CN111796350A - 反射式准直镜、激光模组、相机及电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种反射式准直镜、激光模组、相机及电子设备，所述反射式准直镜包括：一反射镜片，所述反射镜片包括一自由曲面，所述自由曲面用于反射入射光，以实现准直所述入射光，所述自由曲面满足表达式：

所述反射式准直镜中通过一反射镜片的自由曲面反射入射光，以实现对入射光准直，结构简单，适用范围广。

Description

反射式准直镜、激光模组、相机及电子设备

技术领域

本发明涉及光学技术领域，具体涉及一种反射式准直镜、激光模组、相机及电子设备。

背景技术

为了使电子设备获得较好的图像效果，通常需要将光源经由准直镜准直后再通过衍射元件处理，以得到需要的投射光斑分布，进而得到较好的投射效果和图像成像。

然而，在实现本申请过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：传统的准直透镜大多通过多片镜片折射实现光线准直，但由于多片镜片存在色差，准直透镜对不同波长的光源的准直效果不同，导致大多准直透镜仅适用于单一波段激光光源。

发明内容

鉴于以上内容，有必要提出一种反射式准直镜、激光模组、相机及电子设备，以解决上述问题。

本申请提供一种反射式准直镜，包括：一反射镜片，所述反射镜片包括一自由曲面，所述自由曲面用于反射入射光，以实现准直所述入射光，所述自由曲面满足下列表达式：

其中，z为自由曲面沿光轴方向在高度为h的位置时，曲面点(x，y)相距自由曲面顶点的距离矢高，c为自由曲面的顶点曲率，k为圆锥系数，N为高次项的数量，A_iE_i为高次项系数。

如此，通过一反射镜片的自由曲面反射入射光，以实现对入射光准直，结构简单，因为自由曲面对于不同波长的光线具有相同的入射角和反射角，故该自由曲面适用于不同波长的光，适用范围广。

在一些实施例中，r＝1/c,其中，r为顶点曲率半径，r的范围为-300～300。

如此，该范围的曲率半径，有利于提高自由曲面的准直效果，利于提升光学系统性能，进而提高成像品质。

在一些实施例中，k的范围为-1000～1000。

如此，该范围的圆锥系数，有利于提高自由曲面的准直效果，利于提升光学系统性能，进而提高成像品质。

在一些实施例中，所述反射镜片中的自由曲面的上述表达式中c等于零。自由曲面的顶点曲率为零，本实施方式为一种自由曲面基于平面的场景。

在一些实施例中，所述反射镜片中的自由曲面对称设置，则所述反射镜片中的自由曲面满足下列表达式：

或

如此，自由曲面对称设置。

在一些实施例中，反射式准直镜还包括反射膜，所述反射膜覆盖所述自由曲面。

如此，通过反射膜可增强自由曲面的反射性能。

在一些实施例中，所述自由曲面的中心法线与入射光线之间的夹角范围为：35°～55°。

如此，通过保证自由曲面的中心法线与入射光线之间的夹角范围，以使自由曲面可实现预设的准直效果，同时满足自由曲面的实现条件。

本申请同时提供一种激光模组，所述激光模组包括：

光源，所述光源用于发射激光；及

如上述实施例所述的反射式准直镜，其中所述光源发射的激光的入射角与所述自由曲面的中心法线之间的夹角范围为：35°～55°。

如此，通过保证自由曲面的中心法线与光源发射的激光之间的夹角范围，以使自由曲面可实现预设的准直效果，同时满足自由曲面的实现条件。

本申请同时提供一种相机，所述相机包括：

如上述实施例所述的激光模组；

成像模组，所述成像模组用于接收所述激光以生成散斑图像；及

处理器，所述处理器用于处理所述散斑图像以生成深度图像。

如此，通过反射式准直镜以降低相机的厚度，进而满足相机轻薄化的需求。

本申请同时提供一种电子设备，所述电子设备包括：

壳体；和

如上述实施例所述的相机，所述相机安装于所述壳体。

如此，通过反射式准直镜以降低相机的厚度，进而满足电子设备轻薄化的需求。

附图说明

图1是本发明第一实施例的激光模组的立体示意图。

图2是本发明第二实施例的相机的示意图。

图3是本发明第三实施例的电子设备的示意图。

主要元件符号说明

反射式准直镜 100

反射镜片 10

自由曲面 11

激光模组 200

光源 210

相机 300

成像模组 310

处理器 320

电子设备 400

壳体 410

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。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，都属于本发明保护的范围。

进一步需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

请参阅图1，本发明之第一实施例提供了一种激光模组200，激光模组200包括一光源210和一反射式准直镜100。其中，光源210用于提供具有一定发散角的光，反射式准直镜100用于将从光源210发出的光准直。

在一实施例中，光源210为发光二极管或垂直腔表面发射激光器。

反射式准直镜100包括一反射镜片10，反射镜片10具有一自由曲面11，该自由曲面11满足下列表达式：

其中，z为自由曲面沿光轴方向在高度为h的位置时，曲面点(x，y)相距自由曲面顶点的距离矢高，c为自由曲面的顶点曲率，k为圆锥系数，N为高次项的数量，AiEi为高次项系数。

进一步地，光源210发射的激光的入射角与自由曲面11的中心法线之间的夹角范围为：35°～55°。通过保证自由曲面11的中心法线与光源210发射的激光之间的夹角范围，以使自由曲面11可实现预设的准直效果，同时满足自由曲面11的实现条件。

如此，通过一反射镜片10的自由曲面11反射，以实现对光源210发射的光准直，结构简单，且该自由曲面11适用于不同波长的光，适用范围广。

在一实施例中，通过光源软件中的评价函数对上述表达进行优化，以获取满足准直要求的参数对，该参数对包括对应的c、k和高次项系数。

进一步地，评价函数用不同的操作数实现，该操作数具有四个共同参数：目标、权重、当前值和贡献，通过评价函数公式获取各个参数对的比重大小，并不断优化，以获取相应的参数对。由于评价函数为现有技术可实现的，这里不作赘述。

表1为一实施方式的自由曲面11的经评价函数优化后获得的参数对。其中高次项的数量N为14。

表1

其中，r为顶点曲率半径，k为圆锥系数，x、y、x²、xy、y²、x³、x²y、xy²、y³、x⁴、x³y、x²y²、xy³及y⁴为高次项系数。

表2为一实施方式的自由曲面11的经评价函数优化后获得的参数对。其中高次项的数量N为11。

表2

r	-29.3295693577730
		k	-97.7425742695260
x	-0.0000000000060
		y	-0.1763269811460
x<sup>2</sup>	0.0904098771940
		xy	0.0000000019600
y<sup>2</sup>	0.0549596861790
		x<sup>3</sup>	-0.0000000002250
x<sup>2</sup>y	-0.0065610106010
		xy<sup>2</sup>	-0.0000000049300
y<sup>3</sup>	-0.0034897107830
		x<sup>4</sup>	-29.3295693577730
x<sup>3</sup>y	-97.7425742695260

其中，r为顶点曲率半径，k为圆锥系数，x、y、x²、xy、y²、x³、x²y、xy²、y³、x⁴及x³y为高次项系数。

在一实施例中，r＝1/c，其中r为顶点曲率半径，r的范围为-300～300。在此范围内，有利于提高自由曲面11的准直效果，以提升光学系统性能，进而提高成像品质。

在一实施例中，k的范围为-1000～1000。可以理解，在此范围内，有利于提高自由曲面11的准直效果，以提升光学系统性能，进而提高成像品质。

进一步地，自由曲面11沿光轴方向的高度h满足：h＝x²+y²，则高度h与自由曲面的坐标具有对应关系，则自由曲面11满足下列表达式：

进一步地，当c＝0，该自由曲面11的顶点曲率为0，即为一平面，自由曲面11的自由曲面满足下列表达式：

在另一实施例中，自由曲面11对称设置，则所述自由曲面11满足下列表达式：

如此，自由曲面11的自由曲面沿第一方向Y对称设置。

在另一实施例中，所述自由曲面11的自由曲面满足下列表达式：

如此，自由曲面11的自由曲面沿第二方向X对称设置。

在一实施例中，反射式准直镜100还包括反射膜(图未示)，反射膜覆盖自由曲面11，反射膜用于增强自由曲面11的反射特性。

在一实施例中，通过溅射镀膜或真空蒸发镀膜在自由曲面11制作一反射膜。

在一实施例中，自由曲面11的中心法线与入射光线之间的夹角范围为：35°～55°。

请参见图2，本申请实施方式提供一相机300，该相机300包括成像模组310、处理器320和上述任一实施方式的激光模组200。成像模组310用于接收激光以生成散斑图像；处理器320用于处理散斑图像以生成图像。

在一实施例中，反射式准直镜100应用于潜望式的相机300，以满足相机300的轻薄化需求。

请参阅图3，本申请实施方式的电子设备400包括壳体410和上述实施方式的相机300。相机300安装于壳体410。壳体410用于承载相机300。

本申请实施方式的电子设备400包括但不限于为智能电话、平板电脑、笔记本电脑、相机等信息终端设备或具有获取深度图像功能的家电产品等。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本发明内。

最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种反射式准直镜，包括：

一反射镜片，所述反射镜片包括一自由曲面，所述自由曲面用于反射入射光，以实现准直所述入射光，所述自由曲面满足下列表达式：

其中，z为自由曲面沿光轴方向在高度为h的位置时，曲面点(x，y)相距自由曲面顶点的距离矢高，c为自由曲面的顶点曲率，k为圆锥系数，N为高次项的数量，A_iE_i为高次项系数。

2.如权利要求1所述的反射式准直镜，其特征在于：r＝1/c，其中，r为顶点曲率半径，r的范围为-300～300。

3.如权利要求1或2所述的反射式准直镜，其特征在于：k的范围为-1000～1000。

4.如权利要求1所述的反射式准直镜，其特征在于：c等于零。

5.如权利要求1所述的反射式准直镜，其特征在于：所述反射镜片的自由曲面对称设置，则所述反射镜片的自由曲面满足下列表达式：

或

6.如权利要求1所述的反射式准直镜，其特征在于：所述反射式准直镜还包括反射膜，所述反射膜覆盖所述自由曲面。

7.如权利要求1所述的反射式准直镜，其特征在于：所述自由曲面的中心法线与入射光线之间的夹角范围为：35°～55°。

8.一种激光模组，其特征在于，所述激光模组包括：

光源，所述光源用于发射激光；及

如权利要求1至7中任意一项所述的反射式准直镜，其中所述光源发射的激光的入射角与所述自由曲面的中心法线之间的夹角范围为：35°～55°。

9.一种相机，其特征在于，所述相机包括：

如权利要求8所述的激光模组；

成像模组，所述成像模组用于接收所述激光以生成散斑图像；及

处理器，所述处理器用于处理所述散斑图像以生成深度图像。

10.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：

壳体；和

如权利要求9所述的相机，所述相机安装于所述壳体。

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