CN211575019U - 匀光片和用于tof模组的光源 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种匀光片和用于TOF模组的光源。匀光片包括：基底；UV胶层，UV胶层设置在基底的一侧表面上，UV胶层具有微透镜层，微透镜层包括基础微透镜组，基础微透镜组具有多个微透镜，以基础微透镜组的一个侧边进行翻折对称形成一次翻折微透镜组，将一次翻折微透镜组和基础微透镜组拼接后形成一次拼接微透镜组，以一次拼接微透镜组的一个侧边进行翻折对称形成二次翻折微透镜组，将二次翻折微透镜组与一次拼接微透镜组拼接后形成二次拼接微透镜组，将一次拼接微透镜组或二次拼接微透镜组做周期排布以形成微透镜层。本实用新型解决了现有技术中匀光片存在匀光效果差的问题。

Description

匀光片和用于TOF模组的光源

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，涉及一种匀光片和用于TOF模组的光源。

背景技术

随着手机设备的快速发展，TOF镜头模组在当前的人脸识别和三维探测技术中有着越来越广泛的应用，而在通常的匀光片出射光场中会存在明暗相间的条纹，导致获取的三维信息不准确。

也就是说，现有技术匀光片存在匀光效果差的问题。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种匀光片和用于TOF模组的光源，以解决现有技术中匀光片存在匀光效果差的问题。

为了实现上述目的，根据本实用新型的一个方面，提供了一种匀光片，包括：基底；UV胶层，UV胶层设置在基底的一侧表面上，UV胶层具有微透镜层，微透镜层包括基础微透镜组，基础微透镜组具有多个微透镜，以基础微透镜组的一个侧边进行翻折对称形成一次翻折微透镜组，将一次翻折微透镜组和基础微透镜组拼接后形成一次拼接微透镜组，以一次拼接微透镜组的一个侧边进行翻折对称形成二次翻折微透镜组，将二次翻折微透镜组与一次拼接微透镜组拼接后形成二次拼接微透镜组，将一次拼接微透镜组或二次拼接微透镜组做周期排布以形成微透镜层。

进一步地，翻折对称包括左右翻折对称、上下翻折对称中的至少一种。

进一步地，微透镜层上的所有微透镜的中心点成周期排布；或者微透镜层上的所有微透镜的中心点成伪周期排布；或者微透镜层上的所有微透镜的中心点成类周期排布；或者微透镜层上的所有微透镜的中心点随机排布。

进一步地，微透镜包括开口，开口为圆形、多段弧线形围成的图形、多边形、多段弧线和多段直线共同围成的图形中的至少一种。

进一步地，微透镜除开口以外的区域为连续的曲面，连续的曲面为球面、非球面、自由曲面中的至少一种。

进一步地，连续的曲面的曲率半径大于等于0.1微米且小于等于100微米。

进一步地，相邻两个微透镜的连接处的各点与基底的距离相同。

进一步地，匀光片的厚度小于0.6毫米；微透镜层的厚度大于等于0.01毫米且小于等于0.1毫米；任意相邻两个微透镜的中心的间距大于等于1微米且小于等于100微米。

根据本实用新型的另一方面，提供了一种用于TOF模组的光源，包括：上述的匀光片；VCSEL光源芯片，VCSEL光源芯片位于匀光片的一侧，且VCSEL光源芯片与匀光片之间间隔设置形成空气层；固定基板，VCSEL光源芯片固定在固定基板上。

进一步地，空气层的厚度小于等于0.4毫米；和/或匀光片的微透镜层朝向VCSEL光源芯片设置。

应用本实用新型的技术方案，匀光片包括基底和UV胶层，UV胶层设置在基底的一侧表面上，UV胶层具有微透镜层，微透镜层包括基础微透镜组，基础微透镜组具有多个微透镜，以基础微透镜组的一个侧边进行翻折对称形成一次翻折微透镜组，将一次翻折微透镜组和基础微透镜组拼接后形成一次拼接微透镜组，以一次拼接微透镜组的一个侧边进行翻折对称形成二次翻折微透镜组，将二次翻折微透镜组与一次拼接微透镜组拼接后形成二次拼接微透镜组，将一次拼接微透镜组或二次拼接微透镜组做周期排布以形成微透镜层。

微透镜层的设置使得光经过匀光片后出射的光的光强更加均匀。以基础微透镜组的一个侧边进行一次翻折对称后形成一次翻折微透镜组，将一次翻折微透镜组与基础微透镜组拼接在一起形成一次拼接微透镜组，一次拼接微透镜组具有对称性，一次翻折微透镜组与基础微透镜组在翻折、拼接后光强发生叠加，由于两者左右方向的明暗条纹恰好互补，使得光强叠加后出射光场左右方向的明暗条纹不明显或基本消失，进而使得经一次拼接微透镜组出射的光更均匀。以一次拼接微透镜组的一个侧边进行翻折对称后形成二次翻折微透镜组，将二次翻折微透镜组与一次拼接微透镜组拼接在一起形成二次拼接微透镜组，二次拼接微透镜组上下对称且左右对称，二次翻折微透镜组与一次拼接微透镜组光强发生叠加，由于两者上下方向的明暗条纹恰好互补，使得光强叠加后出射光场上下方向的明暗条纹基本消失或不明显，使得经二次拼接微透镜组出射的光更均匀。将一次拼接微透镜组或二次拼接微透镜组进行周期排布以形成微透镜层，进而使得微透镜层具有对称性和周期性，以使得经每个基础微透镜组出射光场的光强相互叠加，明暗互补，形成整体均匀无条纹的出射光场，增加了匀光效果。

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用于TOF模组的光源整体结构示意图；以及

图2示出了图1中匀光片的中的基础微透镜组的结构示意图；

图3示出了图1中匀光片上微透镜组的平面结构示意图；

图4示出了图1中匀光片上微透镜组的立体结构示意图；

图5示出了本实用新型的另一个可选实施例的匀光片上的基础微透镜组的结构示意图；

图6示出了图5中基础微透镜组的出射效果图；

图7示出了图5中基础微透镜左右翻折后的微透镜排布图；

图8示出了图7中匀光片的出射效果图；

图9示出了图5中基础微透镜组左右翻转后与微透镜组拼接在一起形成的一次拼接微透镜组的微透镜排布图；

图10示出了图9中匀光片的出射效果图；

图11示出了图9中的一次拼接微透镜组上下翻折后形成的二次翻折微透镜组的微透镜排布图；

图12示出了图11中匀光片的出射效果图；

图13示出了图11中的二次翻折微透镜组与一次拼接微透镜组拼接后形成的二次拼接微透镜组的微透镜排布图；

图14示出了图13中匀光片的出射效果图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、匀光片；11、基底；12、UV胶层；13、基础微透镜组；20、VCSEL光源芯片；30、固定基板；40、空气层。

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。

为了解决了现有技术中匀光片存在匀光效果差的问题，本实用新型提供了一种匀光片和用于TOF模组的光源。

如图1至图14所示，匀光片包括基底11和UV胶层12，UV胶层12设置在基底11的一侧表面上，UV胶层12具有微透镜层，微透镜层包括基础微透镜组13，基础微透镜组13具有多个微透镜，以基础微透镜组13的一个侧边进行翻折对称形成一次翻折微透镜组，将一次翻折微透镜组和基础微透镜组13拼接后形成一次拼接微透镜组，以一次拼接微透镜组的一个侧边进行翻折对称形成二次翻折微透镜组，将二次翻折微透镜组与一次拼接微透镜组拼接后形成二次拼接微透镜组，将一次拼接微透镜组或二次拼接微透镜组做周期排布以形成微透镜层。

微透镜层的设置使得光经过匀光片10后出射的光的光强更加均匀。以基础微透镜组13的一个侧边进行一次翻折对称后形成一次翻折微透镜组，将一次翻折微透镜组与基础微透镜组13拼接在一起形成一次拼接微透镜组，一次拼接微透镜组具有对称性，一次翻折微透镜组与基础微透镜组在翻折、拼接后光强发生叠加，由于两者左右方向的明暗条纹恰好互补，使得光强叠加后出射光场左右方向的明暗条纹不明显或基本消失，进而使得经一次拼接微透镜组出射的光更均匀。以一次拼接微透镜组的一个侧边进行翻折对称后形成二次翻折微透镜组，将二次翻折微透镜组与一次拼接微透镜组拼接在一起形成二次拼接微透镜组，二次拼接微透镜组上下对称且左右对称，二次翻折微透镜组与一次拼接微透镜组光强发生叠加，由于两者上下方向的明暗条纹恰好互补，使得光强叠加后出射光场上下方向的明暗条纹基本消失或不明显，使得经二次拼接微透镜组出射的光更均匀。将一次拼接微透镜组或二次拼接微透镜组进行周期排布以形成微透镜层，进而使得微透镜层具有对称性和周期性，以使得经每个基础微透镜组13出射光场的光强相互叠加，明暗互补，形成整体均匀无条纹的出射光场，增加了匀光效果。

需要说明的是，本申请中的基础微透镜组13是矩形，以基础微透镜组13的一个侧边进行翻折后形成一次翻折微透镜组。而对一次翻折微透镜组的一个侧边进行翻折后形成二次翻折微透镜组时，基础微透镜组13的一个侧边与一次翻折微透镜组的一个侧边垂直，以使得二次翻折微透镜组上下对称且左右对称，进而使得二次翻折微透镜组达到匀光的效果。也就是说，在进行一次翻折对称时和进行二次翻折对称时翻折的方向是不同的，且翻折的方向是垂直的，即第一次是左右翻折对称，第二次是上下翻折对称，或者第一次是上下翻折对称，第二次是左右翻折对称。

可选地，翻折对称包括左右翻折对称、上下翻折对称中的至少一种。此处的左右翻折对称和上下翻折对称是指两个垂直方向的不同方向的翻折。

可选地，微透镜层上的所有微透镜的中心点成周期排布。此处的微透镜的中心点成周期排布是指中心点成阵列排布。

可选地，微透镜层上的所有微透镜的中心点成伪周期排布。此处的中心点成伪周期排布是指中心点按照设定的规则进行排布。

可选地，微透镜层上的所有微透镜的中心点成类周期排布。此处的中心点成类周期排布是指中心点的排布像是具有周期性的，但实际没有周期性。

可选地，微透镜层上的所有微透镜的中心点随机排布。

在本实施例中，微透镜包括开口，开口为圆形、多段弧线形围成的图形、多边形、多段弧线和多段直线共同围成的图形中的至少一种。这样设置便于微透镜的形成。微透镜层的形成是在基底11上面覆盖胶水，用模具压制后进行固化，形成带有微透镜的UV胶层12，将微透镜的开口设置成圆形、多段弧线形围成的图形、多边形、多段弧线和多段直线共同围成的图形便于微透镜的制作。

可选地，微透镜除开口以外的区域为连续的曲面，连续的曲面为球面、非球面、自由曲面中的至少一种。不同的微透镜设计可以满足不同的匀光片的应用要求，球面设计R值不同可以调节矢高，并最终调整整体器件的厚度。非球面和自由曲面可以增加设计的自由度，满足不同成像及非成像领域的应用。

具体的，连续的曲面可以是凸面曲面、凹面曲面或波浪形曲面。

在本实施例中，连续的曲面的曲率半径大于等于0.1微米且小于等于100微米。合理限定微透镜的曲率半径，能够调整不同的焦距位置，使微透镜能够顺利在成像面上成像。

具体的，相邻两个微透镜的连接处的各点与基底11的距离相同。这样设置使得相邻不规则形状口径的微透镜紧密排列并且相邻微透镜连接处可实现连续无断面，以加强匀光效果。

在本实施例中，匀光片10的厚度小于0.6毫米；微透镜层的厚度大于等于0.01毫米且小于等于0.1毫米。通过限定微透镜层的厚度，使得匀光片10的厚度控制在合理的范围内，以实现匀光片10的小型化。

具体的，任意相邻两个所述微透镜的中心的间距大于等于1微米且小于等于100微米。合理控制微透镜之间的间距能够使得每个微透镜分别成像，出射光场光强相互叠加，微透镜的中心间距主要与位于匀光片10下方的感应芯片相互配合。

基底11为硬质玻璃或软性塑料材质。根据实际需求选择不同材料的基底，软性塑料材质可以有效控制生产过程中破裂，实现超薄基底的压印制作。而经过高温烘烤的硬质玻璃能够保证良好的压印效果，有效防止破裂。

匀光片10还包括保护胶层，保护胶层可以设置在UV胶层12上，也可以设置在基底11上，形成具有多层不同折射率的微透镜层。

从图6和图8中的出射光场效果图可以看出，基础微透镜组13与一次翻折微透镜组出射的光场中左右方向的明暗条纹具有互补性。而从图10中可以看出，基础微透镜组13与一次翻折微透镜组拼接后的出射光场效果图可以看出，左右方向的明暗条纹基本消失，仅有上下方向的条纹较明显。图12中的出射光场效果图与图10中的光场效果图的上下方向的明暗条纹具有互补性。图14中的光场整体均匀，明暗条纹基本消失。

如图1所示，用于TOF模组的光源包括上述的匀光片10、VCSEL光源芯片20和固定基板30，VCSEL光源芯片20位于匀光片10的一侧，且VCSEL光源芯片20与匀光片10之间间隔设置形成空气层40；VCSEL光源芯片20固定在固定基板30上。通过对各部分的合理排布，能够很好的实现匀光的功能。匀光片10的体积小、厚度薄，使得用于TOF模组的光源更加小巧，便于设置到便携式移动终端上。

由于本申请中的微透镜口径形状和面型随机分布，随机性可干扰干涉性，再通过翻折对称的各个区域的出射光场的光强的叠加，使得明暗条纹互补，使得匀光片10出射的光强更均匀。

在本实施例中，空气层40的厚度小于等于0.4毫米；和/或匀光片10的微透镜层朝向VCSEL光源芯片20设置。当具有微透镜结构的匀光片的表面无保护层且直接朝向VCSEL光源芯片20时，需要预留一定的间隙放置刮擦和压裂。同时匀光片10与VCSEL光源芯片20之间的间距直接影响用于TOF模组的光源的高度，控制空气层40的厚度可以有效控制用于TOF模组的光源的总高度。

本申请中的用于TOF模组的光源具有厚度薄、体积小的优点，能够在手机、平板电脑等小型化设备上应用，而超薄的尺寸使得用于TOF模组的光源的厚度控制在2mm范围内。

本申请中的微透镜层相对于传统周期微透镜阵列和微随机微透镜阵列，本申请中的微透镜层上的微透镜口径形状和面型满足随机分布，并通过各区域的出射光场的光强的叠加，使得明暗条纹互补能够很好的去除条纹现象，并保持光场均匀过渡。

本申请中的匀光片10通过随机形状排布的微透镜特征，将入射光分别进行折射并在目标光场处进行叠加，达到匀光的效果。

本申请中的微透镜的排布是通过将较少的随机微透镜排布翻折对称后拼接得到，该设计方法可以有效的减少设计工作量，既仅需设计部分微透镜排布，确认翻折拼接后能够明暗条纹互补即可得到完整设计图案。需要说明的是，基础微透镜组13内的微透镜是随机排布的。

微透镜的整体填充系数可达到99％，保证入射光束的利用率最大，达到最佳光场效果，随机且连续的微透镜确保了相邻微透镜的边界处高度一致，连接处无断面，降低了模板灰度掩模和产品纳米压印的加工难度，减少了模板处遗留残胶的风险，提升整体加工精度和效率。

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)

1.一种匀光片，其特征在于，包括：

基底(11)；

UV胶层(12)，所述UV胶层(12)设置在所述基底(11)的一侧表面上，所述UV胶层(12)具有微透镜层，所述微透镜层包括基础微透镜组(13)，所述基础微透镜组(13)具有多个微透镜，以所述基础微透镜组(13)的一个侧边进行翻折对称形成一次翻折微透镜组，将所述一次翻折微透镜组和所述基础微透镜组(13)拼接后形成一次拼接微透镜组，以所述一次拼接微透镜组的一个侧边进行翻折对称形成二次翻折微透镜组，将所述二次翻折微透镜组与所述一次拼接微透镜组拼接后形成二次拼接微透镜组，将所述一次拼接微透镜组或所述二次拼接微透镜组做周期排布以形成所述微透镜层。

2.根据权利要求1所述的匀光片，其特征在于，所述翻折对称包括左右翻折对称、上下翻折对称中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的匀光片，其特征在于，

所述微透镜层上的所有所述微透镜的中心点成周期排布；或者

所述微透镜层上的所有所述微透镜的中心点成伪周期排布；或者

所述微透镜层上的所有所述微透镜的中心点成类周期排布；或者

所述微透镜层上的所有所述微透镜的中心点随机排布。

4.根据权利要求1所述的匀光片，其特征在于，所述微透镜包括开口，所述开口为圆形、多段弧线形围成的图形、多边形、多段弧线和多段直线共同围成的图形中的至少一种。

5.根据权利要求4所述的匀光片，其特征在于，所述微透镜除所述开口以外的区域为连续的曲面，所述连续的曲面为球面、非球面、自由曲面中的至少一种。

6.根据权利要求5所述的匀光片，其特征在于，所述连续的曲面的曲率半径大于等于0.1微米且小于等于100微米。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的匀光片，其特征在于，相邻两个所述微透镜的连接处的各点与所述基底(11)的距离相同。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的匀光片，其特征在于，

所述匀光片(10)的厚度小于0.6毫米；

所述微透镜层的厚度大于等于0.01毫米且小于等于0.1毫米；

任意相邻两个所述微透镜的中心的间距大于等于1微米且小于等于100微米。

9.一种用于TOF模组的光源，其特征在于，包括：

权利要求1至8中任一项所述的匀光片(10)；

VCSEL光源芯片(20)，所述VCSEL光源芯片(20)位于所述匀光片(10)的一侧，且所述VCSEL光源芯片(20)与所述匀光片(10)之间间隔设置形成空气层(40)；

固定基板(30)，所述VCSEL光源芯片(20)固定在所述固定基板(30)上。

10.根据权利要求9所述的用于TOF模组的光源，其特征在于，

所述空气层(40)的厚度小于等于0.4毫米；和/或

所述匀光片(10)的微透镜层朝向所述VCSEL光源芯片(20)设置。

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