CN212647249U - 智能设备、微透镜阵列投影装置及其阵列基板 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种智能设备、微透镜阵列投影装置及其阵列基板。微透镜阵列基板包括：光学系统与图像层，光学系统包括沿光轴方向间隔且相对设置的第一微透镜阵列元件与第二微透镜阵列元件，第一微透镜阵列元件包括第一基体与第一透镜层，第一基体包括第一表面以及与第一表面相对设置的第二表面，图像层形成在第一表面，第一透镜层形成在第二表面，第二微透镜阵列元件包括第二基体、第二透镜层以及第三透镜层，第二基体包括第三表面以及与第三表面相对设置的第四表面，第三表面朝向第二表面，第二透镜层形成在第三表面，第三透镜层形成在第四表面；第一透镜层的外表面包括第一弧面，第二透镜层的外表面包括第二弧面。本申请的微透镜阵列基板体积较小。

Description

智能设备、微透镜阵列投影装置及其阵列基板

技术领域

本实用新型涉及光学成像技术领域，特别涉及一种智能设备、微透镜阵列投影装置及其阵列基板。

背景技术

如今，随着智能设备的发展，智能设备内部的元件越来越多，可以容纳投影装置的空间越来越小。然而，现有投影装置的体积较大，现有的体积较大的投影装置无法安装在智能设备内。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种智能设备、微透镜阵列投影装置及其阵列基板，以解决投影装置的体积较大的技术问题。

本实用新型提供一种微透镜阵列基板，包括：光学系统与图像层，所述光学系统包括沿光轴方向间隔且相对设置的第一微透镜阵列元件与第二微透镜阵列元件，所述第一微透镜阵列元件包括第一基体与第一透镜层，所述第一基体包括第一表面以及与所述第一表面相对设置的第二表面，所述图像层形成在所述第一表面，所述第一透镜层形成在所述第二表面，所述第二微透镜阵列元件包括第二基体、第二透镜层以及第三透镜层，所述第二基体包括第三表面以及与所述第三表面相对设置的第四表面，第三表面朝向所述第二表面，所述第二透镜层形成在所述第三表面，所述第三透镜层形成在所述第四表面；所述第一透镜层的外表面包括第一弧面，所述第二透镜层的外表面包括第二弧面，所述第三透镜层的外表面包括第三弧面，以使得外界的光线经过所述图像层后，依次经所述第一弧面、所述第二弧面以及所述第三弧面折射后，在成像面上成像。本申请通过第一微透镜阵列元件的第一弧面对光线的折射，以及通过第二微透镜阵列元件的第二弧面和第三弧面对光线的折射，使得光线更加倾斜，可以使得外界的光线朝向成像面的方向传播较小的距离即可在成像面上成像，使得微透镜阵列基板沿光轴方向的尺寸较小，微透镜阵列基板薄型化，成本较低。

其中，第一弧面的顶点到所述第二表面的距离在15um-1000um之间，所述第二弧面的顶点到所述第三表面之间的距离在15um-1000um之间，所述第三弧面的顶点到所述第四表面之间的距离在15um-1000um之间。本申请的第一弧面到第二表面的上述距离，第二弧面到第三表面之间的上述距离，第三弧面到第四表面之间的上述距离，可以使得光线更加倾斜，可以使得外界的光线朝向成像面的方向传播较小的距离即可在成像面上成像。

其中，所述光学系统的有效焦距在0.1mm～10mm之间。该焦距在保证良好的成像质量的基础上，合理压缩光学系统的有效焦距，有利于压缩微透镜阵列基板总长度。

其中，所述光学系统满足条件式：1≤TTL/ImgH≤8，其中，TTL为所述第一表面至所述成像面于光轴上的距离，ImgH为成像面有效像素区域对角线长的一半。当光学系统满足上述条件式时，可有效压缩该光学系统的总长度，有利于压缩微透镜阵列基板总长度。

其中，所述第一弧面为凸面，所述第二弧面为凸面，所述第三弧面为凸面；或者，所述第一弧面为凹面，所述第二弧面为凸面，所述第三弧面为凹面。第一弧面、第二弧面以及第三弧面的上述形状可以实现良好的成像品质，且压缩微透镜阵列基板总长度。

其中，所述第一透镜层包括多个依次连接的第一微透镜，每个所述第一微透镜包括一个所述第一弧面；所述第二透镜层包括多个依次连接的第二微透镜，每个所述第二微透镜包括一个所述第二弧面；所述第三透镜层包括多个依次连接的第三微透镜，每个所述第三微透镜包括一个所述第三弧面，多个所述第一微透镜、多个所述第二微透镜以及多个所述第三微透镜一一对应，相对应的一个所述第一微透镜、所述第二微透镜以及所述第三微透镜形成一个透镜单元；经多个所述透镜单元折射形成的图像在所述成像面上重合。本申请可以通过多个透镜单元对图像层的图像进行成像，可以将图像层多重成像，重叠投影到目标区，叠加后的投影图像可以实现高对比的照明效果。

其中，所述第二微透镜阵列元件为多个，多个所述第二微透镜阵列元件沿光轴方向依次设置，且多个所述第二微透镜阵列元件位于所述第一微透镜阵列元件的同一侧。多个的第二微透镜阵列元件可以使得光线折射的次数更多，光线更加倾斜，光线朝向成像面的方向传播更小的距离即可在成像面上成像，使得微透镜阵列基板沿光轴方向的尺寸更小，微透镜阵列基板薄型化。

其中，所述第一透镜层的材质包括紫外胶，第二透镜层的材料包括紫外胶，所述第三透镜层的材质包括紫外胶；所述第一透镜层通过纳米压印或者热回流工艺形成，所述第二透镜层通过纳米压印或者热回流工艺形成，所述第三透镜层通过纳米压印或者热回流工艺形成。紫外胶为热固胶材料，耐温性高，可靠度较佳，应用在车载环境较具优势。纳米压印或者热回流工艺简单，可以节约成本。

本实用新型提供一种微透镜阵列投影装置，包括光源、匀光镜组以及上述的微透镜阵列基板，所述匀光镜组设于所述光源与所述微透镜阵列基板之间。本申请由于微透镜阵列基板体积较小，薄型化，微透镜阵列投影装置的体积也较小，薄型化。

本实用新型提供一种智能设备，包括上述的微透镜阵列投影装置。本实用新型的微透镜阵列投影装置薄型化、体积较小，可以安装在内部体积较小的智能设备内。

其中，所述智能化设备包括智能车辆。本实用新型的微透镜阵列投影装置薄型化、体积较小，可以安装在内部体积较小的智能车辆内。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是传统的投影装置的结构示意图。

图2是本申请实施例提供的微透镜阵列投影装置的结构示意图。

图3是图2中的微透镜阵列基板的结构示意图。

图4是图2中的微透镜阵列基板的另一种结构示意图。

图5是图2中的光学系统的第一种结构示意图。

图6是图2中的光学系统的第二种结构示意图。

图7是图2中的光学系统的第三种结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在描述本实用新型的实施例之前，首先描述传统的投影装置。

请参阅图1，传统的投影装置包括依次间隔设置的光源10、匀光镜组20、菲林片30以及投影镜组40。光源10的光线依次经过匀光镜组20、菲林片30以及投影镜组40投影在成像面上。其中菲林片30为被投影成应用需求之照明图样。此投影装置由于投影镜组40的体积较大，且菲林片30与投影镜组40间隔设置，投影装置的设计总长大于1cm，甚至大于10cm，投影装置的结构体积较大。

为了解决上述问题，本实用新型提供一种微透镜阵列投影装置。

请参阅图2，微透镜阵列投影装置包括光源10、匀光镜组20以及的微透镜阵列基板100，匀光镜组20设于光源10与微透镜阵列基板100之间。光源10为LED光源10，用于发出光线。匀光镜组20用于将将LED光源10的光线收集整形，以提升光学效率。光源10的光线经匀光镜组20整形后，到达微透镜阵列基板100。本申请的微透镜阵列基板100体积较小，薄型化，微透镜阵列投影装置的体积也较小，薄型化。

如下将详细介绍微透镜阵列基板100。

请参阅图3-图4，微透镜阵列基板100包括：光学系统50与图像层60，光学系统50包括沿光轴方向间隔且相对设置的第一微透镜阵列元件501与第二微透镜阵列元件502，第一微透镜阵列元件501包括第一基体70与第一透镜层130，第一基体70包括第一表面701以及与第一表面701相对设置的第二表面702，图像层60形成在第一表面701，第一透镜层130形成在第二表面702，第二微透镜阵列元件502包括第二基体80、第二透镜层90以及第三透镜层110，第二基体80包括第三表面801以及与第三表面801相对设置的第四表面802，第三表面801朝向第二表面702，第二透镜层90形成在第三表面801，第三透镜层110形成在第四表面802；第一透镜层130的外表面包括第一弧面1301，第二透镜层90的外表面包括第二弧面901，第三透镜层110的外表面包括第三弧面1101，以使得外界的光线经过图像层60后，依次经第一弧面1301、第二弧面901以及第三弧面1101折射后，在成像面上成像。可以理解的是，光轴方向为光线穿过的方向，是从图像层60到成像面的方向。若第一微透镜阵列元件501为轴对称元件，第二微透镜阵列元件502为轴对称元件，第一微透镜阵列元件501的中心轴与第二微透镜阵列元件502的中心轴重合，光轴方向为第一微透镜阵列元件501的中心轴所在的方向，或第二微透镜阵列元件502的中心轴所在的方向。

本申请中，通过第一微透镜阵列元件501的第一弧面1301对光线的折射，以及通过第二微透镜阵列元件502的第二弧面901和第三弧面1101对光线的折射，使得光线更加倾斜，可以使得外界的光线朝向成像面的方向传播较小的距离即可在成像面上成像，使得微透镜阵列基板100沿光轴方向的尺寸较小，微透镜阵列基板100薄型化，成本较低。

在一个具体的实施例中，第一透镜层130包括多个依次连接的第一微透镜210，每个第一微透镜210包括一个第一弧面1301；第二透镜层90包括多个依次连接的第二微透镜220，每个第二微透镜220包括一个第二弧面901；第三透镜层110包括多个依次连接的第三微透镜230，每个第三微透镜230包括一个第三弧面1101，多个第一微透镜210、多个第二微透镜220以及多个第三微透镜230一一对应，相对应的一个第一微透镜210、第二微透镜220以及第三微透镜230形成一个透镜单元240；经多个透镜单元240折射形成的图像在成像面上重合。可以理解的是，光学系统50包括中间部分与边缘部分，边缘部分位于中间部分的两侧，位于光学系统中间部分的透镜单元240为主透镜单元2401，位于光学系统50边缘部分的透镜单元为辅助透镜单元2402，经主透镜单元2401折射后形成的图像为基准图像，经辅助透镜单元2402折射形成的图像为辅助图像，主透镜单元2401的折射率与辅助透镜单元2402的折射率不同，辅助透镜单元2402用于将辅助图像朝向基准图像折射，以使得辅助图像与基准图像重合。

从而，本申请可以通过多个透镜单元240对图像层60的图像进行成像，可以将图像层60多重成像，重叠投影到目标区，叠加后的投影图像可以实现高对比的照明效果。即本申请通过多个透镜单元240的多个第一弧面1301、多个第二弧面901以及多个第三弧面1101对图像层60的图像进行成像，可以将图像层60多重成像，重叠投影到目标区，叠加后的投影图像可以实现高对比的照明效果。可以理解的是，多个第一弧面1301的折射率不同，多个第二弧面901的折射率不同，多个第三弧面1101的折射率不同。

从而，本申请不仅可以实现良好投影成像品质，还可以使得微透镜阵列基板100薄型化。

本申请的微透镜阵列基板100可以代替传统的投影镜组40，且图像层60可以层叠在第一表面701上，这解决了由于传统的投影镜组40体积较大，且菲林片30与投影镜组40间隔设置，所导致的投影装置的体积较大的技术问题。

在一个具体的实施例中，第一弧面1301的顶点到第二表面702的距离H1在15um-1000um之间，第二弧面901的顶点到第三表面801之间的距离H2在15um-1000um之间，第三弧面1101的顶点到第四表面802之间的距离H3在15um-1000um之间。可以理解的是，第一弧面1301到第二表面702的最远距离在15um-1000um之间，第二弧面901到第三表面801的最远距离在15um-1000um之间，第三弧面1101到第四表面802的最远距离在15um-1000um。本申请的第一弧面1301到第二表面702的上述距离，第二弧面901到第三表面801之间的上述距离，第三弧面1101到第四表面802之间的上述距离，可以使得光线更加倾斜，可以使得外界的光线朝向成像面的方向传播较小的距离即可在成像面上成像。

在一个具体的实施例中，光学系统50的有效焦距在0.1mm～10mm之间。该焦距在保证良好的成像质量的基础上，合理压缩光学系统50的有效焦距，有利于压缩微透镜阵列基板100总长度。

在一个具体的实施例中，光学系统50满足条件式：1≤TTL/ImgH≤8，其中，TTL为第一表面701至成像面于光轴上的距离，ImgH为成像面有效像素区域对角线长的一半。当光学系统50满足上述条件式时，可有效压缩该光学系统50的总长度，有利于压缩微透镜阵列基板100总长度。

在一个具体的实施例中，微透镜阵列基板100沿光轴方向的尺寸<10mm。也就是说，当微透镜阵列基板100满足上文所描述的条件式时，本申请的微透镜阵列基板100沿光轴方向的尺寸<10mm。微透镜阵列基板100不仅可以满足小型化的要求，而且可以满足成像的要求。

在一个具体的实施例中，第二微透镜阵列元件502为多个，多个第二微透镜阵列元件502沿光轴方向依次设置，且多个第二微透镜阵列元件502位于第一微透镜阵列元件501的同一侧。多个的第二微透镜阵列元件502可以使得光线折射的次数更多，光线更加倾斜，光线朝向成像面的方向传播更小的距离即可在成像面上成像，使得微透镜阵列基板100沿光轴方向的尺寸更小，微透镜阵列基板100薄型化。

在一个具体的实施例中，第一透镜层130的材质包括紫外胶，第二透镜层90的材料包括紫外胶，第三透镜层110的材质包括紫外胶；第一透镜层130通过纳米压印或者热回流工艺形成，第二透镜层90通过纳米压印或者热回流工艺形成，第三透镜层110通过纳米压印或者热回流工艺形成。紫外胶为热固胶材料，耐温性高，可靠度较佳，应用在车载环境较具优势。纳米压印或者热回流工艺简单，可以节约成本。可以理解的是，第一基体70的材质包括光学透光玻璃，第二基体80的材质包括光学透光玻璃。

如下将介绍三个实施例。

第一实施例，

请参阅图5，第一透镜层130的第一弧面1301为凸面，第二透镜层90的第二弧面901为凸面，第三透镜层110第三弧面1101为凸面。

本实施例中，光学系统50的有效焦距f＝2.00mm，光学系统50的光圈数FNO＝2.80，光学系统50的TTL/ImgH＝2.059。

表1a示出了本实施例的光学系统50的特性的表格，Y半径、厚度和焦距的单位均为毫米(mm)。

表1a

在本实施例中，第一弧面1301、第二弧面901以及第三弧面1101的任意一个面均为非球面，各非球面的面型x可利用但不限于以下非球面公式进行限定：

其中，x为非球面沿光轴方向在高度为h的位置时，距非球面顶点的距离矢高；c为非球面的近轴曲率，c＝1/R(即，近轴曲率c为上表1a中Y半径R的倒数)；k为圆锥系数；Ai是非球面第i-th阶的修正系数。表1b给出了可用于第一实施例中各非球面镜面S1-S16的高次项系数A4、A6、A8、A10、A12、A14、A16、A18和A20。

表1b

第二实施例，

请参阅图6，第一透镜层130的第一弧面1301为凸面，第二透镜层90的第二弧面901为凸面，第三透镜层110第三弧面1101为凸面。

本实施例中，光学系统50的有效焦距f＝2.00mm，光学系统50的光圈数FNO＝2.80，光学系统50的TTL/ImgH＝2.068。

表2a示出了本实施例的光学系统50的特性的表格，Y半径、厚度和焦距的单位均为毫米(mm)。

表2a

其中，表2a的各参数含义均与第一实施例各参数含义相同。

表2b给出了可用于第二实施例中各非球面镜面的高次项系数，其中，各非球面面型可由第一实施例中给出的公式限定。

表2b

第三实施例，

请参阅图7，第一透镜层130的第一弧面1301为凹面，第二透镜层90的第二弧面901为凸面，第三透镜层110第三弧面1101为凹面。本实施例中，第一弧面1301上可以设有至少一个反曲点。

本实施例中，光学系统50的有效焦距f＝2.00mm，光学系统50的光圈数FNO＝2.80，光学系统50的TTL/ImgH＝2.327。

表3a示出了本实施例的光学系统50的特性的表格，Y半径、厚度和焦距的单位均为毫米(mm)。

表3a

其中，表3a的各参数含义均与第一实施例各参数含义相同。

表3b给出了可用于第三实施例中各非球面镜面的高次项系数，其中，各非球面面型可由第一实施例中给出的公式限定。

表3b

上述三个实施例均可以实现良好投影成像品质，且微透镜阵列基板100薄型化。

本实用新型还提供一种智能设备，智能设备包括上述的微透镜阵列投影装置。本实用新型的微透镜阵列投影装置薄型化、体积较小，即使智能设备内部的空间较小，微透镜阵列投影装置也可以安装在智能设备内。

在一个具体的实施例中，智能设备包括智能车辆。智能车辆包括上述的微透镜阵列投影装置。本实用新型的微透镜阵列投影装置可以安装在车辆的车门侧边或驾驶座脚踏垫上，在照明功能的基础上，增加上下车时的安全性与便利性，并兼具装饰、提醒、智能互动等功能。本实用新型的微透镜阵列投影装置体积较小，即使车辆的功能越来越多，主控台电子元件日益增多且复杂，留给安装投影装置的空间越来越小，本实用新型较小体积的微透镜阵列投影装置仍然可以安装在车辆内。

当然，可以理解的是，本申请的智能设备除了智能车辆之外，还可以包括无人机、智能家电等设备，本申请在此不再一一列举。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简介，未对上述实施例中的各个技术特征所以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，可应当认为是本说明书记载的范围。

以上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本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，本实用新型的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种微透镜阵列基板，其特征在于，包括：光学系统与图像层，所述光学系统包括沿光轴方向间隔且相对设置的第一微透镜阵列元件与第二微透镜阵列元件，所述第一微透镜阵列元件包括第一基体与第一透镜层，所述第一基体包括第一表面以及与所述第一表面相对设置的第二表面，所述图像层形成在所述第一表面，所述第一透镜层形成在所述第二表面，所述第二微透镜阵列元件包括第二基体、第二透镜层以及第三透镜层，所述第二基体包括第三表面以及与所述第三表面相对设置的第四表面，第三表面朝向所述第二表面，所述第二透镜层形成在所述第三表面，所述第三透镜层形成在所述第四表面；所述第一透镜层的外表面包括第一弧面，所述第二透镜层的外表面包括第二弧面，所述第三透镜层的外表面包括第三弧面，以使得外界的光线经过所述图像层后，依次经所述第一弧面、所述第二弧面以及所述第三弧面折射后，在成像面上成像。

2.根据权利要求1所述的微透镜阵列基板，其特征在于，第一弧面的顶点到所述第二表面的距离在15um-1000um之间，所述第二弧面的顶点到所述第三表面之间的距离在15um-1000um之间，所述第三弧面的顶点到所述第四表面之间的距离在15um-1000um之间。

3.根据权利要求1所述的微透镜阵列基板，其特征在于，所述光学系统的有效焦距在0.1mm～10mm之间。

4.根据权利要求1所述的微透镜阵列基板，其特征在于，所述光学系统满足条件式：1≤TTL/ImgH≤8，其中，TTL为所述第一表面至所述成像面于光轴上的距离，ImgH为成像面有效像素区域对角线长的一半。

5.根据权利要求1所述的微透镜阵列基板，其特征在于，所述第一弧面为凸面，所述第二弧面为凸面，所述第三弧面为凸面；或者，所述第一弧面为凹面，所述第二弧面为凸面，所述第三弧面为凹面。

6.根据权利要求1所述的微透镜阵列基板，其特征在于，所述第一透镜层包括多个依次连接的第一微透镜，每个所述第一微透镜包括一个所述第一弧面；所述第二透镜层包括多个依次连接的第二微透镜，每个所述第二微透镜包括一个所述第二弧面；所述第三透镜层包括多个依次连接的第三微透镜，每个所述第三微透镜包括一个所述第三弧面，多个所述第一微透镜、多个所述第二微透镜以及多个所述第三微透镜一一对应，相对应的一个所述第一微透镜、所述第二微透镜以及所述第三微透镜形成一个透镜单元；经多个所述透镜单元折射形成的图像在所述成像面上重合。

7.根据权利要求1所述的微透镜阵列基板，其特征在于，所述第二微透镜阵列元件为多个，多个所述第二微透镜阵列元件沿光轴方向依次设置，且多个所述第二微透镜阵列元件位于所述第一微透镜阵列元件的同一侧。

8.根据权利要求1所述的微透镜阵列基板，其特征在于，所述第一透镜层的材质包括紫外胶，第二透镜层的材料包括紫外胶，所述第三透镜层的材质包括紫外胶；所述第一透镜层通过纳米压印或者热回流工艺形成，所述第二透镜层通过纳米压印或者热回流工艺形成，所述第三透镜层通过纳米压印或者热回流工艺形成。

9.一种微透镜阵列投影装置，其特征在于，包括光源、匀光镜组以及如权利要求1-8任一项所述的微透镜阵列基板，所述匀光镜组设于所述光源与所述微透镜阵列基板之间。

10.一种智能设备，其特征在于，包括如权利要求9所述的微透镜阵列投影装置。

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