CN1567025A - 光均化装置 - Google Patents

Abstract

一光均化装置，包括一感光元件和一透明元件，其中所述的感光元件上设置有多个感光区；透明元件上设置有多个与感光区相对应的透镜，且越靠近透明元件中心的透镜折射率越小，越远离透明元件中心的透镜折射率越大。该种光均化装置通过透明元件上不同范围的透镜折射率差别，以减弱影像中心的光强度，而增强影像边缘的光强度，从而达到修正影像的照度分布的功效。该透明元件是由光阻材料制成的方柱经掺杂形成渐变折射率，再切片以蚀刻方式在该光阻片上形成与该多个感光区相对应的柱状，最后加热熔融成半球状透镜阵列。

Description

光均化装置

【技术领域】

本发明是关于一种光均化装置，尤指一种可调整数码相机等光学成像设备的照度分布的光均化装置，以及该光均化装置中的透镜阵列的制造方法。

【背景技术】

画面清晰度、均匀度和真实度是衡量一种数码相机好坏的一重要性能，但通常在使用相机等光学成像设备时，会出现所呈现的影像亮度不均匀，即中间较亮、四角较暗甚至缺角的现象，其是因成像时的外围光量(Peripheral Illumination)受到镜头渐晕现象(Vignetting)和余弦四次方定律(Cos4law)的影响，导致像面照度分布不均，即中心点的光强度和成像面最边缘的光强度，存在一定的落差(从40％～70％不等)。

渐晕现象是因投射至像面边缘的光线没有全部通过有效口径(即光圈直径)，且被光圈前后的镜片框遮挡所致，此现象只要缩小光圈即可消除。而余弦四次方定律是指像面边缘的影像是通过和光轴成某种倾斜角度的入射光束所形成，其明亮度和倾斜角的余弦四次方成比例降低，此是物理定律的限制，无法避免。

现有修正该种由余弦四次方定律导致的像面照度分布的方法通常有三种：

一、修改照射被摄物光源的亮度：遮挡光源的中间部份亮度，使成像处中间的照度趋近于边缘的照度。此方法虽具一定成效，但将导致入射光讯号衰减过多，整体镜头组的高度也受到限制，且在实际照相过程中，这种方法的实施极其不便。

二、在被摄物和像之间增加一与入射角横向设置的遮光板，并藉其高度(中间较高，边缘较低)调整限制光通量的多少，以修正由余弦四次方定律导致的像面照度分布。但这种方法中的遮光板通常是以塑料射出成型，其公差较大，使该遮光板的形状不准确，从而影响修正效果。

三、通过数码相机的讯号处理器(DSP)处理并修正影像传感器(CCD或CMOS)接收光讯号的强度分布以修正由余弦四次方定律导致的像面照度分布。但是此方法使讯号处理器的电路设计更加复杂化，导致成本增加。

中国第97229889号专利揭示了一种成像设备的调整照度分布装置，其包括一由至少一透镜所组成的透镜组、一孔径光阑和一调光光阑，孔径光阑具一透光部份，调光光阑纵向设置在透镜组的第一透镜前面或后面，通过此不透光的调光光闸遮挡通过透镜中间部份的光讯号。但该调光光闸不透光，导致到达像面中间处的被摄物光讯号衰减过多，进而影响像面的照度分布，其次，该调光光闸设置在光路中的位置必须远离像面，若靠近像面，则像面中间部份无法接受来自被摄物的光讯号，导致无法成像，此外，该调光光闸的形状还受孔径光闸透光部份的形状等因素限制，进而影响整体光路的设计。

因此，提供一种光学性能较好且可灵活设置的光均化装置实为必要。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种光均化装置，其可均化光强度、像场亮度。

本发明的目的是通以下技术方案实现的：提供光均化装置，其包括一感光元件和一透明元件，其中所述的感光元件上设置有多个感光区；透明元件上设置有多个与感光区相对应的透镜，且越靠近光均化装置中心的透镜折射率越小，越远离光均化装置中心的透镜折射率越大。

该透明元件是由光阻材料制成的方柱经掺杂增加折射率的杂质形成渐变折射率，再切片取折射率分布最优者覆在感光元件上，以蚀刻方式在该光阻材料上形成与该多个感光区相对应的柱状，最后加热熔融成折射率分布的半球状透镜阵列。

与现有技术相比较，本发明的优点在于：本发明透明元件的透镜具不同的折射率，越靠近透明元件中心的透镜折射率越小，越远离透明元件中心的透镜折射率越大，从而使得越靠近中心的感光区接收光量越小，从而降低了其光强度，而越远离中心的感光区接收光量越大，从而增强了其光强度，达成光强度的均匀化、像场亮度均匀化。且提高透镜折射率，其汇聚焦点较近，感光元件和透明元件的距离可相应调小，从而可减小整体镜头组的高度。另，本发明透镜折射率的变化可因应实际应用情况设计，其由光阻材料经掺杂、切片、蚀刻和热熔过程制成，其制造加工较简单方便。

【附图说明】

图1是本发明光均化装置的分解立体图；

图2是本发明光均化装置中靠近透明元件中心区域处的透镜和感光元件相组合的视图；

图3是本发明光均化装置的远离透明元件中心区域处的透镜和感光元件相组合的视图。

【具体实施方式】

请参阅图1，本发明的光均化装置1，包括一感光元件10、一透明元件20、一校正透镜30和一滤光组件40，上述组件依次从下往上放置。该感光元件10上具多个感光区和非感光区，该透明元件20上设置有多个透镜，其分别与感光元件10上的感光区位置相对应，且越靠近透明元件20中心的透镜折射率越小，越远离透明元件20中心的透镜折射率越大。配合时，通过多个透镜的光讯号分别入射至与多个透镜对应的感光区。

透过滤光组件40滤光后的光讯号进入校正透镜30，通过校正透镜30的校正，射出光均为直线光，以保证入射到透明元件20透镜上的光均以垂直方式进入，经透镜折射后入射至感光区上。

请参阅图2和图3，透明元件20置于感光元件10上，透明元件20的透镜和感光元件10的感光区距离一定情况下，位于透明元件20中心处所对应的透镜21(仅举出靠近中心的一透镜为例，请参照图2)的折射率较小，其聚焦点也较远，经过透镜21聚焦后入射到感光区11(仅举出与透镜21相对应的一感光区为例)上的光量也较少，而入射到非感光区的光量相对较多，从而减弱了此处的成像光强度。而远离透明元件20对应的透镜22(仅举出远离中心的一透镜为例，请参照图3)的折射率较大，其聚焦点也较近，经过透镜22聚焦后入射到感光区12(仅举出与透镜22相对应的一感光区为例)上的光量也较多，而入射到非感光区的光量相对较少，从而增强了此处的成像光强度。此种通过透明元件20上透镜的低折射率以减少感光元件10中心处感光区的感光量，而通过透明元件20上透镜折射率的提高以增加感光元件10边缘处感光区的感光量，从而达成光均化装置1对成像设备成像时的照度均匀化。

该透明元件20的各透镜的折射率是以该透明元件20中心位置向边缘逐渐提高，以修正渐晕现象和余弦四次方定律导致的像面照度分布不均。经过该光均化装置1修正，在感光元件10上所形成的影像中心的强度和边缘的强度基本上一致，从而达到成像画面的清晰。且因提高了透镜折射率，其汇聚焦点较近，感光元件10和透明元件20的距离可相应调小，从而可减小整体镜头组的高度。

该透明元件20的制造方法具以下几个步骤：首先准备光阻材料制成的方柱，以加压蒸气方式或浸泡方式或离子交换等掺杂以增加其折射率，形成沿径向折射率渐变的光阻方柱，即光阻方柱中心折射率较低，外围折射率较高；然后切片得多个沿径向折射率渐变的光阻片(即透明元件20)；再以蚀刻方式在该光阻片上形成与该多个感光区相对应的柱状；最后加热熔融成半球状透镜阵列。该制造方法简单易操作且成本低。

Claims (10)

1.一光均化装置，其包括：一感光元件和一透明元件，该感光元件上设置有多个感光区，该透明元件位于感光元件上，设置有多个透镜，其特征在于该多个透镜为折射率渐变透镜，远离透明元件中心的透镜折射率大于靠近透明元件中心的透镜折射率。

2.如权利要求1所述的光均化装置，其特征在于该多个透镜与感光元件的感光区相对应。

3.如权利要求2所述的光均化装置，其特征在于该感光元件进一步包括多个非感光区。

4.如权利要求3所述的光均化装置，其特征在于其进一步包括一校正透镜，经过其校正后射出的光线为直线光。

5.如权利要求4所述的光均化装置，其特征在于其进一步包括一滤光组件。

6.一透镜阵列的制造方法，其特征在于包括以下步骤：

提供一光阻材料制成的方柱，掺杂以增加折射率，形成折射率渐变的光阻方柱；

将光阻方柱切片得多个折射率渐变的光阻片；

以蚀刻方式在该光阻片上形成多个柱状；

加热熔融成半球状透镜阵列。

7.如权利要求6所述的透镜阵列的制造方法，其特征在于该光阻方柱可以加压蒸气方式进行掺杂。

8.如权利要求6所述的透镜阵列的制造方法，其特征在于该光阻方柱可以浸泡方式进行掺杂。

9.如权利要求6所述的透镜阵列的制造方法，其特征在于该光阻方柱可以离子交换方式进行掺杂。

10.如权利要求6所述的透镜阵列的制造方法，其特征在于该光阻片折射率沿径向变化，即光阻片中心折射率较低，外围折射率较高。

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