CN212433441U - 光学元件、发光模组、摄像头及电子设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种光学元件、发光模组、摄像头及电子设备。该光学元件包括：依次层叠的第一光学层和第二光学层；其中，所述第一光学层用于与所述第二光学层相接触的区域形成有准直微结构，所述第二光学层远离所述第一光学层的一侧形成有衍射微结构。在本实用新型中，通过第一光线整形单元的设置，使得光学元件具备准直镜的功能，故组装发光模组时无需额外再设置准直镜，这样可以减少发光模组中相关的器件数量，可以降低发光模组的组装难度，进而提高摄像头的组装效率。同时，本实用新型的这种设计方式还有利于摄像头的薄型化设计。
Description
技术领域
本实用新型涉及3D成像技术领域，特别是涉及一种光学元件、发光模组、摄像头及电子设备。
背景技术
目前3D成像技术应用的越来越广泛，其中，用于实现3D成像的摄像头通常包括发光模组和接收模组，其中，发光模组用于向目标物体投射结构光，接收模组用于接收从目标物体反射回来的光线，以进行成像。目前，发光模组主要包括光源、DOE以及设置在光源和DPE之间的准直镜，这种设计方式导致发光模组在组装时需要较多的工序，降低了摄像头的组装效率。
实用新型内容
基于此，有必要针对现有摄像头组装效率低的问题，提供一种光学元件、发光模组、摄像头及电子设备。
一种光学元件，包括：依次层叠的第一光学层和第二光学层；其中，所述第一光学层用于与所述第二光学层相接触的区域形成有准直微结构，所述第二光学层远离所述第一光学层的一侧形成有衍射微结构。
在本实用新型中，通过第一光学层的设置，使得光学元件具备准直镜的功能，故组装发光模组时无需额外再设置准直镜，这样可以减少发光模组中相关的器件数量，可以降低发光模组的组装难度，进而提高摄像头的组装效率。同时，本实用新型的这种设计方式还有利于摄像头的薄型化设计。
进一步的，所述准直微结构为所述第一光学层上的凸起结构，所述第一光学层的折射率大于所述第二光学层的折射率；或者，所述准直微结构为所述第一光学层上的内凹结构，所述第一光学层的折射率小于所述第二光学层的折射率。这样设置可以使第一光学层的准直效果更好。
进一步的，所述第一光学层的折射率与所述第二光学层的折射率的差值的绝对值在0.08-0.6之间，以便进一步提高第一光学层的准直效果。
进一步的，所述准直微结构为微透镜，所述第二光学层覆盖所述微透镜的出光面。
进一步的，所述微透镜为曲面微透镜，以便使微透镜的生产设计更简单，包括底面以及与所述底面相接的曲面，其中，所述底面为所述曲面微透镜的入光面，所述曲面为所述曲面微透镜的出光面；及/或所述第一光学层还具有基层，所述微透镜设置在所述基层上，并位于所述基层和所述第二光学层之间，所述第二光学层成型在所述基层用于与所述微透镜相接的表面上。通过基层的设置可以使微透镜与第二光学层之间的连接更牢固。
进一步的，所述曲面为球面，所述曲面微透镜为球面微透镜；及/或所述底面为平面。
进一步的，所述球面的曲率半径为10um-80um；及/或所述球面相对所述底面的最大高度小于所述球面的曲率半径；及/或所述球面相对所述底面的最大高度大于1.34um，这样不仅方便球面微透镜的生产制备，还可以避免球面微透镜衍射效应太明显；及/或所述球面微透镜的个数为多个，多个所述球面微透镜在所述基层上阵列排布，以提高准直效果。
进一步的，所述球面微透镜的排布方向上，相邻两个球面微透镜之间的间距为0，这样可以球面微透镜在基层上的覆盖面积，提高准直效果。
进一步的，所述光学元件还包括基板，所述第一光学层成型在所述基板上，所述第二光学层成型在所述第一光学层远离所述基板的表面上；及/或所述第二光学层包括基底和衍射微结构，其中，所述基底设置在所述第一光学层上，所述衍射微结构设置在所述基底远离所述第一光学层的表面上，用于将经过所述第一光学层准直的光线整形为结构光；及/或所述第一光学层的厚度大于50um，这样可以减小第一光学层的衍射效应；及/或所述第一光学层由第一光学胶固化形成，这样可以使第一光学层的生产制备更方便；及/或所述第二光学层由设置在所述第一光学层上的第二光学胶固化形成，这样可以使第二光学层的生产制备更方便。
一种发光模组，包括：光源；光学元件，所述光学元件如上任意一项所述；所述光学元件与所述光源相对，且所述第二光学层位于所述第一光学层远离所述光源的一侧，以便将所述光源发出的光线整形为结构光。这样可以减少发光模组中相关的器件数量，可以降低发光模组的组装难度，进而提高摄像头的组装效率。同时，本实用新型的这种设计方式还有利于摄像头的薄型化设计。
一种摄像头，包括：发光模组，用于向目标物体投射结构光，所述发光模组如上所述；接收模组，用于接收从所述目标物体反射回来的光线，以进行成像。这样可以提高摄像头的组装效率，并有利于摄像头的薄型化设计。
一种电子设备，包括如上所述的摄像头。
附图说明
图1为本实用新型提供的摄像头工作的模块示意图；
图2为本实用新型第一实施例提供的发光模组的剖面示意图；
图3为本实用新型第一实施例提供的球面微透镜剖面示意图；
图4为本实用新型第一实施例提供的第一光学层的俯视图；
图5为本实用新型第二实施例提供的发光模组的剖面示意图；
图6为本实用新型第三实施例提供的发光模组的剖面示意图。
具体实施方式
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施的限制。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。
如图1所示，在本实施例中，摄像头包括发光模组100和接收模组200，其中，发光模组100用于向目标物体投射结构光，接收模组200用于接收从目标物体反射回来的光线进行成像。
如图1所示，在本实施例中，发光模组100包括光源10和光学元件20，其中，光学元件20与光源10相对，光源10发出的光线经过光学元件20整形成结构光后投射至目标物体。在本实施例中，光源10可以是VCSEL、LED等
如图2所示，在本实施例中，光学元件20包括基板1、第一光学层2以及第二光学层3，其中，基板1、第一光学层2以及第二光学层3依次叠置。
基板1可以是玻璃板、树脂板等透明基板1，第一光学层2成型在基板1上，第一光学层2用于与第二光学层3相接触的区域形成有准直微结构2a，准直微结构用于对穿出基板1的光线进行整形，使之转换为准直光。第二光学层3成型在第一光学层2上，用于对从第一光学层2射出的准直光进行整形，使之转换成结构光。发光模组100组装以后，基板1与光源10相对，第一光学层2和第二光学层3位于基板1远离光源10的一侧，这样通过光学元件20便可以将光源10发出的光线整形成结构光。
在本实施例中，通过第一光学层2的设置，使得光学元件20具备准直镜的功能，故组装发光模组100时无需额外再设置准直镜，这样可以减少发光模组 100中相关的器件数量，可以降低发光模组100的组装难度，进而提高摄像头组装效率。同时，这种设计方式还有利于发光模组100的薄型化设计。
如图2所示，在本实施例中，第一光学层2包括基层21以及设置在基层21 上的微透镜22，其中，基层21设置在基板1上，微透镜22位于基层21远离基板1的表面，用于对光线进行准直,即微透镜22便为上述的准直微结构2a。在本实施例中，第一光学层2的厚度L大于50um，这样可以减小第一光学层2的衍射效应。其中，第一光学层2的厚度是指在由基层21至微透镜22的方向上行第一光学层2的最大尺寸。
在本实施例中，基层21和微透镜22一体成型，生产时可以是先在基板1 上设置第一光学胶水，然后通过第一模具对一光学胶水进行压印。其中，第一模具上设有与基层21和微透镜22对应的腔室，当第一模具对第一光学胶水进行压印时，第一光学胶水便会填充这些腔室，第一光学胶水固化后便可以得到基层21和微透镜22。
如图2和图3所示，在本实施例中，微透镜22为球面微透镜22a，这样可以使微透镜22的生产设计更简单。在本实施例中，球面微透镜22a包括底面221 以及与底面221相接的球面222，其中，底面221为微透镜22的入光面，并与基层21相接，球面222为微透镜22的出光面。在本实施例中，球面微透镜22a 为一球冠结构，底面221为平面。同时，在本实施例中，基层21为平板状结构，底面221与基层21重叠，第二光学层3成型在基层21用于与微透镜22相接的表面上，并覆盖球面222。
如图3所示，在本实施例中，球面222的曲率半径R设置在10um-50um之间，同时球面222相对底面221的最大高度H大于1.34um，使得底面221的直径r大于100um，这样不仅方便球面微透镜22a的生产制备，还可以避免球面微透镜22a衍射效应太明显。另外，在本实施例中，球面222相对底面221的最大高度小于球面222的曲率半径，这样可以提高球面微透镜22a对光线的准直效果。
如图4所示，在本实施例中，球面微透镜22a的个数为多个，这些球面微透镜22a阵列排布在基层21上。同时，在球面微透镜22a的排布方向上，相邻两个球面微透镜22a之间的间距为0。比如，在本实施例中，这些球面微透镜 22a矩阵排布，此时球面微透镜22a沿着X方向和Y方向排布，其中X方向和Y 方向垂直，在这两个方向上相邻的两个球面微透镜22a的轴线之间的间距等于底面221的直径。可以理解的，在其他实施例中，球面222也可以是采用其他曲面替换，此时微透镜22为相应的曲面微透镜。
如图2所示，在本实施例中，第二光学层3包括基底31和衍射微结构32，基底31设置在基层21远离基板1的表面上，并覆盖微透镜22，衍射微结构32 设置在基底31远离基层21的表面上，用于对经微透镜22准直后的光线进行整形，以使其转换为结构光。
在本实施例中，第二光学层3由设置在第一光学层2上的第二光学胶水固化后形成。生产时，在基层21远离基板1的表面上设置第二光学胶水，第二光学胶水可以填充各微透镜22之间的间隙，然后再利用第二模具对第二光学胶水进行压印，其中第二模具具有与基底31和衍射微结构32对应的腔室，当第二模具对第二光学胶水进行压印时，第二光学胶水便会填充这些腔室，第二光学胶水固化后便可以得到基底31和衍射微结构32。
在本实施例中，第一光学层2的折射率大于第二光学层3的折射率，这样光线从第一光学层2射入第二光学层3时，光线的折射角会小于入射角，从而使光线的准直效果更好。另外，在本实施例中，二者的折射率的差值大于0.08，以便进一步提高光线的准直效果。此时，第一光学胶水的材质可以是环氧树脂、聚氨酯等，第二光学层3的材质可以是聚乙烯亚胺、聚丙烯酸等。
在上述各实施例中，基板1主要在起承载作用，在一些实施例中，当第一光学层2和第二光学层3制备完成后，也可以通过蚀刻等方式去掉基板1，这样可以降低光学元件20的厚度，有利于发光模组100的薄型化设计。
另外，如图5所示，在一些实施例中，第一光学层2中也可以是不设置基层21，比如，可以先单独生产球面微透镜22a，并将球面微透镜22a排布在基板1上，然后向基板1上设置第二光学胶水，其中第二光学胶水覆盖球面微透镜22a的球面222，然后利用第二模具压印第二光学胶水，并使之固化以得到完整的光学元件20。当然，在后续步骤中，也可以去除基板1。此外，在一些实施例中，微透镜22也可以是非球面222的微透镜22。
在上述各实施了中，微透镜22为凸起结构，即准直微结构2a为第一光学层2上的凸起结构，故此时将第一光学层2的折射率设置的比第二光学层3的折射率大。当然，如图6所示，在一些实施例中，准直微结构2a为第一光学层 2上的内凹结构，此时将第一光学层2的折射率设置的比第二光学层3的折射率小，这样可以实现对光线进行准直，另外，此时二者的折射率的差值也可以是大于0.08。
本实用新型还提供了一种电子设备，该电子设备使用了上述任一实施例所述的摄像头，其中，该电子设备可以是手机、平板电脑等终端产品。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (12)
1.一种光学元件，其特征在于，包括：依次层叠的第一光学层和第二光学层；其中，所述第一光学层用于与所述第二光学层相接触的区域形成有准直微结构，所述第二光学层远离所述第一光学层的一侧形成有衍射微结构。
2.根据权利要求1所述的光学元件，其特征在于，所述准直微结构为所述第一光学层上的凸起结构，所述第一光学层的折射率大于所述第二光学层的折射率；或者，所述准直微结构为所述第一光学层上的内凹结构，所述第一光学层的折射率小于所述第二光学层的折射率。
3.根据权利要求2所述的光学元件，其特征在于，所述第一光学层的折射率与所述第二光学层的折射率的差值的绝对值在0.08-0.6之间。
4.根据权利要求1所述的光学元件，其特征在于，所述准直微结构为微透镜，所述第二光学层覆盖所述微透镜的出光面。
5.根据权利要求4所述的光学元件，其特征在于，所述微透镜为曲面微透镜，包括底面以及与所述底面相接的曲面，其中，所述底面为所述曲面微透镜的入光面，所述曲面为所述曲面微透镜的出光面；及/或
所述第一光学层还具有基层，所述微透镜设置在所述基层上，并位于所述基层和所述第二光学层之间，所述第二光学层覆盖所述基层用于与所述微透镜相接的表面。
6.根据权利要求5所述的光学元件，其特征在于，所述曲面为球面，所述曲面微透镜为球面微透镜；及/或所述底面为平面。
7.根据权利要求6所述的光学元件，其特征在于，所述球面的曲率半径为10um-80um；及/或
所述球面相对所述底面的最大高度小于所述球面的曲率半径；及/或
所述球面相对所述底面的最大高度大于1.34um；及/或
所述球面微透镜的个数为多个，多个所述球面微透镜在所述基层上阵列排布。
8.根据权利要求6所述的光学元件，其特征在于，所述球面微透镜的排布方向上，相邻两个球面微透镜之间的间距为0。
9.根据权利要求1所述的光学元件，其特征在于，所述光学元件还包括基板，所述第一光学层成型在所述基板上，所述第二光学层成型在所述第一光学层远离所述基板的表面上；及/或
所述第二光学层包括基底和衍射微结构，其中，所述基底设置在所述第一光学层上，所述衍射微结构设置在所述基底远离所述第一光学层的表面上，用于将经过所述第一光学层准直的光线整形为结构光；及/或
所述第一光学层的厚度大于50um；及/或
所述第一光学层由第一光学胶固化形成；及/或
所述第二光学层由设置在所述第一光学层上的第二光学胶固化形成。
10.一种发光模组，其特征在于，包括：
光源；
光学元件，所述光学元件如权利要求1-9任意一项所述；所述光学元件与所述光源相对，且所述第二光学层位于所述第一光学层远离所述光源的一侧，以便将所述光源发出的光线整形为结构光。
11.一种摄像头，其特征在于，包括：
发光模组，用于向目标物体投射结构光，所述发光模组如权利要求10所述；
接收模组，用于接收从所述目标物体反射回来的光线，以进行成像。
12.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求11所述的摄像头。
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| CN202020751482.5U CN212433441U (zh) | 2020-05-08 | 2020-05-08 | 光学元件、发光模组、摄像头及电子设备 |
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|---|---|---|---|---|
| CN114639326A (zh) * | 2022-05-20 | 2022-06-17 | 苏州苏大维格科技集团股份有限公司 | 一种呈现立体浮雕图像的精密微结构及其制备方法与应用 |
| WO2022183804A1 (zh) * | 2021-03-04 | 2022-09-09 | 浙江水晶光电科技股份有限公司 | 一种光学元件及光学模组 |
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- 2020-05-08 CN CN202020751482.5U patent/CN212433441U/zh not_active Expired - Fee Related
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| CN114639326B (zh) * | 2022-05-20 | 2022-09-13 | 苏州苏大维格科技集团股份有限公司 | 一种呈现立体浮雕图像的精密微结构及其制备方法与应用 |
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