CN211577464U - 具有r角的光扩散器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种具有R角的光扩散器。具有R角的光扩散器包括：主体部；微透镜阵列，微透镜阵列设置在主体部的同一侧表面上，微透镜阵列具有多个微透镜，微透镜具有大径端和小径端，且大径端具有第一R角。本实用新型解决了现有技术中光扩散器存在光学效果不稳定的问题。

Description

具有R角的光扩散器

技术领域

本实用新型涉及人工智能三维成像设备技术领域，具体而言，涉及一种具有R角的光扩散器。

背景技术

目前行业内实现3D成像的方式主要有双目、结构光和TOF(飞行时间法3D成像)，其中双目精度较低，结构光结构复杂成本高，而TOF有足够的精度且成本稍低，已有流行推广的趋势。TOF包含一个发射端和一个接收端。发射端主要由一个vcsel(垂直腔面发射激光器)光源和一个光扩散器(diffuser)组成。

目前光扩散器主要有4种形态：规则而且凹的微透镜阵列、规则而且凸的微透镜阵列、随机而且凹的微透镜阵列和随机而且凸的微透镜阵列，这4种情况下，微透镜之间都是尖角过渡的。而在压印工艺中，尖角处容易形成残胶，导致子版使用效率和良率低下；在用机械加工母版时，尖角会导致刀具多切或者少切，影响加工精度，致使产品性能不达标；且尖角容易变成圆角，使光学效果发生变化，造成失效。

也就是说，现有技术中光扩散器存在光学效果不稳定的问题。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种具有R角的光扩散器，以解决现有技术中光扩散器存在光学效果不稳定的问题。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种具有R角的光扩散器，包括：主体部；微透镜阵列，微透镜阵列设置在主体部的同一侧表面上，微透镜阵列具有多个微透镜，微透镜具有大径端和小径端，且大径端具有第一R角。

进一步地，相邻两个微透镜形成的边界具有第二R角。

进一步地，至少三个相邻的微透镜的交界处形成汇聚点，汇聚点的汇聚端为球形。

进一步地，汇聚点包括汇聚端和临界端，汇聚端与临界端连接，临界端与微透镜之间的边界具有第三R角。

进一步地，微透镜的尺寸大于等于10um且小于等于50um。

进一步地，第一R角的尺寸与微透镜的尺寸的比值大于等于0.1且小于等于0.2。

进一步地，所有汇聚点在主体部上的投影的面积之和与微透镜阵列在主体部上的投影面积之比小于0.1。

进一步地，微透镜除微透镜的边缘外的区域是自由曲面。

进一步地，自由曲面包括双凹自由曲面、双凸自由曲面和马鞍面中的一种。

进一步地，微透镜阵列上的微透镜全凹或者全凸。

应用本实用新型的技术方案，具有R角的光扩散器包括主体部和微透镜阵列，微透镜阵列设置在主体部的同一侧表面上，微透镜阵列具有多个微透镜，微透镜具有大径端和小径端，且大径端具有第一R角。

通过在光扩散器上设置多个微透镜，使得光在光扩散器上发生不同方向的折射、反射与散射，从而改变光的行进路程，实现入射光充分散色以实现光扩散的效果。而在微透镜的大径端设置有第一R角，使得相邻两个微透镜之间可以光滑过渡，可以减少光扩散器的形变，使得光扩散器的光学效果更稳定。

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光扩散器整体结构示意图；以及

图2示出了图1中光扩散器中的双凹自由曲面且规则排列的微透镜阵列的结构示意图；

图3示出了图1中光扩散器中的双凸自由曲面且规则排列的微透镜阵列的结构示意图；

图4示出了图1中光扩散器的双凹自由曲面且随机排列的微透镜阵列的结构示意图；

图5示出了图1中光扩散器的双凸自由曲面且随机排列的微透镜阵列的结构示意图；

图6示出了图1中光扩散器产生的光斑图；

图7示出了图1中光扩散器的配光图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、主体部；20、微透镜；30、汇聚点。

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光扩散器存在光学效果不稳定的问题，本实用新型提供了一种具有R角的光扩散器。

如图1至图7所示，具有R角的光扩散器包括主体部10和微透镜阵列，微透镜阵列设置在主体部10的同一侧表面上，微透镜阵列具有多个微透镜20，微透镜20具有大径端和小径端，且大径端具有第一R角。

通过在光扩散器上设置多个微透镜20，使得光在光扩散器上发生不同方向的折射、反射与散射，从而改变光的行进路程，实现入射光充分散色以实现光扩散的效果。而在微透镜20的大径端设置有第一R角，使得相邻两个微透镜20之间可以光滑过渡，可以减少光扩散器的形变，使得光扩散器的光学效果更稳定。

具体的，相邻两个微透镜20形成的边界具有第二R角。在两个微透镜20形成的边界处形成第二R角使得相邻的两个微透镜20之间光滑过渡，进而减少光扩散器在制作的过程中对微透镜20的影响，可以保证光扩散器的使用效果。

在本实施例中，至少三个相邻的微透镜20的交界处形成汇聚点30，汇聚点30的汇聚端为球形。由于将多个相邻的微透镜20的汇聚点30的汇聚端设置为球面可以减少汇聚点30的变形，以保证光扩散器的光学效果的稳定性。

在本实施例中，汇聚点30包括汇聚端和临界端，汇聚端与临界端连接，临界端与微透镜20之间的边界具有第三R角。这样设置使得汇聚点30与微透镜20之间是光滑过渡的，在光扩散器使用的过程中，不易产生形变，以使得光扩散器产生的光学效果更稳定。

需要说明的是，光扩散器是采用压印工艺制作的，而在制作光扩散器的过程中是需要子版与母版的配合形成光扩散器。而在将汇聚点30设置为球面便于光扩散器的脱模，减少在子版上形成残胶，以保证子版的使用效率以及生产光扩散器的良率。

需要强调的是，在模具的制作过程中，模具中形成汇聚点30的位置容易导致多切或少切，进而影响模具的加工精度。而将汇聚点30处设置为圆弧形，便于模具的制作，减少汇聚点30处出现多切或者少切的现象，可以有效保证光扩散器的制作精度，增加光扩散器的成品率。在使用模具制作具有R角的光扩散器时，能够有效减少模具处存在残胶，能大大增加模具的使用寿命，减少制作成本。

在本实施例中，微透镜20的尺寸大于等于10um且小于等于50um。这样设置可以保证微透镜20的密度，以使得光扩散器在不同的方向上发生折射、反射与散射，从而改变光的行进路程，以实现光扩散的效果。需要说明的是，微透镜20的尺寸是指微透镜20的直径。

可选的，微透镜20的尺寸是30um。

具体的，第一R角的尺寸与微透镜20的比值大于等于0.1且小于等于0.2。这样设置可以保证第一R角占据的尺寸不会过大，进而使得微透镜20能够起到良好的光扩散的作用。

优选地，第一R角为3um。

在本实施例中，所有汇聚点30在主体部10上的投影的面积之和与微透镜阵列在主体部10上的投影面积之比小于0.1。这样设置可以保证微透镜20之间的紧凑性，避免汇聚点30占据的面积太大而导致光扩散器扩散不均匀的现象，以使得光扩散器稳定的工作。

在本实施例中，微透镜20除微透镜20的边缘外的区域是自由曲面。自由曲面形成的光学效果稳定，以使光扩散器能够形成稳定的光学效果。

可选地，自由曲面包括双凹自由曲面、双凸自由曲面和马鞍面中的一种。

在本实施例中，自由曲面满足公式(1)

其中，

当系数Cj都为正时，自由曲面为双凸自由曲面，微透镜20为双凸微透镜；

当系数Cj都为负时，自由曲面为双凹自由曲面，微透镜20为双凹微透镜；

当Cjx和Cjy项系数为正负或负正时，自由曲面为马鞍面，微透镜20为马鞍微透镜。

在本实施例，微透镜阵列上的微透镜20全凹或者全凸。这样设置便于光扩散器的制作。

需要说明的是，在本实施例中，微透镜20可以是规则排列的，也可以是随机排列的。在图2所示的具体实施例中，光扩散器为双凹自由曲面且规则排列的微透镜阵列。在图3所示的具体实施例中，光扩散器为双凸自由曲面且规则排列的微透镜阵列。在图4所示的具体实施例中，光扩散器为双凹自由曲面且随机排列的微透镜阵列。在图5所示的具体实施例中，光扩散器为双凸自由曲面且随机排列的微透镜阵列。

在图1所示的实施例中可以看出，本申请中的光扩散器能够将光线均匀扩散。

在图6所示的具体实施例中，图中的矩形框是有效成像区域，从图6中可以看出，光扩散器在有效成像区域内中心暗四周亮，则说明中心的光照度低于四周的光照度，以表示光扩散器能够将光线均匀扩散，而不会将光线积聚在中心区域。

在图7所示的具体实施例中，极坐标表示各方向的发光强度，两条曲线由两个相互垂直的测光平面测得。从图7中可以看出，光经过光扩散器折射后中心的光照度较低，四周的光照度较高，能够达到良好的光线折射效果，进而保证光扩散的效果。

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)

1.一种具有R角的光扩散器，其特征在于，包括：

主体部(10)；

微透镜阵列，所述微透镜阵列设置在所述主体部(10)的同一侧表面上，所述微透镜阵列具有多个微透镜(20)，所述微透镜(20)具有大径端和小径端，且所述大径端具有第一R角。

2.根据权利要求1所述的具有R角的光扩散器，其特征在于，相邻两个所述微透镜(20)形成的边界具有第二R角。

3.根据权利要求1所述的具有R角的光扩散器，其特征在于，至少三个相邻的所述微透镜(20)的交界处形成汇聚点(30)，所述汇聚点(30)的汇聚端为球形。

4.根据权利要求3所述的具有R角的光扩散器，其特征在于，所述汇聚点(30)包括所述汇聚端和临界端，所述汇聚端与所述临界端连接，所述临界端与所述微透镜(20)之间的边界具有第三R角。

5.根据权利要求3所述的具有R角的光扩散器，其特征在于，所述微透镜(20)的尺寸大于等于10um且小于等于50um。

6.根据权利要求5所述的具有R角的光扩散器，其特征在于，所述第一R角的尺寸与所述微透镜(20)的尺寸的比值大于等于0.1且小于等于0.2。

7.根据权利要求3所述的具有R角的光扩散器，其特征在于，所有所述汇聚点(30)在所述主体部(10)上的投影的面积之和与所述微透镜阵列在所述主体部(10)上的投影面积之比小于0.1。

8.根据权利要求3所述的具有R角的光扩散器，其特征在于，所述微透镜(20)除所述微透镜(20)的边缘外的区域是自由曲面。

9.根据权利要求8所述的具有R角的光扩散器，其特征在于，所述自由曲面包括双凹自由曲面、双凸自由曲面和马鞍面中的一种。

10.根据权利要求1至7中任一项所述的具有R角的光扩散器，其特征在于，所述微透镜阵列上的所述微透镜(20)全凹或者全凸。

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