之，本发明的保护范围应包括那些对于本领域普通技术人员来说显而易见的变换或替代以及改型。
Claims (5)
1.一种匀光器，其特征在于，包括：所述匀光器由多个不规则的四边形口径的微阵列构成，任意一个不规则的四边形口径的微阵列所在的四边形的中心和四个顶点满足随机分布，相邻不规则四边形口径的微阵列紧密排列，且每一个不规则四边形口径的微阵列由连续面型的曲面构成，当入射光照射到所述匀光器上时，每一个不规则四边形口径的微阵列将入射光束分割成若干份，然后出射至远场叠加，形成具有固定形状的匀光光斑。
2.如权利要求1所述的匀光器，其特征在于，所述匀光器的构成材料为光学塑料或光学玻璃。
3.如权利要求1所述的匀光器，其特征在于，所述不规则四边形口径的微阵列的每个四边形的形状各不相同。
4.如权利要求1所述的匀光器，其特征在于，所述相邻不规则四边形口径的微阵列所在的四边形共用一条边。
5.如权利要求1所述的匀光器，其特征在于，所述连续面型包括凸型连续曲面、凹型连续曲面和波浪型连续曲面。
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