CN116953824B - 菲涅尔透镜及其制备方法、光学成像设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种菲涅尔透镜及其制备方法、光学成像设备。其中，菲涅尔透镜包括沿光轴方向相对设置的入光面和出光面入光面上沿径向依次设有多个锯齿结构，每一锯齿结构均包括靠近光轴的无效面和远离光轴的有效面，多个锯齿结构的无效面与有效面依次头尾相接，每一锯齿结构的无效面与有效面相接处形成凸环，靠近入光面的入射光线到达凸环时与垂直于光轴的方向形成第一锐角，无效面与光轴方向形成第一夹角，入射光线与垂直于无效面的方向形成第二锐角且第二锐角设为小于70°，靠近所述光轴的所述锯齿结构中的第一夹角大于远离所述光轴的所述锯齿结构中的第一夹角。本发明可以有效地减少杂散光，使最终成像画面更加清晰。

Description

菲涅尔透镜及其制备方法、光学成像设备
技术领域
本发明涉及成像镜头技术领域，特别是涉及一种菲涅尔透镜及其制备方法、光学成像设备。
背景技术
菲涅尔透镜因其具有重量轻、厚度薄等优点，被应用在众多光学成像领域。例如，可以应用在头戴式显示领域，实现头戴式显示设备的轻薄化发展。
如图1和图2所示，在菲涅尔透镜中，大部分入射光线如光线L4从菲涅尔面的有效面S101进入菲涅尔透镜，该部分光线在有效面S101处发生折射后沿既定的传播路径从出光面出射，并最终在人眼上形成影像；但是存在一小部分入射光线如光线L3会在菲涅尔面的无效面S102处发生反射，反射光线抵达有效面S101后进入菲涅尔透镜并在有效面S101处发生折射再从出光面出射，该部分光线因反射会偏离既定的传播路径，而形成杂散光或非序列光，导致会大大影响光学成像设备的成像清晰度。
现有技术中，为减少杂散光、提高成像清晰度，有采用遮挡无效面或齿尖的技术方案。然而，这种方案虽然可以有效减少眩光等杂散光，但因锯齿结构太小，加工精度要求太高，导致工艺难度很大，同时容易带来画面断裂等不良。
发明内容
基于此，本发明的目的在于提供一种可减少杂散光、提高成像清晰度的菲涅尔透镜及其制备方法、光学成像设备。
第一方面，本发明提供了一种菲涅尔透镜，包括沿光轴方向相对设置的入光面和出光面，所述入光面上沿径向依次设有多个锯齿结构，每一所述锯齿结构均包括靠近所述光轴的无效面和远离所述光轴的有效面，多个所述锯齿结构的所述无效面与所述有效面依次首尾相接，每一所述锯齿结构的所述无效面与所述有效面相接处形成凸环，靠近所述入光面的入射光线到达所述凸环时与垂直于所述光轴的方向形成第一锐角，所述无效面与所述光轴方向形成第一夹角，所述入射光线与垂直于所述无效面的方向形成第二锐角，靠近所述光轴的所述锯齿结构中的第一夹角大于远离所述光轴的所述锯齿结构中的第一夹角。
更进一步，从所述光轴往外相邻所述锯齿结构中的第一夹角沿径向依次减小。
更进一步，所述入光面包括多个调光区，每个所述调光区包括至少一个所述锯齿结构，同一所述调光区中靠近所述光轴的所述锯齿结构中的第一夹角大于远离所述光轴的所述锯齿结构中的第一夹角。
更进一步，从所述光轴往外相邻所述调光区中的第一夹角沿径向依次减小且同一所述调光区中从所述光轴往外相邻所述锯齿结构中的第一夹角沿径向依次减小。
更进一步，所述有效面选自平面和曲面中的一种，所述无效面为平面。
更进一步，所述出光面为光滑面。
更进一步，每一所述锯齿结构中的凸环均处于同一平面上。
第二方面，本发明还提供了一种如第一方面提供的菲涅尔透镜的制备方法，包括：在一定光学系统中确定待制备的菲涅尔透镜的初始锯齿结构；根据初始锯齿结构，给出初始菲涅尔透镜结构；利用光学模拟确定初始菲涅尔透镜在所属光学系统中第一锐角的角度数据；基于第一锐角的角度数据以及第二锐角小于70°的限定，确定菲涅尔透镜中第一夹角的角度；按照所确定的第一夹角的角度制备菲涅尔透镜。
第三方面，本发明还提供了一种包含第一方面提供的菲涅尔透镜的光学成像设备。
相比于现有技术，本发明提供的菲涅尔透镜，可以保证入射光线与垂直于无效面的方向形成的第二锐角小于70°且使靠近光轴的锯齿结构中的第一夹角大于远离光轴的锯齿结构中的第一夹角，可以有效地降低无效面的反射率，从而可以有效地减少杂散光和杂散光能量，使菲涅尔透镜所在光学系统的最终成像画面更加清晰。
附图说明
图1为一种示例性菲涅尔透镜的截面示意图。
图2为图1中A处的入射光线传播路径示意图。
图3为入射光线在无效面上的反射率与入射角度的关系示意图。
图4为一种示例性菲涅尔透镜中第一夹角、第一锐角、第二锐角的关系示意图。
图5为本发明中菲涅尔透镜的截面示意图。
图6为本发明中菲涅尔透镜上第一锐角的变化示意图。
图7为图6中靠近中心光轴的第一夹角、第一锐角、第二锐角的关系示意图。
图8为图6中远离中心光轴的第一夹角、第一锐角、第二锐角的关系示意图。
图9为本发明中菲涅尔透镜的分区示意图。
图10为本发明中菲涅尔透镜上无效面调整前和调整后的示意图。
图11为本发明中菲涅尔透镜的制备方法的流程图。
图12为第一实施例提供的菲涅尔透镜的杂散光能量示意图。
图13为第二实施例提供的菲涅尔透镜的杂散光能量示意图。
图14为第三实施例提供的菲涅尔透镜的杂散光能量示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的若干示意。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的示意。相反地，提供这些示意的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。在说明书全文中，相同的附图标号指代相同的元件。
本发明实施例提出了一种无遮挡且可减少杂散光的菲涅尔透镜，该菲涅尔透镜可根据入射光线在初始无效面上的入射角度的变化来定制化调整锯齿结构中最终无效面的倾角，使得入射光线在最终无效面上的入射角度小于70°，同时使靠近光轴的锯齿结构中的第一夹角大于远离光轴的锯齿结构中的第一夹角，这样可以有效地降低入射光线在最终无效面上的反射率，从而可以避免一次反射光线进入人眼，减少杂散光及降低杂散光的能量，提高光学成像设备的画面清晰度。
在此需要说明的是，上述初始无效面为菲涅尔透镜的锯齿结构中相应无效面在定制化调整角度前与菲涅尔透镜的中心光轴平行的虚拟化无效面，而入射光线在初始无效面上的入射角度为入射光线与初始无效面的法线之间的夹角（定义为第一锐角α1）；上述最终无效面为锯齿结构中相应虚拟化无效面在定制化调整角度后的相应无效面，该最终无效面或相应无效面即为锯齿结构中最终确定成型的真实无效面，而最终无效面的倾角为最终无效面与菲涅尔透镜的中心光轴之间的夹角（定义为第一夹角α），该最终无效面的倾角即为锯齿结构中无效面的倾角；上述入射光线在最终无效面上的入射角度为同一入射光线与最终无效面的法线之间的夹角（定义为第二锐角α2），该入射光线在最终无效面上的入射角度即为入射光线在无效面上的入射角度。根据几何关系可知，最终无效面的倾角为入射光线在初始无效面上的入射角度与在最终无效面上的入射角度之差，即第一夹角α=第一锐角α1-第二锐角α2。
同时，为有效降低入射光线在最终无效面上的反射率以实现减少杂散光及降低杂散光的能量的目的，必需使入射光线在最终无效面上的入射角度小于70°。而入射光线在最终无效面上的入射角度需小于70°的限定，是通过以下方法确定的：
在一定光学系统中，利用光学模拟软件根据光学模拟得出入射光线在无效面上的入射角度θ1后，根据菲涅尔方程：
以及在不考虑偏振的情况下，得到入射光线在无效面上的反射率R，该反射率R为S偏振光的反射率RS与P偏振光的反射率RP的平均值，即入射光线在无效面上的反射率R为：R=(RS+RP)/2，据此即可绘制得到如图3所示的入射光线在无效面上的反射率R与入射光线在无效面上的入射角度θ1的关系图。从图3中可知，当入射光线在无效面上的入射角度θ1达到70°时，入射光线在无效面上的反射率R会出现陡增的趋势。因此，为使入射光线在无效面上的反射率较小，就必需使入射光线在无效面上的入射角度θ1小于70°。换句话说，为使入射光线在最终无效面上的反射率较小，就必需使入射光线在最终无效面上的入射角度小于70°，以实现减少杂散光及降低杂散光的能量的目的。
也可以理解为，在一定光学系统中，利用光学模拟软件根据光学模拟得出入射光线在初始无效面上的入射角度（即第一锐角α1）后，基于第一锐角α1的角度数据以及入射光线在最终无效面上的入射角度（即第二锐角α2）需小于70°的限定，可以定制化调整最终无效面的倾角，且在保证形成杂散光最少的前提下确定最终无效面的倾角（即第一夹角α）。同时，根据前述第一夹角α=第一锐角α1-第二锐角α2可知，当第一锐角α1确定且在第二锐角α2小于70°的前提下，当第一夹角α增大时，第二锐角α2会相应地减小且小于70°；或者，当第一锐角α1增大时，为保证第二锐角α2小于70°，第一夹角α也会相应的增大。换句话说，在一定光学系统中根据光学模拟确定入射光线在初始无效面上的入射角度后，可根据入射光线在初始无效面上的入射角度的变化来定制化调整最终无效面的倾角，以使入射光线在最终无效面上的入射角度小于70°，且在定制化调整最终无效面的倾角过程中，当最终无效面的倾角增大一定数值时，入射光线在最终无效面上的入射角度会相应地减小一定数值；或者，当入射光线在初始无效面上的入射角度增大一定数值时，为了保证入射光线在最终无效面上的入射角度小于70°，最终无效面的倾角会相应地增大一定数值。
为进一步便于理解，如图4所示，提供了一种示例性菲涅尔透镜中第一夹角α、第一锐角α1、第二锐角α2的关系示意图。从图4中可知，入射光线L1与初始无效面S1（与菲涅尔透镜的中心光轴平行）的法线n1的夹角为60°（即α1=60°），当初始无效面S1调整至最终无效面S2时，最终无效面S2与初始无效面S1的夹角为5°，即最终无效面S2与中心光轴的夹角为5°（即α=5°），此时入射光线L1与最终无效面S2的法线n2的夹角为55°（即α2=55°）。由此可知，当初始无效面即为最终无效面时，α=0°，α1=α2=60°；当初始无效面不是最终无效面，而是由初始无效面定制化调整至最终无效面时，如α1=60°、α=5°时，α2=55°，即最终无效面的倾角增大5°时，入射光线在最终无效面上的入射角度减小5°。
因此，菲涅尔透镜上不同位置的锯齿结构的最终无效面的倾角可根据入射光线在初始无效面上的入射角度的变化来定制化调整，以使入射光线在最终无效面上的入射角度小于70°，从而可以有效地减少入射光线透过菲涅尔透镜后的杂散光及杂散光的能量。
下面将参照附图详细地描述本发明实施例。需要指出的是，在附图中，为了图示的清晰可能夸大了层和区域的尺寸。虽然附图中显示了本发明实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
如图5所示，为本发明实施例提供的一种菲涅尔透镜的截面示意图，该菲涅尔透镜包括沿中心光轴L0方向相对设置的入光面10和出光面20。其中，入光面10上沿径向依次设置有多个锯齿结构，该多个锯齿结构为靠近菲涅尔透镜的中心光轴L0的第一锯齿结构、环绕在第一锯齿结构外围的第二锯齿结构、环绕在第二锯齿结构外围的第三锯齿结构、以此类推，出光面20设置为光滑面。
作为本发明实施例的进一步改进，上述每一锯齿结构均包括靠近菲涅尔透镜的中心光轴L0的无效面101和远离菲涅尔透镜的中心光轴L0的有效面102，且沿径向依次设置的多个锯齿结构的无效面101与有效面102依次首尾相接，即靠近中心光轴L0的第一锯齿结构的无效面101的前端与菲涅尔透镜入光面10的光滑部分（处于入光面中心的部分）相接，第一锯齿结构的有效面102的前端与第一锯齿结构的无效面101的尾端相接，然后第二锯齿结构的无效面101的前端与第一锯齿结构的有效面102的尾端相接，第二锯齿结构的有效面102的前端与第二锯齿结构的无效面101的尾端相接，以此类推。同时，每一锯齿结构的无效面101与有效面102相接处会形成凸环103，该凸环103可能为尖角或者为角度很小的圆角，如第一锯齿结构的有效面102的前端与第一锯齿结构的无效面101的尾端相接处为第一凸环，第二锯齿结构的有效面102的前端与第二锯齿结构的无效面101的尾端相接处为第二凸环，以此类推。
作为本发明实施例的进一步改进，无效面101可设置为平面，有效面102可设置为平面或曲面，出光面20可设置为平面或曲面，有效面102和出光面20的具体设置根据光学系统的光路调节需要设置，本发明实施例对此不做限制。
作为本发明实施例的进一步改进，无效面101相对菲涅尔透镜的中心光轴L0的角度（即无效面的倾角）根据入射光线在该无效面101调整前的初始无效面上的入射角度与入射光线在该无效面101上的入射角度之差来对应设置。
为描述方便，定义穿过入光面10上某一锯齿结构中凸环103的与菲涅尔透镜的中心光轴L0平行的虚拟化无效面为初始无效面，该初始无效面相对中心光轴L0的角度为0°（即初始无效面的倾角为0°）；定义入射光线在初始无效面上的入射角度为入射光线与初始无效面的法线之间的夹角，或者定义入射光线在初始无效面上的入射角度为入射光线与垂直于中心光轴L0的方向之间的夹角，该夹角可用第一锐角α1表示；定义穿过该锯齿结构中凸环103的且由初始无效面定制化调整角度后得到的最终成型的真实无效面为最终无效面，该最终无效面即为该锯齿结构中的无效面101；定义最终无效面的倾角为最终无效面与菲涅尔透镜的中心光轴L0之间的夹角，该夹角可用第一夹角α表示；定义入射光线在最终无效面上的入射角度为同一入射光线与最终无效面的法线之间的夹角，或者定义入射光线在无效面上的入射角度为同一入射光线与垂直于无效面101的方向之间的夹角，该夹角可用第二锐角α2表示。根据几何关系可知，最终无效面（即无效面101）的倾角为入射光线在初始无效面上的入射角度与在最终无效面上的入射角度之差，即第一夹角α=第一锐角α1-第二锐角α2。同时，由前述可知，为有效降低入射光线在无效面101上的反射率以实现减少杂散光及降低杂散光的能量的目的，入射光线在无效面101上的入射角度需小于70°，即第二锐角α2需小于70°，且需使不同锯齿结构中的无效面101的倾角根据入射光线在对应初始无效面上的入射角度的变化来定制化调整。
具体实施时，需要预先确定菲涅尔透镜所应用的光学系统，再通过对该光学系统进行光学模拟以确定入射光线在菲涅尔透镜相应无效面101所对应的初始无效面上的入射角度，即确定第一锐角α1，接着根据所确定的第一锐角α1以及基于入射光线在无效面101上的入射角度即第二锐角α2需小于70°的限定，对应设置该菲涅尔透镜中无效面101的倾角，即确定第一夹角α，最终可根据第一夹角α确定该菲涅尔透镜中的锯齿结构。
作为本发明实施例的进一步改进，可以分别针对每个锯齿结构，根据入射光线在相应初始无效面上的入射角度来对应设置无效面的倾角。如图6、图7及图8所示，在一些光学系统中，越靠近菲涅尔透镜的中心光轴，入射光线在初始无效面上的入射角度越大，则越靠近菲涅尔透镜的中心光轴的无效面的倾角越大，或者说从菲涅尔透镜的中心到边缘各锯齿结构的无效面的倾角依次减小，这样可以进一步减少杂散光及杂散光能量。
但是，考虑到对每个锯齿结构分别进行无效面的倾角设计，数据量较大且加工比较复杂，在达到减少杂散光效果的同时降低设计和加工复杂度的基础上，可对菲涅尔透镜的入光面10进行分区，通过分区来设置无效面的倾角。例如，入光面可被划分为包括多个调光区，且每个调光区包括至少一个锯齿结构；同时，同一调光区中靠近光轴的锯齿结构中的第一夹角大于远离光轴的锯齿结构中的第一夹角。
当然，不同调光区包含的锯齿结构数量可以相同，也可以不同，具体根据实际应用的光学系统的需要划分。另有，每个调光区中的无效面的倾角根据该调光区中入射光线在初始无效面上的入射角度进行相应设计，以尽量使得入射光线在无效面上的入射角度小于70°且杂散光最少即可。再有，越靠近菲涅尔透镜的中心光轴，入射光线在初始无效面上的入射角度越大，则越靠近菲涅尔透镜的中心光轴的调光区中无效面的倾角越大且在同一调光区中越靠近菲涅尔透镜的中心光轴的无效面的倾角越大。
如图9所示，为本发明实施例提供的一种菲涅尔透镜的分区示意图，在入光面10上沿径向被划分为五个调光区，包括位于中心的圆形调光区Z1以及环绕在圆形调光区Z1外的Z2环形调光区、Z3环形调光区、Z4环形调光区和Z5环形调光区。在此需要说明的是，调光区的划分数量以及调光区区间的大小可以根据实际应用光学系统中的入射光线在初始无效面上的入射角度的分布以及形成的杂散光最少来调整和确定，以最终确定相应调光区中无效面的倾角的大小，本实施例对此不做限制。
作为本发明实施例的进一步改进，如图10所示，为保证锯齿结构中有效面102的利用率以及提升相应光学系统的成像质量，锯齿结构中无效面101的倾角即第一夹角α设置为0~10°（即初始无效面S1与最终无效面S2之间的夹角设置为0~10°）。换句话说，在一定光学系统中，利用光学模拟软件确定入射光线在初始无效面上的入射角度的角度数据后，为有效降低入射光线在无效面上的反射率以实现减少杂散光及降低杂散光的能量的目的，入射光线在无效面上的入射角度需小于70°，同时为保证有效面的利用率以使更多的入射光线在有效面处进行折射后沿既定的传播路径出射以及提升相应光学系统的成像质量，需使无效面的倾角根据入射光线在对应初始无效面上的入射角度的变化定制化调整设计且控制无效面的倾角在0~10°以内。
在一些实施例中，为降低加工和设计难度，将入光面10上每一锯齿结构中的凸环103设置在同一平面上，此时可从菲涅尔透镜的截面示意图中看到，入光面上的锯齿结构如同直锯或如图4所示。在其他实施例中，入光面上每一锯齿结构中的凸环可以不设置在同一平面上，而是在同一曲面上，具体可根据应用的光学系统确定，本发明实施例对此不做限制。
综上，本发明实施例通过使入射光线与垂直于无效面的方向形成的第二锐角小于70°同时使靠近光轴的锯齿结构中的第一夹角大于远离光轴的锯齿结构中的第一夹角，可以有效地降低无效面的反射率，避免入射光线在无效面一次反射后进入人眼，以及可以有效地减少杂散光及杂散光能量，使菲涅尔透镜所在光学系统的最终成像画面更加清晰。
如图11所示，本发明还提出了一种菲涅尔透镜的制备方法，该制备方法可以包括以下步骤：
步骤1，在一定光学系统中，确定待制备的菲涅尔透镜入光面上的初始锯齿结构，如确定初始锯齿结构的齿深和齿宽。其中，初始锯齿结构包括靠近菲涅尔透镜的中心光轴的初始无效面和远离菲涅尔透镜的中心光轴的初始有效面，且初始无效面为相应无效面在定制化调整角度前与菲涅尔透镜的中心光轴平行的虚拟化无效面，此时初始无效面的倾角为0°；同时，初始有效面和初始无效面均设置为平面。
步骤2，根据确定的初始锯齿结构，给出初始菲涅尔透镜结构，如确定初始菲涅尔透镜的厚度、材料、出光面的面型等。在本发明实施例中，菲涅尔透镜的厚度可设置为6mm，材料为塑胶，出光面可设置为平面。
步骤3，在一定光学系统中，利用光学模拟软件进行光学模拟以对初始菲涅尔透镜进行光路追迹，并确定初始菲涅尔透镜在所属光学系统中入射光线在初始无效面上的入射角度数据。其中，入射光线在初始无效面上的入射角度为入射光线与初始无效面的法线之间的夹角，定义为第一锐角α1；同时，从菲涅尔透镜的中心到边缘，各初始锯齿结构中的第一锐角α1沿径向依次减小。
步骤4，基于光学模拟得出的入射光线在初始无效面上的入射角度（第一锐角α1）数据，确定菲涅尔透镜入光面上的锯齿结构，包括确定锯齿结构的最终无效面的倾角，以使得入射光线在最终无效面上的入射角度小于70°。其中，最终无效面为相应初始无效面在定制化调整角度后的相应无效面，该最终无效面或相应无效面即为锯齿结构中最终确定成型的真实无效面；最终无效面的倾角为最终无效面与菲涅尔透镜的中心光轴之间的夹角，定义为第一夹角α，该最终无效面的倾角即为锯齿结构中无效面的倾角；入射光线在最终无效面上的入射角度为同一入射光线与最终无效面的法线之间的夹角，定义为第二锐角α2，且第二锐角α2需小于70°；同时，最终无效面的倾角为入射光线在初始无效面上的入射角度与在最终无效面上的入射角度之差，即第一夹角α=第一锐角α1-第二锐角α2；再有，从菲涅尔透镜的中心到边缘，各锯齿结构中的无效面的倾角依次减小；如对菲涅尔透镜的入光面进行了分区，则从菲涅尔透镜的中心到边缘，各调光区中的无效面的倾角依次减小且在同一调光区中越远离菲涅尔透镜的中心光轴的无效面的倾角越小。
步骤5，按照所确定的无效面的倾角制备菲涅尔透镜。
按照以上步骤，即可制备得到可使入射光线在无效面上的入射角度小于70°且从中心到边缘各锯齿结构或调光区的无效面的倾角依次减小的菲涅尔透镜，该菲涅尔透镜可以有效地降低无效面的反射率，减少杂散光及杂散光能量，使菲涅尔透镜所在光学系统的最终成像画面更加清晰。
另外，本发明实施例还提供了一种包含上述菲涅尔透镜的光学成像设备，该光学成像设备可以仅包括上述菲涅尔透镜，也可以包括上述菲涅尔透镜和其他普通透镜，具体视应用场景确定。例如，本发明实施例中的光学成像设备可以是光学显微镜、头戴式显示设备等。
最后，为了验证本发明实施例中技术方案的效果，以下进行了三个光学模拟试验。其中，第一实施例采用本发明实施例中的技术方案，第二实施例和第三实施例为现有技术中的技术方案。
第一实施例
本实施例提供的菲涅尔透镜的径向半径为24.5mm，根据径向尺寸将该菲涅尔透镜入光面划分为五个调光区。其中，在同一调光区中，入射光线在初始无效面上的入射角度（第一锐角）会有差异，可以分别针对每个调光区进行光学模拟，确定该调光区中第一锐角的范围，基于第一锐角的范围及入射光线在最终无效面上的入射角度（第二锐角）小于70°的限定，按照形成杂散光最少的要求对应设置该调光区中无效面的倾角（第一夹角）的范围。各调光区的分区范围以及无效面的倾角如表1所示。
表1
从表1中可以看出，菲涅尔透镜入光面上不同调光区的无效面的倾角不同，且从菲涅尔透镜的中心到边缘，各调光区的无效面的倾角依次减小。
如图12所示为本实施例提供的菲涅尔透镜的杂散光能量示意图。其中，杂散光能量为杂光能量与光源能量的相对值，图中最高点为光源的归一化能量值，其他为杂光能量与光源能量的相对值。由图12可以看出，杂光能量与光源能量的相对值约为9.05E-5。
第二实施例
本实施例提供的菲涅尔透镜的径向半径为24.5mm，本实施例未对入光面作调光区的划分，即只有一个调光区，且该调光区中无效面的倾角（第一夹角）都设置为3°。
如图13所示为本实施例提供的菲涅尔透镜的杂散光能量示意图。由图13可以看出，杂光能量与光源能量的相对值约为5.21E-4。
第三实施例
本实施例提供的菲涅尔透镜的径向半径为24.5mm，根据径向尺寸将该菲涅尔透镜入光面划分为五个调光区，其中，在同一调光区中，入射光线在无效面上的入射角度会有差异，基于入射光线在无效面上的入射角度对应设置无效面的倾角范围。各调光区的分区范围以及无效面的倾角如表2所示。
表2
从表2中可以看出，菲涅尔透镜的入光面上不同调光区的无效面的倾角不同，且从菲涅尔透镜的中心到边缘，各调光区的无效面的倾角依次增大。
如图14所示为本实施例提供的菲涅尔透镜的杂散光能量示意图。由图14可以看出，杂光能量与光源能量的相对值约为6.41E-4。
综上，与第二实施例和第三实施例相比，如第一实施例当根据入射光线在初始无效面上的入射角度的变化来定制化调整锯齿结构中最终无效面的倾角，以使得入射光线在最终无效面上的入射角度小于70°，且从菲涅尔透镜的中心到边缘使各调光区中的无效面的倾角依次减小时，可以有效地减少杂光能量与光源能量的相对值。
在以上的描述中，对于产品的构图等技术细节并没有做出详细的说明。但是本领域技术人员应当理解，可以通过各种技术手段，来形成所需形状的结构。另外，为了形成同一结构，本领域技术人员还可以设计出与以上描述的方法并不完全相同的方法。尽管在以上分别描述了各实施例，但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种菲涅尔透镜，其特征在于，包括沿光轴方向相对设置的入光面和出光面，所述入光面上沿径向依次设有多个锯齿结构，每一所述锯齿结构均包括靠近所述光轴的无效面和远离所述光轴的有效面，所述无效面为平面，多个所述锯齿结构的所述无效面与所述有效面依次首尾相接，每一所述锯齿结构的所述无效面与所述有效面相接处形成凸环，靠近所述入光面的入射光线到达所述凸环时与垂直于所述光轴的方向形成第一锐角，所述无效面与所述光轴方向形成第一夹角，所述第一夹角根据所述第一锐角对应设置且所述第一夹角为0～10°，所述入射光线与垂直于所述无效面的方向形成第二锐角且所述第二锐角设为小于70°，靠近所述光轴的所述锯齿结构中的第一夹角大于远离所述光轴的所述锯齿结构中的第一夹角。
2.根据权利要求1所述的菲涅尔透镜，其特征在于，从所述光轴往外相邻所述锯齿结构中的第一夹角沿径向依次减小。
3.根据权利要求1所述的菲涅尔透镜，其特征在于，所述入光面包括多个调光区，每个所述调光区包括至少一个所述锯齿结构，同一所述调光区中靠近所述光轴的所述锯齿结构中的第一夹角大于远离所述光轴的所述锯齿结构中的第一夹角。
4.根据权利要求3所述的菲涅尔透镜，其特征在于，从所述光轴往外相邻所述调光区中的第一夹角沿径向依次减小且同一所述调光区中从所述光轴往外相邻所述锯齿结构中的第一夹角沿径向依次减小。
5.根据权利要求1所述的菲涅尔透镜，其特征在于，所述有效面选自平面和曲面中的一种。
6.根据权利要求1所述的菲涅尔透镜，其特征在于，所述出光面为光滑面。
7.根据权利要求1所述的菲涅尔透镜，其特征在于，每一所述锯齿结构中的凸环均处于同一平面上。
8.一种如权利要求1～7任一所述的菲涅尔透镜的制备方法，其特征在于，包括：在一定光学系统中确定待制备的菲涅尔透镜的初始锯齿结构；根据初始锯齿结构，给出初始菲涅尔透镜结构；利用光学模拟确定初始菲涅尔透镜在所属光学系统中第一锐角的角度数据；基于第一锐角的角度数据以及第二锐角小于70°的限定，确定菲涅尔透镜中第一夹角的角度且使第一夹角为0～10°；按照所确定的第一夹角的角度制备菲涅尔透镜。
9.一种包含权利要求1～7任一所述的菲涅尔透镜的光学成像设备。
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