CN115566536A - 匀光系统及微透镜阵列的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种匀光系统、微透镜阵列的制备方法以及计算机可读存储介质。其中匀光系统包括光源和微透镜阵列，光源包括多个同步控制开关或单独控制开关的子光源，子光源以预设规则分成多个子光源分组。微透镜阵列设置于光源的光路下游，包括两个及以上相互不重合的子分区。其中子分区与子光源分组一一对应，同一子光源分组内的子光源在微透镜阵列上的照射区域相互不重合。每个子分区内的微透镜结构接收对应的子光源分组内子光源发射的光束，以形成匀光光场。本发明的实施例能够同时或分时形成满足不同需求的匀光光场，且匀光光场之间互不干扰，降低具有形成多种不同匀光光场需求的匀光系统的生产成本，并为匀光系统的小型化提供结构条件。

Description

匀光系统及微透镜阵列的制备方法

技术领域

本发明大致涉及光学元器件及设备技术领域，尤其是一种匀光系统及微透镜阵列的制备方法。

背景技术

在光学设备中，光源出射的光束往往不能直接输出，而是需要先进行预处理以满足后续不同的应用需求，其中对光源出射的光束进行扩散与匀化是预处理中重要的一项。匀光元器件能够通过折射或者衍射等方式将光源出射的光束均匀地分布到目标光场内。目前，基于折射原理的微透镜阵列式的匀光片由于其易量产，高效率，高均匀性等优点已经逐渐被广泛应用。微透镜阵列可以通过表面的微透镜结构将入射光扩散至目标光场角内，均匀地照亮目标区域，方便后续光场处理，或对目标区域信息进行采集。

使用根据目标光场设计的微透镜阵列作为匀光元器件，配合特定光源形成特定角度范围内的均匀光场是一类常见的光学整形要求，常用于沿光轴向单一光场要求的均匀照明。但在实际应用中，部分光学器件往往同时有多个不同的匀光照明需求，或者需要根据具体应用场景切换匀光照明的距离或发散角。为解决这一需求，现有的匀光系统通常是在光学器件内部同时嵌入多个光源，并且结合每个不同的应用需求给每个光源单独设计对应的匀光元器件。在具体使用过程中，根据需求来点亮相应的光源，配合对应的匀光元器件形成符合使用要求的光场。但这种传统结构往往会导致成本升高，并且光学器件也会难以进一步小型化。

背景技术部分的内容仅仅是发明人所知晓的技术，并不当然代表本领域的现有技术。

发明内容

针对现有技术中的一个或多个缺陷，本发明提供一种匀光系统，包括：

光源，所述光源包括多个同步控制开关或单独控制开关的子光源，所述子光源以预设规则分成多个子光源分组；和

微透镜阵列，所述微透镜阵列设置于所述光源的光路下游，微透镜阵列的有效区域包括两个及以上相互不重合的子分区，所述光源与微透镜阵列设置成使得所述子分区与所述子光源分组一一对应，不同子光源分组内的所述子光源在所述微透镜阵列上的照射区域相互不重合；每个子分区内的微透镜结构配置成接收对应的子光源分组内子光源发射的光束，以形成匀光光场。

根据本发明的一个方面，其中同一所述子光源分组内的子光源受控同时发光或关闭；

每个所述子分区的边界由该子分区对应的子光源分组内子光源在所述微透镜阵列上的照射范围限定。

根据本发明的一个方面，其中所述光源为VCSEL(Vertical Cavity SurfaceEmitting Laser垂直腔面发射激光器)光源，每个子光源分组内的子光源成一维或二维阵列排列，多个子光源分组设置在同一发光面上。

根据本发明的一个方面，其中不同子光源分组内的子光源排列形式相同；同一子光源分组内的相邻子光源之间距离相等，不同子光源分组之间的距离相等。

根据本发明的一个方面，其中每个所述子光源分组发射的光束穿过对应的子分区后，形成线状的匀光光场；多个子光源分组平行排列，形成多条在目标面上相互平行的线状匀光光场。

根据本发明的一个方面，其中相邻的所述子光源分组形成的线状匀光光场紧密相邻或者部分重合。

根据本发明的一个方面，其中每个所述子分区内的微透镜配置成将对应子光源分组内子光源发射的光束在竖直方向上以40-90°的角度进行扩散，在水平方向上以不超过2°的角度进行扩散；所述光源与微透镜阵列的距离的取值范围为30-300微米。

根据本发明的一个方面，其中不同所述子分区具有不同的视场扩散角度，以形成不同能量密度的光场；不同所述子分区的视场至少部分重合。

根据本发明的一个方面，其中所述微透镜阵列的有效区域包括第一子分区和第二子分区，其中第一子分区的扩散角度大于第二子分区的扩散角度。

根据本发明的一个方面，所述匀光系统还包括控制装置，所述控制装置配置成可单独地控制所述子光源分组发射光束，

其中所述控制装置配置成：控制与所述第一子分区对应的子光源分组发射光束，以第一子分区的扩散角度形成第一匀光光场；

关闭与所述第一子分区对应的子光源分区，控制与所述第二子分区对应的子光源分组，以第二子分区的扩散角度形成第二匀光光场。

根据本发明的一个方面，所述匀光系统还包括处理装置和图像采集装置，其中所述图像采集装置配置成可采集所述第一匀光光场和第二匀光光场内的图像，所述处理装置与所述图像处理装置耦接，并配置成：在所述第一匀光光场的图像中识别感兴趣区域，当识别出感兴趣区域时，通过所述控制装置，关闭与所述第一子分区对应的子光源分区，驱动与所述第二子分区对应的子光源分区，以第二子分区的扩散角度形成第二匀光光场。

根据本发明的一个方面，本发明还包括一种微透镜阵列的制备方法，所述制备方法包括：

获得初始透镜面型，并密排形成模拟微透镜阵列；

对模拟微透镜阵列进行分区；

根据初始透镜面型和微透镜阵列分区制备模板；

利用模板在基底上形成微透镜阵列。

根据本发明的一个方面，其中所述初始透镜面型根据目标光场和光源配光曲线计算获得；所述初始透镜面型为球面、非球面或自由曲面的凸透镜或凹透镜。

根据本发明的一个方面，其中所述对模拟微透镜阵列进行分区的步骤包括根据：光源与微透镜阵列的设计距离；光源的扩散角度；和目标光场，将模拟微透镜阵列划分为多个分区，以使分区的边界与光源组在微透镜阵列上的照射区域相对应；

分区内的初始透镜面型根据对应的光源组发射光束的光学特征设计。

根据本发明的一个方面，其中所述初始透镜面型在对应的所述分区中随机排布；所述微透镜阵列的制备方法还包括：

对模拟微透镜阵列的微透镜面型进行优化。

根据本发明的一个方面，本发明还包括一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储于其上的计算机可执行命令，所述可执行命令在被处理器执行时实施如前所述的微透镜阵列的制备方法。

与现有技术相比，本发明的实施例提供了一种匀光系统，其中光源中的多个子光源分为多组，并且微透镜阵列同样包括多个相互不重合的子分区，光源中的子光源分组与微透镜阵列中的子分区相对应，且在微透镜阵列上的照射区域不重合。本发明的实施例利用微透镜阵列同时或分时形成能够满足不同需求的匀光光场，且匀光光场之间互不干扰，降低具有形成多种不同匀光光场需求的匀光系统的生产成本，并为匀光系统的小型化提供结构条件。本发明还包括一种微透镜阵列的制备方法的实施例，用于制备具有不同分区的微透镜阵列，不同分区内的微透镜结构能够与对应的光源相适配，形成预设的匀光光场。本发明的实施例还包括一种计算机可读存储介质，用于执行前述的微透镜阵列的制备方法。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的一个实施例中匀光系统的结构示意图；

图2是本发明的一个实施例中光源的示意图；

图3是本发明的一个实施例中多个子光源分组同时点亮时投射光场示意图；

图4是本发明的另一实施例中匀光系统的结构示意图；

图5是本发明的另一实施例中光源的示意图；

图6A和图6B是本发明的一个实施例中不同视角扩散角度下的投射光场示意图；

图7是本发明的一个实施例中匀光系统的结构框图；

图8是本发明的一个实施例中微透镜阵列制备方法的流程示意图。

具体实施方式

在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"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。此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，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。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语"安装"、"相连"、"连接"应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接:可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之"上"或之"下"可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征"之上"、"上方"和"上面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征"之下"、"下方"和"下面"包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

图1示出了根据本发明的一个实施例中匀光系统100的结构示意图，图2示出了根据本发明的一个实施例中光源110的具体分组方式，下面结合图1和图2详细描述。

根据本发明的优选实施例，匀光系统100包括光源110和微透镜阵列120。如图2所示，其中光源110包括多个同步控制开光或单独控制开关的子光源111-1，多个子光源111-1按照预设规则分成多个子光源分组111。根据本发明的不同实施例，子光源分组111中的子光源111-1数量可以是1个，也可以是多个，不同子光源分组111中子光源111-1的数量可以相同，也可以不同。子光源111-1的分组规则、具体数量以及光学参数，例如发射光束的波长、光束在不同方向上的扩散角度等，可以根据目标匀光光场的具体需求设计。优选的，子光源111-1是VCSEL光源，激光束由端面垂直射出，VCSEL光源占用空间小，便于定位，性能稳定，能够进一步缩小匀光系统100的体积。

如图1所示，微透镜阵列120设置在光源110的光路下游，微透镜阵列120的有效区域包括两个或以上相互不重合的子分区121，由于微透镜阵列120中的微透镜结构尺寸极小，在图1中以黑白两色填充进行区分，但并不当然地表示本实施例中的微透镜阵列120仅包括两种具有不同微透镜结构的子分区121。在本发明的不同实施例中，微透镜阵列120中子分区121内的微透镜结构可以相同，也可以不同，具体的，根据目标匀光光场进行设计，并可以通过仿真模拟进行优化。在微透镜阵列120中的不同子分区121之间相互不重合，相邻的子分区121之间可以相互间隔或相互靠近贴合，优选的，相邻的子分区121之间相互临近，以充分利用微透镜阵列120中的空间。

根据本发明的具体实施例，微透镜阵列120通过目标光场的要求和光源配光曲线优化生成微透镜结构，然后通过对微透镜结构进行密排来生成微透镜阵列120中的子分区121。微透镜结构的面型可以是球面、非球面或自由曲面面型的矩形凸/凹透镜。多个不同的目标匀光光场单独设计对应的子分区121。

微透镜阵列120可以是单面结构，也可以是双面结构，当采用单面结构时，微透镜面型可以面向光源，也可以背向光源。初始微透镜结构的截面特征尺寸一般维持在10-100微米，微透镜结构的深度或厚度一般在20-200微米。

微透镜结构周期排列或类周期排列容易在最后生成的光场中产生条纹状的波纹，影响匀光效果。因此根据本发明的优选实施例，微透镜阵列120中的微透镜结构采用随机坐标排布来打破透镜间排布的周期性，以避免在最终光场中产生条纹。

在本实施例中，光源110中的子光源分组111与微透镜阵列120中的子分区121一一对应，并且不同子光源分组111内的子光源111-1在微透镜阵列120上的照射区域相互不重合，每个子分区内的微透镜结构配置成接收对应的子光源分组内子光源发射的光束，以形成匀光光场。例如在图1中所示的截面视角下，能够观察到6个子光源分组111，子光源分组111中子光源111-1发射的光束以固定的扩散角度照射在微透镜阵列120上，同样的，微透镜阵列120中能够观察到6个子分区121，与6个子光源分组111在微透镜阵列120上的照射区域相对应，子光源分组111在微透镜阵列120上的照射区域不大于对应的子分区121的范围，优选的，子光源分组111中的子光源111-1在微透镜阵列120上的照射区域边界与子分区121的边界重合，每个子分区121的边界由该子分区121对应的子光源分组111内子光源111-1在微透镜阵列120上的照射范围限定，例如在设计匀光系统100时，可以通过改变子光源111-1的光束扩散角度，以及子光源111-1与微透镜阵列120之间的间距实现。

根据本发明的优选实施例，在同一子光源分组111内的子光源111-1受控同时发光或关闭，例如同一个子光源分组111内的子光源111-1单独设置控制开关。对于多个不同的子光源分组111可以均单独设置对应的控制开关，也可以部分子光源分组111共同对应一个控制开关，子光源分组111之间的控制开关设置根据目标匀光光场设计。

如图1和图2所示，根据本发明的一个优选实施例，其中光源110中的子光源111-1为VCSEL光源，每个子光源分组111内的子光源111-1成一维或二维阵列排列，多个子光源分组111设置在同一发光面上。进一步的，光源110所在的发光面与微透镜阵列120相平行，通过调整光源110和微透镜阵列120之间的距离，以使子光源分组111在微透镜阵列120上的照射区域边界与子分区121的边界重合。

如图2所示，在本发明的不同实施例中，子光源分组111内的子光源111-1成一维阵列或二维阵列排列，例如在同一子光源分组111中的多个子光源111-1成一列、一行或多列多行排列。优选的，同一子光源分组111内的多个子光源111-1以相同的间距和方位角组成阵列。当然，在本发明的另一些实施例中，同一子光源分组111内的多个子光源111-1也可以随机排列。

进一步的，根据本发明的优选实施例，光源110包括多个子光源分区111，其中不同的子光源分组111内的子光源111-1排列形式相同，并且同一个子光源分组111内的相邻子光源111-1之间距离相等，不同子光源分组111之间的距离相等。再进一步的，不同子光源分组111内的子光源111-1排列形式相同，光源110内的全部子光源111-1以相同的距离和方位角组成包含多个子光源分区111的阵列。

例如在本发明的具体实施例中，光源110包括6个子光源分组111，不同的子光源分组111中的子光源111-1排列方式相同，光源110内部的相邻子光源111-1之间的相对位置关系满足相同的约束条件，例如在图2中横向间距为40.5微米，纵向间距为26微米，且方位角固定。

6个子光源分组111平行密铺，对应的，微透镜阵列120中同样包括6个子分区121，且平行排列在光源110的下游。尽管6个子光源分组111在宽度(图2中的横向距离)上相等，但对应的子分区121的边界宽度可能相同，也可能不同，具体根据不同组的子光源分组111在微透镜阵列120上的照射区域确定，受光源110与微透镜阵列120之间的距离，以及不同子光源分区111的横向扩散角度影响。微透镜阵列120与目标面130之间的距离是匀光系统100的系统参数，在匀光系统。优选的，不同子光源分组111的扩散角度相同，光束穿过微透镜阵列120后，每组子光源分组111在目标面130上形成线状的匀光光场，当同时开启多个子光源分组111时，在目标面130上形成多条相互平行的线状匀光光场，如图3所示。

在本实施例中，不同的子光源分区111单独控制发光和关闭，在具体应用中，例如控制光源110中的不同子光源分区111以由左至右或反向的顺序依次发光，随着不同子光源分区111在发光和关闭间切换，目标面130上产生按照预设顺序变化的线状扫描条纹，能够应用在精密结构检测、表面平整度测量等多个领域中。根据本发明的另一些实施例，可以控制多个的子光源分区111同时发光，在目标面130上形成线阵光场，能够应用在形状识别、面板检测等多个领域。进一步的，调整不同子光源分组111的横向扩散角度，或改变目标面130与微透镜阵列120之间的距离等参数，以使相邻的子光源分组111在目标面130上形成的线状匀光光场紧密相邻或部分重合，则可以将多个独立的出射光场拼接形成大横向视角的匀光光场。

上述应用凭借现有技术中单一的微透镜阵列难以实现，往往需要设置多组光源和对应的匀光片，导致匀光系统的制造成本上升，并且内部结构复杂，在狭小空间内的应用受限。

在本实施例中，子光源分组111内子光源111-1发射的光束在竖直方向上的扩散角度为40-90°，优选为60°，在水平方向上的扩散角度不大于2°，例如是1°，其中竖直方向表示图2中的竖向，水平方向表示图2中的横向。选择较小的水平方向扩散角度能够缩小子光源分组111在微透镜阵列120上的照射区域的宽度，以实现微透镜阵列120中子分区121的合理密铺，充分利用微透镜阵列120上的空间，同时，还能够使扩大光源110与微透镜阵列120之间距离的选择范围，有助于降低匀光系统100的装配难度，提高装配精度。本实施例中光源110与微透镜阵列120的距离的取值范围为30-300微米，根据子光源分区111的横向扩散角度和纵向扩散角度，选择合适的距离，以充分利用微透镜阵列120的有效区域。由于光源110发出的光束具有固定大小的扩散角度，为了避免光源中不同的子光源111-1发出的光线照射到其他的子分区121上，而产生串扰现象，为便于控制光源110的扩散角度与子分区121边界的对应关系，优选的，将光源110与微透镜阵列120的距离保持在较小的距离内。

进一步的，不同的子光源分组111对应的出射光场还在水平方向上存在一定的角度偏转，以使目标面130上形成的线状条纹离散或聚集，可以通过设计对应的子分区121内的微透镜结构实现。

图4示出了根据本发明的另一实施例中匀光系统200的结构，图5示出了在本发明的优选实施例中光源210中子光源211-1的排列形式，下面结合图4和图5详细说明。

在本发明的另一实施例中，微透镜阵列220中不同的子分区221具有不同的视场扩散角度，通过调整不同子分区221中微透镜结构的面型设计实现。例如图4所示，其中位于图4中上方的第一子分区221A的视场扩散角度为FOV A，例如是80°，位于图4中下方的第二子分区221B的视场扩散角度为FOV B，例如是60°，在与微透镜阵列120距离相同的目标面230上，对应的子光源分组211A和子光源分组211B形成的光斑大小不同。

如图5所示，优选的，光源210中子光源分组211A和子光源分组211B内部子光源211-1的数量相同，进一步的，子光源分组211A和子光源分组211B内相邻子光源211-1之间的距离和方位角也相同，组成子光源阵列。在本发明的其他实施例中，对于不同子光源分组211中子光源211-1的数量也可以设置成满足预设比例，具体根据目标匀光光场设计。

微透镜阵列220中第一子分区221A和第二子分区221B内的微透镜结构的面型特征不同，以使第一子分区221A和第二子分区221B具有不同的视场扩散角度。优选的，第一子分区221A和第二子分区221B在微透镜阵列220中紧密排列，其分界线与子光源分组211A和子光源分组211B在微透镜阵列220上的照射区域边界相重合，使得子光源分组211A和子光源分组211B发射的光线只能够分别照射到第一子分区221A和第二子分区221B的范围内。

优选的，在本实施例中子光源分组211A和子光源分组211B中子光源211-1的数量、排列方式和光学参数相同，即子光源分组211A和子光源分组211B能够形成相同的出射光，但由于其对应的第一子分区221A和第二子分区221B中微透镜结构的面型不同，在出射光传告穿过第一子分区221A和第二子分区221B后，形成的光场扩散角度不同，在目标面230上形成的光斑的范围不同，分别如图6A和图6B所示。

由于在本实施例中FOV A大于FOV B，而视场扩散角度增大会大幅降低光场中单位空间角内的能量密度，因此，在本实施例中，FOV A对应的匀光光场适合应用于近距离的场景，FOV B对应的匀光光场由于能量密度更大，

能够适用于更远的应用距离。在实际应用中，可以先控制子光源分组211A发光，经过第一子分区221A后，形成第一匀光光场，以较大的视场扩散角度和较低的能量密度对目标进行初步照明，在得到初步信息后，关闭子光源分组211A，开启子光源分组211B，形成第二匀光光场，以更高的能量密度对目标进行进一步照明，以得到更为准确的场景特征，通过子光源分组211A和子光源分组211B的配合使用，可以更高效地找到感兴趣区域，并对其进行探测。而现有技术中的匀光器件为实现相同的效果往往需要设置两组不同的光源，或者设置两组不同的匀光片，不仅生产成本更高，而且匀光器件内部结构复杂，装配难度大，匀光器件的尺寸也难以进一步缩小，限制了匀光器件的应用范围。

进一步的，如图7所示，在本发明的优选实施例中，匀光系统200还包括处理装置240和图像采集装置250，其中图像采集装置250能够采集第一匀光光场和第二匀光光场内的图像，例如是彩色相机、红外相机等。处理装置240与图像处理装置250耦接，并能够控制光源210。在第一匀光光场的图像中识别感兴趣区域，当识别出感兴趣区域时，通过控制装置240，关闭与子光源分区211A，驱动子光源分区211B发光，以第二子分区的扩散角度形成第二匀光光场，以获取感兴趣区域更准确的信息。

图8示出了根据本发明的一个实施例中微透镜阵列的制备方法300的具体流程，下面结合图8详细描述。

在步骤S301，获得初始透镜面型，并密排形成模拟微透镜阵列，具体的，通过目标匀光光场的要求，以及与微透镜阵列相配合的光源配光曲线，经过计算后获得初始透镜面型。初始透镜面型可以采用球面，非球面或自由曲面面形的凸透镜或凹透镜。微透镜阵列可以是单面结构也可以是双面结构，即初始透镜面型可以生成在基底的一侧或两侧，当选择单面结构时，微透镜阵列中的透镜面型可以面向光源，也可以背向光源，本发明不做限制。通过密排能够提高基底空间的利用率，控制微透镜阵列的尺寸，进一步缩小应用微透镜阵列的光学设备的体积。初始透镜的截面特征尺寸一般维持在10-100微米，初始透镜的顶点高度或深度一般在20-200微米。

由于初始透镜周期排列或类周期排列生成的微透镜阵列容易在最后生成的光场中产生条纹状的干涉波纹，影响匀光效果。因此在本发明的优选实施例中，初始透镜采用随机坐标排布来打破透镜间排布的周期性，以避免最终光场中产生条纹。

进一步的，由于常见的单透镜完全随机排布往往会导致透镜间产生交叠，离透镜截面中心越远，交叠程度越严重，这会导致目标光场中边缘区域能量下降严重，无法满足目标匀光光场的要求。因此，在本发明的优选实施例中，在初始透镜密排后，对初始透镜的面型进一步进行校正优化，以确保光效能达到要求。

由于光源发出的光束具有固定大小的扩散角度，为了避免光源中不同的发光器发出的光线照射到其他的分区上，而产生串扰现象，为便于控制光源扩散角度与微透镜阵列分区边界的对应关系，优选的，在应用微透镜阵列的光学器件中，将光源与微透镜阵列的距离保持在较小的距离内，例如30-300微米。

在步骤S302，对模拟微透镜阵列进行分区。本实施例中的微透镜阵列用于形成复杂的目标匀光光场，以适应具体的应用需求。优选的，根据目标匀光光场的具体要求，以及对应光源发出的光束的光学参数，对微透镜阵列进行分区，以形成不同的分区，不同分区内的初始透镜面型根据分区对应的光源发射光束的光学特征设计。在本步骤中，可以根据设计要求对初始透镜面型进行调整，并在模拟微透镜阵列上形成相互不重合的分区。优选的，不同分区之间相互临近或紧贴，以充分利用基底的空间。同时还可以根据对应的光源发出的光束的扩散角度，和光源与微透镜阵列的设计距离，设计不同分区之间的边界，以使对应的光源发出的光束在微透镜阵列上的照射区域与微透镜阵列上的分区边界相对应。

在步骤S303，根据初始透镜面型和微透镜阵列分区制备模板。模板可以通过压印工艺、光刻工艺、激光刻蚀工艺等多种方式制得，模板的基材可以选择金属、硅基板、光刻胶等多种材料。根据初始透镜面型以及微透镜阵列的分区，将微透镜阵列的反向结构形成在基材上，获得模板。

在步骤S304，利用模板在基底上形成微透镜阵列。利用模板在基底上形成微透镜面型，例如纳米压印工艺，光刻工艺在基底上形成设计后的微透镜结构。微透镜阵列的基底可以选择玻璃，或者其他有机高分子材料制成的，厚度均匀的板材，优选的，基底的厚度取值范围为0.05-0.5毫米。

本发明还包括一种计算机可读存储介质的实施例，例如硬盘、光盘等存储介质，计算机可读存储介质包括存储于其上的计算机可执行命令，可执行命令在被处理器执行时实施如前所述的微透镜阵列的制备方法，例如在微透镜结构的设计软件执行前述制备方法，或控制微透镜阵列的制备设备执行前述制备方法。

最后应说明的是：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，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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 (16)

1.一种匀光系统，包括：

光源，所述光源包括多个同步控制开关或单独控制开关的子光源，所述子光源以预设规则分成多个子光源分组；和

微透镜阵列，所述微透镜阵列设置于所述光源的光路下游，微透镜阵列的有效区域包括两个及以上相互不重合的子分区，所述光源与微透镜阵列设置成使得所述子分区与所述子光源分组一一对应，不同子光源分组内的所述子光源在所述微透镜阵列上的照射区域相互不重合；每个子分区内的微透镜结构配置成接收对应的子光源分组内子光源发射的光束，以形成匀光光场。

2.根据权利要求1所述的匀光系统，其中同一所述子光源分组内的子光源受控同时发光或关闭；

每个所述子分区的边界由该子分区对应的子光源分组内子光源在所述微透镜阵列上的照射范围限定。

3.根据权利要求2所述的匀光系统，其中所述光源为VCSEL光源，每个子光源分组内的子光源成一维或二维阵列排列，多个子光源分组设置在同一发光面上。

4.根据权利要求3所述的匀光系统，其中不同子光源分组内的子光源排列形式相同；同一子光源分组内的相邻子光源之间距离相等，不同子光源分组之间的距离相等。

5.根据权利要求3或4所述的匀光系统，其中每个所述子光源分组发射的光束穿过对应的子分区后，形成线状的匀光光场；多个子光源分组平行排列，形成多条在目标面上相互平行的线状匀光光场。

6.根据权利要求5所述的匀光系统，其中相邻的所述子光源分组形成的线状匀光光场紧密相邻或者部分重合。

7.根据权利要求5所述的匀光系统，其中每个所述子分区内的微透镜配置成将对应子光源分组内子光源发射的光束在竖直方向上以40-90°的角度进行扩散，在水平方向上以不超过2°的角度进行扩散；所述光源与微透镜阵列的距离的取值范围为30-300微米。

8.根据权利要求2所述的匀光系统，其中不同所述子分区具有不同的视场扩散角度，以形成不同能量密度的光场；不同所述子分区的视场至少部分重合。

9.根据权利要求8所述的匀光系统，其中所述微透镜阵列的有效区域包括第一子分区和第二子分区，其中第一子分区的扩散角度大于第二子分区的扩散角度。

10.根据权利要求9所述的匀光系统，还包括控制装置，所述控制装置配置成可单独地控制所述子光源分组发射光束，

其中所述控制装置配置成：控制与所述第一子分区对应的子光源分组发射光束，以第一子分区的扩散角度形成第一匀光光场；

关闭与所述第一子分区对应的子光源分区，控制与所述第二子分区对应的子光源分组，以第二子分区的扩散角度形成第二匀光光场。

11.根据权利要求10所述的匀光系统，还包括处理装置和图像采集装置，其中所述图像采集装置配置成可采集所述第一匀光光场和第二匀光光场内的图像，所述处理装置与所述图像处理装置耦接，并配置成：在所述第一匀光光场的图像中识别感兴趣区域，当识别出感兴趣区域时，通过所述控制装置，关闭与所述第一子分区对应的子光源分区，驱动与所述第二子分区对应的子光源分区，以第二子分区的扩散角度形成第二匀光光场。

12.一种微透镜阵列的制备方法，包括：

获得初始透镜面型，并密排形成模拟微透镜阵列；

对模拟微透镜阵列进行分区；

根据初始透镜面型和微透镜阵列分区制备模板；

利用模板在基底上形成微透镜阵列。

13.根据权利要求12所述的制备方法，其中所述初始透镜面型根据目标光场和光源配光曲线计算获得；所述初始透镜面型为球面、非球面或自由曲面的凸透镜或凹透镜。

14.根据权利要求12所述的制备方法，其中所述对模拟微透镜阵列进行分区的步骤包括根据：光源与微透镜阵列的设计距离；光源的扩散角度；和目标光场，将模拟微透镜阵列划分为多个分区，以使分区的边界与光源组在微透镜阵列上的照射区域相对应；

分区内的初始透镜面型根据对应的光源组发射光束的光学特征设计。

15.根据权利要求12所述的制备方法，其中所述初始透镜面型在对应的所述分区中随机排布；所述微透镜阵列的制备方法还包括：

对模拟微透镜阵列的微透镜面型进行优化。

16.一种计算机可读存储介质，包括存储于其上的计算机可执行命令，所述可执行命令在被处理器执行时实施如权利要求12-15中任一项所述的微透镜阵列的制备方法。

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