CN211148968U - 红外光扩散片和光学系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种红外光扩散片和光学系统。红外光扩散片包括：衬底；不连续电介质层，不连续电介质层位于衬底上，其中，不连续电介质层包括多个微透镜，微透镜间隔设置，各微透镜的高度小于微透镜的长度，相邻两个微透镜之间的距离小于微透镜的长度。本实用新型解决了现有技术中扩散片存在出光均匀性差的问题。

Description

红外光扩散片和光学系统

技术领域

本实用新型涉及光学成像设备技术领域，具体而言，涉及一种红外光扩散片和光学系统。

背景技术

光学扩散组件广泛应用于手机、平板电脑等电子设备上，可以用于3D模组的匀光，也可以用于在屏下指纹等模组中进行指纹识别成像。随着电子设备的发展，对光学扩散组件的匀光效果的要求越来越高。

也就是说，现有技术中扩散片存在出光均匀性差的问题。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种红外光扩散片和光学系统，以解决现有技术中扩散片存在出光均匀性差的问题。

为了实现上述目的，根据本实用新型的一个方面，提供了一种红外光扩散片，包括：衬底；不连续电介质层，不连续电介质层位于衬底上；其中，不连续电介质层包括多个微透镜，微透镜间隔设置，各微透镜的高度小于微透镜的长度，相邻两个微透镜之间的距离小于微透镜的长度。

进一步地，至少微透镜是电介质材料。

进一步地，红外光扩散片还包括减反射膜，减反射膜位于衬底与不连续电介质层相对一侧的表面上；和/或红外光扩散片还包括滤波片，滤波片位于衬底与不连续电介质层相对一侧的表面上。

进一步地，衬底和不连续电介质层的材料的阿贝数大于40。

进一步地，衬底的材料对波长在850nm至1010nm范围内的光的折射率大于1.5且小于1.751；不连续电介质层的材料对波长在850nm至1010nm范围内的光的折射率大于1.4且小于1.6。

进一步地，多个微透镜形成周期性阵列，且各微透镜等间隔设置。

进一步地，相邻两个微透镜之间的距离大于等于1微米且小于等于20微米。

进一步地，微透镜的高度大于等于1微米且小于等于50微米；微透镜的长度大于等于5微米且小于等于200微米。

进一步地，衬底的厚度大于等于0.1毫米且小于等于0.6毫米；和/或红外光扩散片的长度大于等于2毫米且小于等于4毫米，红外光扩散片的宽度大于等于3毫米且小于等于6毫米。

根据本实用新型的另一方面，提供了一种光学系统，包括：激光光源；上述的红外光扩散片，红外光扩散片位于激光光源的出射方向，以对激光光源发出的光进行扩散；投射镜头，投射镜头位于红外光扩散片的扩散光的出射方向，以形成图像。

应用本实用新型的技术方案，红外光扩散片包括衬底和不连续电介质层，不连续电介质层位于衬底上，其中，不连续电介质层包括多个微透镜，微透镜间隔设置，各微透镜的高度小于微透镜的长度，相邻两个微透镜之间的距离小于微透镜的长度。

通过在红外光扩散片上设置不连续电介质层，在激光照射红外光扩散片时，红外光扩散片的表面发生变化，增加对激光的衍射效率，同时还能增加红外光的透射率。不连续电介质层的不同位置具有不同的折射率，进而改变透过红外光扩散片的光的光程，以形成更均匀的出射光。而微透镜同样可以改变透过红外光扩散片的光的光程，以进一步增加出射光的均匀性。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1示出了本实用新型的一个可选实施例的红外光扩散片的整体结构示意图；以及

图2示出了图1中红外光扩散片的一个角度的视图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、衬底；20、微透镜。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

需要指出的是，除非另有指明，本申请使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

在本实用新型中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的，或者是针对部件本身在竖直、垂直或重力方向上而言的；同样地，为便于理解和描述，“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外，但上述方位词并不用于限制本实用新型。

为了解决现有技术中扩散片存在出光均匀性差的问题，本实用新型提供了一种红外光扩散片和光学系统。

如图1至图2所示，红外光扩散片包括衬底10和不连续电介质层，不连续电介质层位于衬底10上，其中，不连续电介质层包括多个微透镜20，微透镜20间隔设置，各微透镜20的高度小于微透镜20的长度，相邻两个微透镜20之间的距离小于微透镜20的长度。

通过在红外光扩散片上设置不连续电介质层，在激光照射红外光扩散片时，红外光扩散片的表面发生变化，增加对激光的衍射效率，同时还能增加红外光的透射率。不连续电介质层的不同位置具有不同的折射率，进而改变透过红外光扩散片的光的光程，以形成更均匀的出射光。而微透镜20同样可以改变透过红外光扩散片的光的光程，以进一步增加出射光的均匀性。

需要说明，在本申请中，微透镜20的长度是指微透镜20平行于衬底10的最大长度，而微透镜20的高度是指垂直于衬底10的方向的最大高度。

在本申请中，红外光扩散片可以将红外光扩散为透过率高、衍射率高的均匀出射光，该红外光扩散片适用于TOF(飞行时间法3D成像)类的AR(增强现实)感测光源和模组。

在本实施例中，至少微透镜20是电介质材料。这样设置可以减少出射光的光程差，进而使得出射光的光强更加均匀，以获得更加均匀的图像。

需要说明的是，不连续的电介质层就是指所有微透镜所在的层，包括所有微透镜和微透镜之间的间隙，而由于微透镜20是电介质且间隔设置，进而构成的电介质层中的电介质材料是不连续的。

可选地，红外光扩散片还包括减反射膜，减反射膜位于衬底10与不连续电介质层相对一侧的表面上；和/或红外光扩散片还包括滤波片，滤波片位于衬底10与不连续电介质层相对一侧的表面上。通过在红外光扩散片上设置减反射膜可以减少光在红外光扩散片上的反射，增加红外光扩散片的透光量，进而增加红外光扩散片的透光率，同时减反射膜还可以减少杂散光。滤波片可以允许红外光通过，减少其他光对红外光的影响。而将减反射膜和滤波片设置在衬底10上与不连续电介质层相对一侧的表面上，这样可以减少减反射膜和滤波片对不连续电介质层的影响，使得不连续电介质层可以稳定的工作。减反射膜可以包括氮化硅、二氧化硅、二氧化钛和氧化铝等常用材料。也可以包括有机聚合物。

需要说明的是，在本实施例中的滤波片优选为红外窄带滤波片，当然可以根据实际需要过滤的光的需求来设置滤波片的种类。

在本实施例中，红外光扩散片中还可以设置防静电、防龟裂、增加硬度的功能膜。为了保护不连续电介质层上的周期性微透镜20，优选将这些功能膜布置在衬底10上与不连续电介质层相对一侧的表面上。

在本实施例中，衬底10和不连续电介质层的材料的阿贝数大于40。将衬底10和不连续电介质层的材料的阿贝数大于40可以减少色散，减小经过红外光扩散片射出的图像的失真。

在本实施例中，衬底10的材料对波长在850nm至1010nm范围内的光的折射率大于1.5且小于1.751。这样设置使得光在射入到衬底10时会发生较大的偏折，以在红外光扩散片的内部经过反射、散射，以增加红外光扩散片出射光的均匀性。衬底10的材料可以是各类光学玻璃，优选阿贝数大于50的光学玻璃。衬底10的材料的阿贝数可以是55、60、65、70、80等。衬底10的材料对波长在850nm至1010范围内的光的折射率可以是1.55、1.6、1.7、1.73等。

在本实施例中，不连续电介质层的材料对波长在850nm至1010nm范围内的光的折射率大于1.4且小于1.6。这样设置可以增加红外光扩散片的出射光的均匀性。不连续电介质层的材料可以使用各类塑料或树脂，具体可以是聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯或聚烯烃等各种类似的聚合物或者其组合。不连续电介质层的材料对波长在850nm至1010nm范围内的光的折射率可以为1.45、1.5、1.55等。

不连续电介质层的材料优选阿贝数大于40的塑料或树脂，例如不连续电介质层的材料的阿贝数可以是45、50、55、60、65、70、80等。

为了满足TOF模组在应用中的光线扩散角的要求，不连续电介质层的材料的折射率优选为略小于衬底10的折射率。

如图1至图2所示，多个微透镜20形成周期性阵列，且各微透镜20等间隔设置。各个微透镜20成周期性排布，便于红外光扩散片的制作，并且可以增加红外光扩散片在量产过程中的一致性，减少量产出的红外光扩散片之间的差异性。

如图1至图2所示，在本实施例中微透镜是方形的，但不限制于方形。微透镜20可以是半球状、非球面曲面、自由曲面、鞍形、柱形以及任何其他的形状，只要其具有形状或折射率上的变化能使得透过的光的光程差发生改变即刻。

需要说明的是，周期性阵列可以通过压印、光刻和电子束曝光等微加工技术，且优选通过模板进行大面积制造后再进行切割。在使用压印的情况下，首先在衬底10上涂覆不连续电介质层，之后升温使得不连续电介质层材料软化后再将模具压在不连续电介质层上以形成二维周期性阵列或者与之相反的图案，最后将该图案通过镀膜进行图形转移或者直接进行刻蚀的方法转移到所使用的玻璃衬底上。在使用光刻的情况下，在衬底10上涂覆PMMA等光敏性电介质后，利用淹膜照射激光束进行曝光或者直接利用空间编码的激光束进行曝光，最后通过显影液去除所曝光的部分，留下图案。

在本实施例中，相邻两个微透镜20之间的距离大于等于1微米且小于等于20微米。这样设置可以降低衍射的影响，同时能减低量产的难度。

在本实施例中，微透镜20的高度大于等于1微米且小于等于50微米；微透镜20的长度大于等于5微米且小于等于200微米。这样设置使得红外光扩散片实现高透射率和高衍射效率。

为了实现高透射率和高衍射效率以及合适的出射角之间的均衡，应使得微透镜20的大小以及相邻微透镜20的间距之间的关系被优化，减小微透镜20的高度有利于降低制造难度。因此，每个微透镜20的高度H、微透镜20的长度D，相邻两个微透镜20之间的间隔d之间满足：H<D，d<D。

优选地，H<D/2，d<D/2。

需要说明的是，在本申请中，高透射率是指透射率大于90％，高衍射效率是指衍射效率大于70％。衍射效率定义为出射光场中心能量10％以上的部分所占所用出射光场能量的比例。合适的出射角是指出射角大于60度。出射角定义为X和Y方向出射光场的分布的空间角度。

在本实施例中，衬底10的厚度大于等于0.1毫米且小于等于0.6毫米。这样设置可以保证红外光扩散片的结构强度，以使得红外光扩散片可以稳定的使用。此外，衬底10的厚度限制在0.1毫米至0.6毫米的范围内可以保证衬底小型化，以使得红外光扩散片适用于小镜头。

在本实施例中，红外光扩散片的长度大于等于2毫米且小于等于4毫米，红外光扩散片的宽度大于等于3毫米且小于等于6毫米。这样设置使得红外光扩散片可以适应于小型的光学模组中，优选地适用于TOF模组。

需要说明的是，在本实施例中，红外光扩散片是四边形的，红外光扩散片的长度，使得红外光扩散片的最长的侧边的长度，而红外光扩散片的宽度是指红外光扩散片的短侧边的长度。

光学系统包括激光光源、上述的红外光扩散片和投射镜头，红外光扩散片位于激光光源的出射方向，以对激光光源发出的光进行扩散；投射镜头位于红外光扩散片的扩散光的出射方向，以形成图像。衬底10上与不连续电介质层相对的一侧的表面朝向激光光源设置，而具有不连续电介质层的一侧朝向透射镜头设置，以使从红外光扩散片射出的光更均匀。

显然，上述所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都应当属于本实用新型保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、工作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种红外光扩散片，其特征在于，包括：

衬底(10)；

不连续电介质层，所述不连续电介质层位于所述衬底(10)上；

其中，所述不连续电介质层包括多个微透镜(20)，所述微透镜(20)间隔设置，各所述微透镜(20)的高度小于所述微透镜(20)的长度，相邻两个所述微透镜(20)之间的距离小于所述微透镜(20)的长度。

2.根据权利要求1所述的红外光扩散片，其特征在于，至少所述微透镜(20)是电介质材料。

3.根据权利要求1所述的红外光扩散片，其特征在于，

所述红外光扩散片还包括减反射膜，所述减反射膜位于所述衬底(10)与所述不连续电介质层相对一侧的表面上；和/或

所述红外光扩散片还包括滤波片，所述滤波片位于所述衬底(10)与所述不连续电介质层相对一侧的表面上。

4.根据权利要求1所述的红外光扩散片，其特征在于，所述衬底(10)和所述不连续电介质层的材料的阿贝数大于40。

5.根据权利要求1所述的红外光扩散片，其特征在于，

所述衬底(10)的材料对波长在850nm至1010nm范围内的光的折射率大于1.5且小于1.751；

所述不连续电介质层的材料对波长在850nm至1010nm范围内的光的折射率大于1.4且小于1.6。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的红外光扩散片，其特征在于，多个所述微透镜(20)形成周期性阵列，且各所述微透镜(20)等间隔设置。

7.根据权利要求6所述的红外光扩散片，其特征在于，相邻两个所述微透镜(20)之间的距离大于等于1微米且小于等于20微米。

8.根据权利要求1至5中任一项所述的红外光扩散片，其特征在于，

所述微透镜(20)的高度大于等于1微米且小于等于50微米；

所述微透镜(20)的长度大于等于5微米且小于等于200微米。

9.根据权利要求1至5中任一项所述的红外光扩散片，其特征在于，

所述衬底(10)的厚度大于等于0.1毫米且小于等于0.6毫米；和/或

所述红外光扩散片的长度大于等于2毫米且小于等于4毫米，所述红外光扩散片的宽度大于等于3毫米且小于等于6毫米。

10.一种光学系统，其特征在于，包括：

激光光源；

权利要求1至9中任一项所述的红外光扩散片，所述红外光扩散片位于所述激光光源的出射方向，以对所述激光光源发出的光进行扩散；

投射镜头，所述投射镜头位于所述红外光扩散片的扩散光的出射方向，以形成图像。

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