CN110941036B

CN110941036B - 红外光扩散片

Info

Publication number: CN110941036B
Application number: CN201911329698.0A
Authority: CN
Inventors: 杨萌; 戴付建; 赵烈烽
Original assignee: Ningbo Sunny Olai Technology Co ltd
Current assignee: Ningbo Sunny Olai Technology Co ltd
Priority date: 2019-12-20
Filing date: 2019-12-20
Publication date: 2022-05-03
Anticipated expiration: 2039-12-20
Also published as: CN110941036A

Abstract

本发明提供了一种红外光扩散片。红外光扩散片包括：微透镜；衬底，微透镜为多个，多个微透镜设置在衬底的表面上，衬底包括多个相互平行叠置的层结构，各层结构的折射率在垂直于衬底指向微透镜的方向上逐渐减小。本发明解决了现有技术中存在易出现高阶衍射的问题。

Description

红外光扩散片

技术领域

本发明涉及光学成像设备技术领域，具体而言，涉及一种红外光扩散片。

背景技术

在诸如AR、VR等需要进行3D光学感测的领域中，必须用到具有一定空间分布和时间分布的光源来照射场景，再根据场景反射光的空间分布和时间分布的变化来还原场景中的各个位置距离光源的距离也就是深度，由此得到的深度图是各类AR，VR应用得以实现的基础。

由于环境中太阳光谱的特性，光源所发出的光线波长优选位于800-1000nm范围中的红外区域以降低可见光的干扰。光源一般会使用VSCEL激光器或者其阵列，所发出的相干光经过DOE形成具有一定空间分布的光斑图案，或者经过光扩散片形成具有均匀性的空间分布但在相位、时间等方面进行了调制的均匀光图案。因此，DOE或者光扩散片对于提升检测精度至关重要。在光经过扩散片进行扩散时，容易出现高阶衍射和全反射现象。

也就是说，现有技术中扩散片存在易出现高阶衍射的问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种红外光扩散片，以解决现有技术中扩散片存在易出现高阶衍射的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种红外光扩散片，包括：微透镜；衬底，微透镜为多个，多个微透镜设置在衬底的表面上，衬底包括多个相互平行叠置的层结构，各层结构的折射率在垂直于衬底指向微透镜的方向上逐渐减小。

进一步地，微透镜的折射率小于层结构的折射率。

进一步地，各层结构的材料对波长在850纳米至1010纳米范围内的光的折射率大于1.4且小于1.8。

进一步地，各层结构的厚度大于等于0.05毫米且小于等于0.3毫米。

进一步地，衬底的材料和微透镜的材料的阿贝数大于40。

进一步地，多个微透镜形成周期性阵列，且各微透镜等间隔设置。

进一步地，相邻两个微透镜之间的距离大于等于1微米且小于等于20微米。

进一步地，相邻两个微透镜之间的距离小于微透镜的长度。

进一步地，微透镜的高度小于微透镜的长度。

进一步地，微透镜的高度大于等于1微米且小于等于50微米；微透镜的长度大于等于5微米且小于等于200微米。

应用本发明的技术方案，红外光扩散片包括微透镜和衬底，微透镜为多个，多个微透镜设置在衬底的表面上，衬底包括多个相互平行叠置的层结构，各层结构的折射率在垂直于衬底指向微透镜的方向上逐渐减小。

通过在衬底上设置多个层结构，多个层结构的折射率在垂直于衬底指向微透镜的方向上逐渐减小，来改变红外光扩散片的出射角，从而减轻微透镜导致的高阶衍射或高频的成分。同时还可以满足不同的出射角的要求的前提下，尽可能减少微透镜的变化，通过改变衬底的变化来改变出射角来使得红外光扩散片适应特定发散角度的激光器。各层结构的厚度不同，这样可以满足不同的扩散需求，每层层结构的厚度可以根据实际的使用需求来进行设计。通过在红外光扩散片上设置减反射膜可以减少光在红外光扩散片上的反射，增加红外光扩散片的透光量，进而增加红外光扩散片的透光率，同时减反射膜还可以减少杂散光。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明的一个可选实施例的红外光扩散片的整体结构示意图；以及

图2示出了图1中红外光扩散片的一个角度的视图；

图3示出了图1中微透镜与层结构之间的位置关系示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、衬底；11、层结构；20、微透镜。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

需要指出的是，除非另有指明，本申请使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的，或者是针对部件本身在竖直、垂直或重力方向上而言的；同样地，为便于理解和描述，“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外，但上述方位词并不用于限制本发明。

为了解决现有技术中存在易出现高阶衍射的问题，本发明提供了一种红外光扩散片。

如图1至图3所示，红外光扩散片包括微透镜20和衬底10，微透镜20为多个，多个微透镜20设置在衬底10的表面上，衬底10包括多个相互平行叠置的层结构11，各层结构11的折射率在垂直于衬底10指向微透镜20的方向上逐渐减小。

通过在衬底10上设置多个层结构11，多个层结构11的折射率在垂直于衬底10指向微透镜20的方向上逐渐减小，来改变红外光扩散片的出射角，从而减轻微透镜导致的高阶衍射或高频的成分。同时还可以满足不同的出射角的要求的前提下，尽可能减少微透镜的变化，通过改变衬底的变化来改变出射角来使得红外光扩散片适应特定发散角度的激光器。各层结构11的厚度不同，这样可以满足不同的扩散需求，每层层结构11的厚度可以根据实际的使用需求来进行设计。通过在红外光扩散片上设置减反射膜可以减少光在红外光扩散片上的反射，增加红外光扩散片的透光量，进而增加红外光扩散片的透光率，同时减反射膜还可以减少杂散光。

需要说明的是，相邻的两个层结构11之间的梯度差大于0.05。当然，相邻的两个层结构11之间的梯度差可以是0.06、0.065、0.07、0.075、0.08、0.085、0.09等。而相邻的两个梯度可以相同也可以不同。

可选地，微透镜20的折射率小于层结构11的折射率。通过各层结构11之间的折射率的变化来增大红外光扩散片的出射角，进而减少微透镜20导致的高阶衍射或高频成分。

在图3所示的具体实施例中，红外光扩散片具有三个层结构11。当然层结构11的数量可以根据需要进行增减，例如在不改变微透镜20的排布和激光器配置的情况下，可以仅通过增加或减小层结构11的数量来改变红外光扩散片的出射角。此外，通过衬底10中的层结构11来调整出射角黑可以减轻高阶衍射的影响。

需要说明的是，在本申请中，红外光扩散片是矩形的，红外光扩散片中一组相对的侧边的长度大于等于2毫米且小于等于4毫米，红外光扩散片中另一组相对的侧边的长度大于等于3毫米且小于等于6毫米。这样设置便于红外光扩散片可以适用于TOF模组。

当然，各层结构11的折射率也可以向靠近微透镜20的方向逐渐增大，微透镜20的折射率大于层结构11的折射率。这样设置可以通过层结构11之间折射率的变化来减少红外光扩散片的出射角，以适应需要小出射角的激光器。

在本实施例中，各层结构11的材料对波长在850纳米至1010纳米范围内的光的折射率大于1.4且小于1.8。这样设置使得光在射入到各个层结构11上时会发生较大的偏折，以在红外光扩散片的内部经过反射、散射，以增加红外光扩散片出射光的均匀性。衬底10的材料可以是各类光学玻璃，优选阿贝数大于50的光学玻璃。层结构11的材料的阿贝数可以是55、60、65、70、80等。层结构11的材料对波长在850nm至1010范围内的光的折射率可以是1.45、1.50、1.55、1.6、1.7、1.73、1.75、1.78等。

在本实施例中，各层结构11的厚度大于等于0.05毫米且小于等于0.3毫米。这样设置可以保证红外光扩散片的结构强度，以使得红外光扩散片可以稳定的使用。此外，层结构11的厚度限制在0.05毫米至0.3毫米的范围内可以保证衬底小型化，以使得红外光扩散片适用于小镜头。

可选地，层结构11的厚度可以为50um、55um、60um、65um、70um、75um、80um、85um、90um、100um等。

在本实施例中，衬底10的材料和微透镜20的材料的阿贝数大于40。将衬底10和微透镜20的材料的阿贝数大于40可以减少色散，减小经过红外光扩散片射出的图像的失真。

在本实施例中，多个微透镜20形成周期性阵列，且各微透镜20等间隔设置。各个微透镜20成周期性排布，便于红外光扩散片的制作，并且可以增加红外光扩散片在量产过程中的一致性，减少量产出的红外光扩散片之间的差异性。

如图1至图2所示，在本实施例中微透镜20是方形的，但不限制于方形。微透镜20可以是半球状、非球面曲面、自由曲面、鞍形、柱形以及任何其他的形状，只要其具有形状或折射率上的变化能使得透过的光的光程差发生改变即可。

需要说明的是，周期性阵列可以通过压印、光刻和电子束曝光等微加工技术，且优选通过模板进行大面积制造后再进行切割。在使用压印的情况下，首先在衬底10上涂覆微透镜20，之后升温使得微透镜20材料软化在将模具压在微透镜20上以形成二维周期性阵列或者与之相反的图案，最后将该图案通过镀膜进行图形转移或者直接进行刻蚀的方法转移到所使用的玻璃衬底上。在使用光刻的情况下，在衬底10上涂覆PMMA等光敏性电介质后，利用淹膜照射激光束进行曝光或者直接利用空间编码的激光束进行曝光，最后通过显影液去除所曝光的部分，留下图案。

在本实施例中，相邻两个微透镜20之间的距离大于等于1微米且小于等于20微米。这样设置可以降低衍射的影响，同时能减低量产的难度。

在本实施例中，相邻两个微透镜20之间的距离小于微透镜20的长度。这样设置可以保证微透镜20的密度，进而使得红外光扩散片的出射光更均匀。

需要说明，在本申请中，微透镜20的长度是指微透镜20平行于衬底10的最大长度，而微透镜20的高度是指垂直于衬底10的方向的最大高度。

在本实施例中，微透镜20的高度小于微透镜20的长度。

在本实施例中，微透镜20的高度大于等于1微米且小于等于50微米；微透镜20的长度大于等于5微米且小于等于200微米。微透镜20的长度大于等于5微米且小于等于200微米。这样设置使得红外光扩散片实现高透射率和高衍射效率。

为了实现高透射率和高衍射效率以及合适的出射角之间的均衡，应使得微透镜20的大小以及相邻微透镜20的间距之间的关系被优化，减小微透镜20的高度有利于降低制造难度。因此，每个微透镜20的高度H、微透镜20的长度D，相邻两个微透镜20之间的间隔d之间满足：H<D，d<D。

优选地，H<D/2，d<D/2。

需要说明的是，在本申请中，高透射率是指透射率大于90％，高衍射效率是指衍射效率大于70％。衍射效率定义为出射光场中心能量10％以上的部分所占所用出射光场能量的比例。合适的出射角是指出射角大于60度。出射角定义为X和Y方向出射光场的分布的空间角度。

可选地，红外光扩散片还包括减反射膜，减反射膜位于衬底10上与微透镜20相对一侧的表面上；和/或红外光扩散片还包括滤波片，滤波片位于衬底10上与微透镜20相对一侧的表面上。通过在红外光扩散片上设置减反射膜可以减少光在红外光扩散片上的反射，增加红外光扩散片的透光量，进而增加红外光扩散片的透光率，同时减反射膜还可以减少杂散光。滤波片可以允许红外光通过，减少其他光对红外光的影响。而将减反射膜和滤波片设置在衬底10上与微透镜20相对一侧的表面上，这样可以减少减反射膜和滤波片对电介质层的影响，使得微透镜20可以稳定的工作。减反射膜可以包括氮化硅、二氧化硅、二氧化钛和氧化铝等常用材料。也可以包括有机聚合物。

需要说明的是，在本实施例中的滤波片优选为红外窄带滤波片，当然可以根据实际需要过滤的光的需求来设置滤波片的种类。

在本实施例中，红外光扩散片中还可以设置防静电、防龟裂、增加硬度的功能膜。为了保护微透镜20上的周期性微透镜20，优选将这些功能膜布置在衬底10上与微透镜20相对一侧的表面上。

需要说明的是，上述的减反射膜和功能膜等也可以设置在相邻两个层结构11之间。

在本实施例中，仅有微透镜20包含电介质材料。

显然，上述所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，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他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、工作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

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，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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

1.一种红外光扩散片，其特征在于，包括：

微透镜（20）；

衬底（10），所述微透镜（20）为多个，多个所述微透镜（20）设置在所述衬底（10）的表面上，所述衬底（10）包括多个相互平行叠置的层结构（11），各所述层结构（11）的折射率在垂直于所述衬底（10）指向所述微透镜（20）的方向上逐渐减小，且相邻的两个所述层结构（11）之间的梯度差大于0.05，所述衬底（10）的材料是光学玻璃，所述微透镜（20）的高度H与所述微透镜（20）的长度D之间满足：H<D/2，相邻两个所述微透镜（20）之间的距离大于等于1微米且小于等于20微米，所述微透镜（20）的折射率小于所述层结构（11）的折射率，各所述层结构（11）的材料对波长在850纳米至1010纳米范围内的光的折射率大于1.4且小于1.8。

2.根据权利要求1所述的红外光扩散片，其特征在于，各所述层结构（11）的厚度大于等于0.05毫米且小于等于0.3毫米。

3.根据权利要求1或2所述的红外光扩散片，其特征在于，所述衬底（10）的材料和所述微透镜（20）的材料的阿贝数大于40。

4.根据权利要求1或2所述的红外光扩散片，其特征在于，多个所述微透镜（20）形成周期性阵列，且各所述微透镜（20）等间隔设置。

5.根据权利要求4所述的红外光扩散片，其特征在于，相邻两个所述微透镜（20）之间的距离小于所述微透镜（20）的长度。

6.根据权利要求1或2所述的红外光扩散片，其特征在于，

所述微透镜（20）的高度大于等于1微米且小于等于50微米；

所述微透镜（20）的长度大于等于5微米且小于等于200微米。