CN111273452A - 匀光片 - Google Patents

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    • G02B27/0938—Using specific optical elements
    • G02B27/095—Refractive optical elements
    • G02B27/0955—Lenses
    • G02B27/0961—Lens arrays

Abstract

本发明公开了一种匀光片，包括多个微透镜，至少一个所述微透镜包括交替叠加的折射型曲面和衍射型台阶结构。当激光入射到该匀光片上时，入射光被微透镜分割，并通过微透镜折射型曲面的发散作用在远场形成发散的光斑，同时通过微透镜表面的衍射型台阶结构调节发散光斑的均匀性和边界截止性，可以提升远场匀化光斑的形状控制能力、能量分布均匀性以及边界截止性，同时避免零级衍射。客服了传统的衍射型匀光结构中零级衍射对结构深度的敏感性和大角度匀光问题，同时克服了传统的折射型匀光结构中光斑均匀性不足和边界截止性差的问题。

Description

匀光片
技术领域
本发明涉及光学器件领域，特别涉及一种匀光片。
背景技术
匀光片在激光照明、激光电视、激光医疗、3D成像、激光加工等方面具有非常广泛的应用。目前的激光匀化主要有两种方式：一是基于折射型的微透镜阵列的几何匀化结构；二是基于二元台阶式衍射结构的衍射元件实现激光匀化。折射型匀化结构在光斑形状控制、光斑均匀性控制和边界截止性方面均不如衍射型匀光结构，而衍射型匀光结构容易产生零级亮斑，且匀光光斑角度受衍射结构的特征尺寸限制，很难实现大角度匀光。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种匀光片，可以提升远场匀化光斑的形状控制能力、能量分布均匀性以及边界截止性，同时避免零级衍射。
根据本发明的一种匀光片，包括多个微透镜，至少一个所述微透镜包括交替叠加的折射型曲面和衍射型台阶结构。
根据本发明实施例的一种匀光片，至少具有如下有益效果：当激光入射到该匀光片上时，入射光被微透镜分割，并通过微透镜折射型曲面的发散作用在远场形成发散的光斑，同时通过微透镜表面的衍射型台阶结构调节发散光斑的均匀性和边界截止性，可以提升远场匀化光斑的形状控制能力、能量分布均匀性以及边界截止性，同时避免零级衍射。
根据本发明的一些实施例，每一个所述微透镜均包括交替叠加的折射型曲面和衍射型台阶结构。
根据本发明的一些实施例，多个所述微透镜紧密排列。
根据本发明的一些实施例，多个所述微透镜随机排列。
根据本发明的一些实施例，所述微透镜为凸形微透镜或凹形微透镜。
根据本发明的一些实施例，所述微透镜的大小各不相同。
根据本发明的一些实施例，所述微透镜的的材料为光学塑料或石英玻璃。
根据本发明的一些实施例，每一个微透镜的子口径的大小是随机的。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明实施例中凸形微透镜组成的匀光片的面型分布图；
图2为现有技术中凸形微透镜组成的匀光片的面型分布图；
图3为本发明实施例中凹形微透镜组成的匀光片的面型分布图；
图4为现有技术中凹形微透镜组成的匀光片的面型分布图；
图5为本发明实施例1的远场匀光光斑分布示例图；
图6为本发明实施例2的远场匀光光斑分布示例图；
图7为本发明实施例3的远场匀光光斑分布示例图；
图8为本发明中凸形微透镜组成的匀光片的子口径分布图；
图9为本发明中凹形微透镜组成的匀光片的子口径分布图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右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。
在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，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或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
本发明提供一种匀光片，包括多个微透镜，至少一个所述微透镜包括交替叠加的折射型曲面1和衍射型台阶结构2。较优的实施方式为每一个所述微透镜均包括交替叠加的折射型曲面1和衍射型台阶结构2。微透镜的形状为在常规曲面透镜的基础上加工出台阶结构，以凸形微透镜为例，加工后的透镜由若干圆台或圆柱叠加形成，参见图1，单个微透镜由若干圆台叠加组成，上端的圆台的底部面积比下方圆台的顶部面积要大，多个圆台叠加形成台阶，每个圆台均具有折射型曲面1和衍射型台阶结构2。当激光入射到该匀光片上时，入射光被微透镜分割，并通过微透镜折射型曲面1的发散作用在远场形成发散的光斑，同时通过微透镜表面的衍射型台阶结构2调节发散光斑的均匀性和边界截止性，可以提升远场匀化光斑的形状控制能力、能量分布均匀性以及边界截止性，同时避免零级衍射。
在一些实施例中，多个所述微透镜紧密排列，紧密的排列结构可以增加微透镜数量，光斑均匀性更好。
在一些实施例中，多个所述微透镜随机排列，由于是微透镜随机分布的，因此在激光入射时其干涉也是随机的，在远场不形成明暗变化的干涉现象，从而克服了传统周期性微透镜阵列匀光中的干涉问题。
在一些实施例中，所述微透镜为凸形微透镜或凹形微透镜。
在一些实施例中，参见图8和图9，每一个小块是一个微透镜子口径，每一个子口径整体是一个类似于传统透镜的凸面或者凹面，为折射型面曲；里面更小的环带是衍射型台阶结构2，组合在一起形成了折衍混合结构。所述微透镜的大小各不相同，微透镜的子口径的大小是随机的，口径分布也是随机的，激光入射时其干涉也是随机的，避免干涉现象。
在一些实施例中，所述微透镜的的材料为光学塑料或石英玻璃。
下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。
实施例1：
一种匀光片，实现如下：
参见图1和图2，本实施例匀光片器件材料为光学塑料，采用凸形微透镜，每一个凸形微透镜随机紧密排列，且微透镜的大小各不相同，微透镜的平均口径为40微米。微透镜由多个圆台叠加构成，具有交替叠加的折射型曲面1和衍射型台阶结构2。现有技术的微透镜如图2所示，只具有折射型曲面1，没有台阶结构。在波长为940nm的平行激光入射下，该匀光片在1米处的匀光光斑如图5所示，该光斑为矩形，光斑角度为60度×40度，无零级和明暗分布的干涉情况，边缘截止性好，内部光分布均匀。
实施例2：
一种随机排布的折衍混合微透镜匀光片，实现如下：
参见图3和图4，本实施例匀光片器件材料为石英玻璃，采用凹形微透镜，每一个微透镜随机紧密排列，且微透镜的大小各不相同，微透镜平均口径为30微米。微透镜具有交替叠加的折射型曲面1和衍射型台阶结构2。现有技术的微透镜如图4所示，只具有折射型曲面1，没有台阶结构。在波长为650nm的平行激光入射下，该匀光片在1米处的匀光光斑如图6所示，该光斑为圆形，光斑角度为60度×60度，无零级和明暗分布的干涉情况，边缘截止性好，内部光分布均匀。
实施例3：
一种随机排布的折衍混合微透镜匀光片，实现如下：
本实施例匀光片器件材料为石英玻璃，采用凹形微透镜，每一个微透镜随机紧密排列，且微透镜的大小各不相同。微透镜具有交替叠加的折射型曲面1和衍射型台阶结构2。在波长为532nm的平行激光入射下，该匀光片在10米处的匀光光斑如图7所示，该光斑为狭长矩形，光斑角度为70度×15度，无零级和明暗分布的干涉情况，边缘截止性好，内部光分布均匀。

Claims (8)

1.一种匀光片，其特征在于，包括：多个微透镜，至少一个所述微透镜包括交替叠加的折射型曲面和衍射型台阶结构。
2.根据权利要求1所述的一种匀光片，其特征在于：每一个所述微透镜均包括交替叠加的折射型曲面和衍射型台阶结构。
3.根据权利要求1所述的一种匀光片，其特征在于：多个所述微透镜紧密排列。
4.根据权利要求1或3所述的一种匀光片，其特征在于：多个所述微透镜随机排列。
5.根据权利要求1所述的一种匀光片，其特征在于：所述微透镜为凸形微透镜或凹形微透镜。
6.根据权利要求1所述的一种匀光片，其特征在于：所述微透镜的大小各不相同。
7.根据权利要求1所述的一种匀光片，其特征在于：所述微透镜的的材料为光学塑料或石英玻璃。
8.根据权利要求1所述的一种匀光片，其特征在于：每一个微透镜的子口径的大小是随机的。
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