CN117950095A - 微透镜阵列系统和车灯投影总成 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种微透镜阵列系统和车灯投影总成，包括多个微透镜阵列，微透镜阵列沿光轴方向上依次包括第一透镜阵列、图案掩膜层、第一透明基板和第二透镜阵列，将其中一个微透镜阵列上一点定义为原点O，连接该原点O并平行于微透镜阵列的长度方向定义为X轴，连接该原点O并平行于微透镜阵列的宽度方向定义为Y轴；其中，多个微透镜阵列分别于XOY面上的正投影之间互不重叠，且部分微透镜阵列还包括第二透明基板，第二透明基板设置于第一透镜阵列和图案掩膜层之间。本发明能够使得车灯投影系统具有大视场角高亮度需求的同时，将至少部分微透镜阵列的投影边缘模糊，减小投影图案边缘的锐利度，实现均匀投影的效果。

Description

微透镜阵列系统和车灯投影总成

技术领域

本发明涉及光学技术与照明技术领域，尤其涉及一种微透镜阵列系统和车灯投影总成。

背景技术

晶圆级微透镜阵列(MLA，Micro Lens Array)是由多个形状相同的微小光学透镜按一定规律排列而成的阵列，由于其体积小、长焦深，在各种类型的显示表面都能清晰地显示图像，现已在汽车灯光系统上实现批量应用。晶圆级微透镜阵列的投影图案清晰且图案边缘锐利，能很好地投影前照灯近光截止线，但由于自适应前照灯系统有大视场角(FOV，Field of View)高亮度的需求，因此需要多个MLA进行拼接。

但是，多个MLA拼接会导致拼接重合处过于锐利，不符合前照灯配光均匀度要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微透镜阵列系统和车灯投影总成，以实现自适应前照灯大视场角高亮度均匀配光的要求。

为实现上述发明目的，本发明一实施方式提供一种微透镜阵列系统，包括多个微透镜阵列，所述微透镜阵列沿光轴方向上依次包括第一透镜阵列、图案掩膜层、第一透明基板和第二透镜阵列，将其中一个微透镜阵列上一点定义为原点O，连接该原点O并平行于所述微透镜阵列的长度方向定义为X轴，连接该原点O并平行于所述微透镜阵列的宽度方向定义为Y轴；

其中，多个所述微透镜阵列分别于XOY面上的正投影之间互不重叠，且部分所述微透镜阵列还包括第二透明基板，所述第二透明基板设置于所述第一透镜阵列和所述图案掩膜层之间。

作为本发明一实施方式的进一步改进，多个微透镜阵列包括第一类微透镜阵列和第二类微透镜阵列，所述第一类微透镜阵列具有第一视场角，所述第二类微透镜阵列具有第二视场角，所述第一视场角大于所述第二视场角。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述第二类微透镜阵列设置所述第二透明基板，且所述第二类微透镜阵列中每个微透镜阵列的第二透明基板的厚度设置为不同。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述第二透明基板的厚度范围设置为0.5mm-3mm。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述第一类微透镜阵列中至少有两个微透镜阵列朝相反方向偏转一预设角度。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述图案掩膜层包括多个阵列分布的图案结构，阵列分布的图案结构与所述第一透镜阵列和所述第二透镜阵列一一相对；

所述第一类微透镜阵列中每个微透镜阵列的图案掩膜层上每列图案结构按照预设比例缩小。

作为本发明一实施方式的进一步改进，由设置于所述图案掩膜层最外侧的两列图案结构往中间列图案结构依次按照预设间隔缩小比例进行缩小设置。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述预设间隔缩小比例设置为5％。

作为本发明一实施方式的进一步改进，多个所述微透镜阵列分别于XOY面上的正投影位于同一水平线上，且所述第一类微透镜阵列于XOY面上的正投影位于水平线一侧，所述第二类为透镜阵列于XOY面上的正投影位于水平线另一侧。

为实现上述发明目的，本发明还提供一种车灯投影总成，包括如上所述的微透镜阵列系统。

本发明的有益效果在于：本发明提供的微透镜阵列系统包括多个微透镜阵列，且每个微透镜阵列于XOY面上的正投影之间互不重叠，通过在部分微透镜阵列中叠加第二透明基板，能够使得车灯投影系统具有大视场角高亮度需求的同时，将至少部分微透镜阵列的投影边缘模糊，减小投影图案边缘的锐利度，实现均匀投影的效果。

附图说明

图1为本发明一实施方式中的一种微透镜阵列系统的结构示意图；

图2为本发明一实施方式中的第一类微透镜阵列中每个微透镜阵列的结构示意图；

图3为本发明一实施方式中的第二类微透镜阵列中每个微透镜阵列的结构示意图；

图4为本发明一实施方式中的第二类微透镜阵列中每个微透镜阵列的图案掩膜层的结构示意图；

图5为本发明一实施方式中的第一类微透镜阵列中每个微透镜阵列的图案掩膜层的结构示意图；

图6a为使用本发明微透镜阵列系统前的仿真结果图；

图6b为使用本发明微透镜阵列系统后的仿真结果图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施方式及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施方式仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。

下面详细描述本发明的实施方式，实施方式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方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

为方便说明，本文使用表示空间相对位置的术语来进行描述，例如“上”、“下”、“后”、“前”等，用来描述附图中所示的一个单元或者特征相对于另一个单元或特征的关系。空间相对位置的术语可以包括设备在使用或工作中除了图中所示方位以外的不同方位。例如，如果将图中的装置翻转，则被描述为位于其他单元或特征“下方”或“上方”的单元将位于其他单元或特征“下方”或“上方”。因此，示例性术语“下方”可以囊括下方和上方这两种空间方位。

本发明提供一种微透镜阵列系统，包括多个微透镜阵列，该微透镜阵列沿光轴方向上依次包括第一透镜阵列、图案掩膜层、第一透明基板和第二透镜阵列，将其中一个微透镜阵列上一点定义为原点O，连接该原点O并平行于微透镜阵列的长度方向定义为X轴，连接该原点O并平行于微透镜阵列的宽度方向定义为Y轴；

其中，多个所述微透镜阵列分别于XOY面上的正投影之间互不重叠，且部分微透镜阵列还包括第二透明基板，第二透明基板设置于第一透镜阵列和图案掩膜层之间。

如图1所示，本实施方式提供的一种微透镜阵列系统，包括多个微透镜阵列100，将其中一个微透镜阵列100上一点定义为原点O，连接该原点O并平行于微透镜阵列100的长度方向定义为X轴，连接该原点O并平行于微透镜阵列100的宽度方向定义为Y轴。

具体的，多个微透镜阵列100分别于XOY面上的正投影之间互不重叠。

一般的，结合图2，微透镜阵列100沿光轴方向上依次包括第一透镜阵列110、图案掩膜层120、第一透明基板130和第二透镜阵列140。

第一透镜阵列110包括多个阵列分布的第一透镜，第一透镜为平凸透镜，包括第一平面和第一凸表面，该第一凸表面面向光源，第一平面连接图案掩膜层120。

图案掩膜层120为铬层，铬层上设置多个阵列分布的图案结构，每个图案结构均为具有特定图案轮廓线的透光区域，阵列分布的图案结构与第一透镜阵列110和第二透镜阵列140一一相对。由第一透镜聚焦形成的光束只能从对应的图案结构内通过，图案结构的轮廓线即为微透镜阵列100投影图案的边界线，而图案掩膜层120除图案结构以外的区域均为不透光区域，用于遮挡光线。

图案掩膜层120上的图案结构的具体形状可根据实际需要的投影图案进行设计或更改，本发明在此不作具体限制。

第一透明基板130包括连接图案掩膜层120的入光面和与入光面相背的出光面。当然，第一透明基板130包括但不限于高透光玻璃晶圆。

第二透镜阵列140包括多个设置于第一透明基板130出光面且阵列分布的第二透镜，第二透镜为平凸镜，包括第二平面和第二凸表面，该第二平面连接第一透明基板130的出光面。

具体的，微透镜阵列100包括多个阵列分布的光通道单元，在各光通道单元中，第一透镜、图案结构和第二透镜一一对应设置，各光通道单元的光线从第一透镜进入，由第二透镜进行成像投影，形成与图案结构形状相同的投影图案。

更具体的，本实施方式中微透镜阵列系统中部分微透镜阵列100还包括第二透明基板150，如图3所示，该第二透明基板150设置于第一透镜阵列110和图案掩膜层120之间。

为提高微透镜阵列配光投影的视场角，本实施方式中多个微透镜阵列100包括第一类微透镜阵列A和第二类微透镜阵列B，第一类微透镜阵列A具有第一视场角，第二类微透镜阵列B具有第二视场角，且第一视场角大于第二视场角。

示例性的，本实施方式中设置14颗微透镜阵列100，其中7颗微透镜阵列100设置具有第一视场角，属于第一类微透镜阵列A，另外7颗微透镜阵列100设置具有第二视场角，属于第二类微透镜阵列B。

当然，本发明对微透镜阵列系统中微透镜阵列100的具体数量、及设置有第一视场角和第二视场角的微透镜阵列100的数量配比均不作限制，可根据实际应用场景作具体调整。

同时，本发明中多个微透镜阵列100中包含也可以包含设置具有三种、或多种视场角的微透镜阵列，即本发明中多个微透镜阵列100还可以包括第三类微透镜阵列、第四类微透镜阵列或是更多，可根据实际需要作具体调整。

具体的，第二类微透镜阵列B设置第二透明基板150，且第二类微透镜阵列B中每个微透镜阵列100的第二透明基板150的厚度设置为不同。通过叠加不同厚度的第二透明基板150，使得投影图案边缘模糊化，减小图案边界的锐利度，同时由于第二类微透镜阵列B具有较小的视场角，即第二类微透镜阵列B中每个微透镜阵列100的投影光斑小且亮度高。

其中，第二透明基板150的厚度范围设置为0.5mm-3mm。

第二类微透镜阵列B中每个微透镜阵列100的第二透明基板150的厚度变化可遵循一定厚度增加规律进行变化设置，也可随机增加一定的厚度，本发明对此均不作限制。

另外，设置有第二透明基板150的微透镜阵列100中，最多有两颗微透镜阵列100设置具有相同厚度的第二透明基板150，其余微透镜阵列100的第二透明基板150的厚度设置为均不相同。

第一类微透镜阵列A中至少有两个微透镜阵列100朝相反方向偏转一预设角度，以进一步增加微透镜阵列配光投影的视场角。

具体的，将第一类微透镜阵列A中两个微透镜阵列100朝光线传输方向的两侧分别偏转一预设角度。

同样的，本发明对偏转的预设角度的具体数值不作限制，可根据实际应用场景的设计需求作具体调整。

更具体的，第一类微透镜阵列A中每个微透镜阵列100的图案掩膜层120上每列图案结构按照预设比例缩小，以增加投影视场角和实现均匀配光的需求。

结合图4和图5，图4为第二类微透镜阵列B中每个微透镜阵列100的图案掩膜层120的结构示意图，其阵列分布的每个图案结构的形状和大小均相同；图5为第一类微透镜阵列A中每个微透镜阵列100的图案掩膜层120的结构示意图，其阵列分布的图案结构中每列图案结构按照预设比例缩小。

由于图案掩膜层120的中间区域透光量较大，则本实施方式中由设置于图案掩膜层120最外侧的两列图案结构往中间列图案结构依次按照预设间隔缩小比例进行缩小设置。

具体的，预设间隔缩小比例设置为5％。

示例性的，设置于图案掩膜层120最外侧的两列图案结构的尺寸保持不变，往中间列图案结构依次按照5％的缩小比例进行缩小设置。也就是说，最外侧两列保持不变，第二列和倒数第二列缩小为原来大小的95％，第二列和倒数第三列缩小为原来大小的90％，依次类推，直至按此规律缩小至中间列图案结构。

当然，本发明并不局限将预设间隔缩小比例设置为5％，可根据实际应用场景作具体调整，预设间隔缩小比例的数值设置越小，则微透镜阵列100的透光均匀度就越好。

当然，在本发明其他实施方式中，也可将第一类微透镜阵列A中每个微透镜阵列100的图案掩膜层120上每行图案结构按照预设比例缩小。即由设置于图案掩膜层120最外侧的两行图案结构往中间行图案结构依次按照预设间隔缩小比例进行缩小设置。

更具体的，结合图1，多个微透镜阵列100分别于XOY面上的正投影位于同一水平线上，且第一类微透镜阵列A于XOY面上的正投影位于水平线一侧，第二类为透镜阵列B于XOY面上的正投影位于水平线另一侧。

当然，本发明并不限制微透镜阵列系统中每个微透镜阵列100的具体分布方式和排列顺序，也不限制每个微透镜阵列100之间的间隔距离，可根据微透镜阵列系统具体应用的投影模块中的结构形式来作具体的调整，只需保证每个微透镜阵列100于XOY面上的正投影之间互不重叠即可。

如图6a和图6b所示，为本发明示意的使用本实施方式中微透镜阵列系统前后的仿真结果对比图，图6a为使用本实施方式中微透镜阵列系统之前的仿真结果，很明显若直接使用多个微透镜阵列进行拼接，会导致拼接重合处过于锐利；图6b为使用本实施方式中微透镜阵列系统之后的仿真结果，由于将部分微透镜阵列设置叠加不同厚度的第二透明基板，以及将另部分微透镜阵列的图案掩膜层中的每列图案结构按预设比例缩小，能够使得特定投影边缘模糊，明显减小投影边缘的锐利度，实现均匀投影的目的。

本发明还提供一种车灯投影总成，车灯投影总成包括如上任意一种实施方式所述的微透镜阵列系统。

综上所述，本发明提供的微透镜阵列系统具体包括两种不同视场角的微透镜阵列，将具有较小视场角的微透镜阵列分别叠加不同厚度的第二透明基板，具有较大视场角的微透镜阵列的图案掩膜层中每列图案结构按照预设比例进行缩小设置，且将其至少两个微透镜阵列朝相反方向偏转，能够增加微透镜阵列系统的配光投影视场角，以及使得特定投影边缘模糊，减小投影边缘的锐利度，实现均匀投影的目的。

应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种微透镜阵列系统，其特征在于，包括多个微透镜阵列，所述微透镜阵列沿光轴方向上依次包括第一透镜阵列、图案掩膜层、第一透明基板和第二透镜阵列，将其中一个微透镜阵列上一点定义为原点O，连接该原点O并平行于所述微透镜阵列的长度方向定义为X轴，连接该原点O并平行于所述微透镜阵列的宽度方向定义为Y轴；

其中，多个所述微透镜阵列分别于XOY面上的正投影之间互不重叠，且部分所述微透镜阵列还包括第二透明基板，所述第二透明基板设置于所述第一透镜阵列和所述图案掩膜层之间。

2.根据权利要求1所述的微透镜阵列系统，其特征在于，多个微透镜阵列包括第一类微透镜阵列和第二类微透镜阵列，所述第一类微透镜阵列具有第一视场角，所述第二类微透镜阵列具有第二视场角，所述第一视场角大于所述第二视场角。

3.根据权利要求2所述的微透镜阵列系统，其特征在于，所述第二类微透镜阵列设置所述第二透明基板，且所述第二类微透镜阵列中每个微透镜阵列的第二透明基板的厚度设置为不同。

4.根据权利要求3所述的微透镜阵列系统，其特征在于，所述第二透明基板的厚度范围设置为0.5mm-3mm。

5.根据权利要求2所述的微透镜阵列系统，其特征在于，所述第一类微透镜阵列中至少有两个微透镜阵列朝相反方向偏转一预设角度。

6.根据权利要求5所述的微透镜阵列系统，其特征在于，所述图案掩膜层包括多个阵列分布的图案结构，阵列分布的图案结构与所述第一透镜阵列和所述第二透镜阵列一一相对；

所述第一类微透镜阵列中每个微透镜阵列的图案掩膜层上每列图案结构按照预设比例缩小。

7.根据权利要求6所述的微透镜阵列系统，其特征在于，由设置于所述图案掩膜层最外侧的两列图案结构往中间列图案结构依次按照预设间隔缩小比例进行缩小设置。

8.根据权利要求7所述的微透镜阵列系统，其特征在于，所述预设间隔缩小比例设置为5％。

9.根据权利要求2-8中任意一项所述的微透镜阵列系统，其特征在于，多个所述微透镜阵列分别于XOY面上的正投影位于同一水平线上，且所述第一类微透镜阵列于XOY面上的正投影位于水平线一侧，所述第二类为透镜阵列于XOY面上的正投影位于水平线另一侧。

10.一种车灯投影总成，其特征在于，包括如权利要求1-9中任意一项所述的微透镜阵列系统。