CN216387437U - 复合微透镜阵列匀光结构、itof镜头及设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种复合微透镜阵列匀光结构、ITOF镜头及设备，所述匀光结构包括基底层，以及形成于所述基底层表面的匀光层，所述匀光层背离所述基底层的表面形成有微透镜阵列；若干个复合微透镜错位排布形成所述微透镜阵列，所述微透镜阵列在所述匀光层表面形成连续的面；所述复合微透镜由至少两个子透镜上下复合形成，所述两个子透镜的透镜中心点的连线与所述基底层的水平面垂直，上下复合的两个所述子透镜的透镜中心点之间具有高度差，所述高度差表征两个所述子透镜的透镜中心点之间的距离。本实用新型提出的匀光结构可使激光阵列发出的相干光形成期望的光场分布，消除光斑的干涉条纹，以便ITOF模组的接收模块可以识别相应的深度信息。

Description

复合微透镜阵列匀光结构、ITOF镜头及设备

技术领域

本实用新型涉及三维感知领域，尤其涉及一种复合微透镜阵列匀光结构、ITOF镜头及设备。

背景技术

ITOF(indirect time of flight，间接测量飞行时间)技术可以进行三维感知与距离测量。ITOF的光学部分主要分为三部分：激光阵列光源、匀光结构和ITOF镜头。ITOF是通过ITOF出光模组出射一种特定光场的光斑至物体表面，然后ITOF探测器通过识别该光场反射回探测器的相位变化，从而感知该物体不同位置处的深度信息的。

目前，ITOF需要满足电子设备小型化的趋势，微透镜匀光结构作为ITOF出光模组中的重要组成部分，也需要满足其小型化趋势。

现有阵列激光光源通过微透镜阵列后达到的视场角相对较小，不能满足较大的探测范围。激光阵列光源通过现有微透镜阵列后由于阵列激光光源发出光的相干性未能被微透镜阵列消除，最终形成的光斑会出现干涉条纹，探测器接收光场受到影响。

目前的微透镜匀光结构设计步骤较为复杂，加工难度较高，并且较难调试出较为光场较为精准的光斑。

因此，亟需提出一种新的技术方案来解决上述问题。

实用新型内容

本实用新型为解决目前ITOF技术中的匀光器件对于激光光源会出现干涉条纹、视场角较小并且加工难度较高的问题，本实用新型的一个方面是提出了一种复合微透镜阵列匀光结构，具体技术方案如下：

一种复合微透镜阵列匀光结构，其包括基底层，以及形成于所述基底层表面的匀光层，所述匀光层背离所述基底层的表面形成有微透镜阵列；

若干个复合微透镜错位排布形成所述微透镜阵列，所述微透镜阵列在所述匀光层表面形成连续的面；

所述复合微透镜由至少两个子透镜上下复合形成，所述两个子透镜的透镜中心点的连线与所述基底层的水平面垂直。

上述技术方案中进一步的，上下复合的两个所述子透镜的透镜中心点之间具有高度差，所述高度差表征两个所述子透镜的透镜中心点之间的距离，所述高度差的值越小，表征远离所述基底层的所述子透镜被复合至靠近所述基底层的所述子透镜中的体积越小，远离所述基底层的所述子透镜的表面积占所述复合微透镜表面积的比例越小。

进一步的，所述高度差的值越大，表征远离所述基底层的所述子透镜被复合至靠近所述基底层的所述子透镜中的体积越大，远离所述基底层的所述子透镜的表面积占所述复合微透镜表面积的比例越大。

进一步的，上下复合的两个所述子透镜的光学面型均为变形非球面面型，其中，靠近所述基底层的所述子透镜在横向坐标方向上的曲率半径的范围为8μm～20μm，在纵向坐标方向上的曲率半径的范围为11μm～25μm，且所述子透镜的圆锥系数的范围为-0.95～-1.20。

进一步的，远离所述基底层的所述子透镜在横向坐标方向上的曲率半径的范围为6μm～20μm，在纵向坐标方向上的曲率半径的范围为8μm～25μm，且所述子透镜的圆锥系数的范围为-1.2～0。

进一步的，若干个复合微透镜错位排布形成所述微透镜阵列，所述微透镜阵列在所述匀光层表面形成连续的面，具体包括：

若干个复合微透镜点阵式排列后每个所述复合微透镜沿横向和/或纵向在预设距离范围内随机错位排布，错位排布的若干个所述复合微透镜于所述匀光层表面形成连续的面；

若干个复合微透镜点阵式排列后，相邻两个所述复合微透镜的透镜中心点的间距范围为25～60μm；

所述预设距离范围为相邻两个所述复合微透镜的透镜中心点的间距的n倍，n的取值范围为80％～120％。

进一步的，所述复合微透镜阵列匀光结构的厚度范围为0.2mm至0.5mm。

进一步的，所述基底层为透光玻璃基底。

进一步的，所述匀光层为塑型胶层，所述塑型胶层粘附在所述透光玻璃基底上。

进一步的，所述塑型胶层包括光刻胶和/或压印胶。

另一方面，本实用新型还提供一种ITOF镜头，其包括上述的复合微透镜阵列匀光结构，所述复合微透镜阵列匀光结构具有微透镜阵列，所述微透镜阵列与激光阵列光源之间设置有厚度范围为0.1mm～0.5mm的空气层。

再一方面，本实用新型还提供一种装设有ITOF镜头的设备，其包括上述的ITOF镜头，所述ITOF镜头上安装有上述的复合微透镜阵列匀光结构。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果中的一个或多个：

1.本实用新型提供一种复合微透镜阵列匀光结构，该匀光结构可使激光阵列发出的相干光形成期望的光场分布，且消除光斑的干涉条纹，以便ITOF模组的接收模块可以识别相应的深度信息。

2.本实用新型所述复合微透镜阵列匀光结构可通过控制复合微透镜的排布与复合微透镜的光学面型参数控制激光阵列通过复合微透镜阵列匀光结构的光场分布，复合微透镜可由两个子透镜上下复合形成(将靠近基底层的子透镜看作是处于主透镜层，将远离基底层的子透镜看作是处于副透镜层，从结构层看来可以是依次相邻设置的基底层、主透镜层的子透镜和副透镜层的子透镜)，主透镜层与副透镜层均对所期望达到的光场分布具有光学影响，均可以对光场进行不同的调制作用，增加了调制的变量，使激光阵列发出的光可以通过更简单的方法达到期望的光场分布。

3.本实用新型所述的复合微透镜阵列匀光结构的制作方法相比现有技术中的制作方法降低了微透镜匀光结构的加工难度，且增加了可调节参数使期望光斑的光场分布更容易达到，本实用新型所述的制作方法中通过光刻制得加工母版，使用该母版可以通过纳米压印的方法批量加工复合微透镜阵列匀光结构。

4.本实用新型所述的复合微透镜的主透镜层与副透镜层的中心形成高度差，该高度差决定副透镜层在整个复合微透镜中所占面积的比例，高度差越高则所占比例越高，高度差越低则所占比例越低，不同的高度差可以使激光阵列通过复合微透镜匀光结构形成不同的光场分布。

5.本实用新型提供的复合微透镜阵列匀光结构可通过主透镜层和副透镜层以较低的曲率达到较大的视场角，以便ITOF模组可以探测到更多的区域。

6.本实用新型所述的复合微透镜阵列匀光结构中，复合微透镜与复合微透镜之间没有断层，平滑过渡，复合透镜主透镜与副透镜之间没有断层，平滑过渡，增大光透过率，降低压印难度。

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它附图。

图1是在一种实施例中本实用新型所述复合微透镜阵列匀光结构的结构示意图；

图2为在一种实施例中本实用新型所述复合微透镜阵列结构的主视图；

图3为图2中所示微透镜阵列的部分放大图；

图4为图2所示复合微透镜阵列结构的侧视图；

图5为复合微透镜阵列匀光结构远场出射光光斑示意图；

图6为在另一种实施例中本实用新型所述复合微透镜阵列结构的主视图；

图7为图6中所示微透镜阵列的部分放大图；

图8为图6所示复合微透镜阵列结构的侧视图；

图9为复合微透镜阵列匀光结构远场出射光光斑示意图；

图10为在又一种实施例中本实用新型所述复合微透镜阵列结构的主视图；

图11为图10中所示微透镜阵列的部分放大图；

图12为图10所示复合微透镜阵列结构的侧视图；

图13为复合微透镜阵列匀光结构远场出射光光斑示意图；

图14为在再一种实施例中本实用新型所述复合微透镜阵列结构的主视图；

图15为图14中所示微透镜阵列的部分放大图；

图16为图14所示复合微透镜阵列结构的侧视图；

图17为复合微透镜阵列匀光结构远场出射光光斑示意图；

图18为在一种实施例中制作本实用新型所述复合微透镜阵列匀光结构的母版的制作流程图；

图19为在一种实施例中制作本实用新型所述复合微透镜阵列匀光结构的流程图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例的附图，对本实用新型实施例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做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。

下面结合附图与实施例进一步说明本实用新型要旨。

实施例1

本实用新型提供一种复合微透镜阵列匀光结构，该复合微透镜阵列匀光结构可以将激光阵列所发出的相干光形成期望的光场图案，可以通过控制符合微透镜的排布与复合微透镜的光学面型参数控制激光阵列通过复合微透镜匀光结构的光场分布。复合微透镜由两个子透镜(该两个子透镜可以定义为主透镜与副透镜)组成，主透镜与副透镜均对所期望达到的光场分布具有影响。本实用新型通过复合微透镜这种方法，可以降低微透镜匀光结构的加工，并且增加可调节参数，使期望光斑的光场分布更容易达到。

请参见图1，图1示意性的展示了一种复合微透镜阵列的匀光结构。其中，100-复合微透镜阵列匀光结构，110-基底层，120-复合微透镜，121-主透镜层的微透镜，122-副透镜层的微透镜。

在一种实施例中，本实用新型所述的一种复合微透镜阵列匀光结构可以是由若干个复合微透镜错位排布组成的。继续参见图1，复合微透镜阵列匀光结构100包括基底层110，以及形成于所述基底层110表面的匀光层，所述匀光层背离所述基底层110的表面形成有复合微透镜阵列，该复合微透镜阵列包括若干个复合微透镜120，若干个所述复合微透镜120在所述匀光层的表面形成连续的面。图1中的复合微透镜阵列匀光结构100可以看作是包含两层微透镜阵列的，其中一层微透镜阵列可定义为主透镜层(靠近基底层)，另一层可定义为副透镜层(远离基底层且位于主透镜层的上方)，图1中示意性的展示了在一种实施例中复合微透镜阵列匀光结构的剖面结构示意图。图1中的复合微透镜由上下堆叠设置的两个子透镜复合而成，两个子透镜中的一个是主透镜层的微透镜121，另一个是副透镜层的微透镜122。具体应用场景中，副透镜层(远离基底层的一层微透镜阵列)面向激光阵列光源，自激光阵列光源发出的光线依次经过副透镜层的微透镜阵列和主透镜层的微透镜阵列，共计被两次扩散。以此类推，复合微透镜阵列匀光结构的排布方式也是多层依次设置，使得光线能够依次经过复合微透镜阵列，得到多次扩散，使得光线更加均匀，无干涉条纹。

本实用新型所述的复合微透镜阵列匀光结构由若干个复合微透镜随机排布组成。继续参见图1，所述复合微透镜通过上下复合的两个子透镜组成，定义靠近基底层的子透镜为主透镜，定义远离基底层的子透镜为副透镜。在一种实施例中，所述主透镜的光学面型为变形非球面，该变形非球面的参照公式如下：

其中，Z为主透镜的矢高，C_x为主透镜X方向的曲率，C_y为主透镜y方向曲率，A_2n与B_2n为变形非球面的非球面系数。

在一种较佳实施例中，所述主透镜的X方向曲率半径为8微米至20微米，圆锥系数为-0.95至-1.20；Y方向曲率半径为11微米至25微米，圆锥系数为-0.95至-1.20。

在一种实施例中，所述副透镜的光学面型为变形非球面，该变形非球面的参照公式如下：

其中，Z为副透镜的矢高，C_x为副透镜X方向的曲率，C_y为副透镜y方向曲率，A_2n与B_2n为变形非球面的非球面系数。

在一种较佳实施例中，所述副透镜在X方向的曲率半径为6微米至20微米，圆锥系数为-1.2至0；在Y方向曲率半径为8微米至25微米，圆锥系数为-1.2至0。

在一种实施例中，所述复合微透镜由至少两个子透镜上下复合形成，所述两个子透镜的透镜中心点(透镜中心点为透镜矢高的最高点)的连线与所述基底层的水平面垂直，上下复合的两个所述子透镜的透镜中心点之间形成高度差，该高度差表征两个上下复合的两个子透镜的透镜中心点之间的距离，该高度差的值越小，表征远离所述基底层的所述子透镜(副透镜)被复合至靠近所述基底层的所述子透镜(主透镜)中的体积越小，远离所述基底层的所述子透镜(副透镜)的表面积占所述复合微透镜表面积的比例越小；所述高度差的值越大，表征远离所述基底层的所述子透镜(副透镜)被复合至靠近所述基底层的所述子透镜(主透镜)中的体积越大，远离所述基底层的所述子透镜(副透镜)的表面积占所述复合微透镜表面积的比例越大。不同的高度差可以使激光阵列通过复合微透镜匀光结构形成不同的光场分布。

在一种实施例中，所述复合微透镜中上下复合的两个所述子透镜(定义上面的为副透镜，下面的为主透镜)中，副透镜的底部与主透镜的顶部相对接。

在一种实施例中，所述复合微透镜遵循如下随机排布规则：

首先将复合微透镜做阵列排布，阵列排布后相邻两个复合微透镜中心点间距记为L，每个复合微透镜以阵列排布后各自的中心点为初始点在X轴与Y轴分别做n*L的位移，以完成各个复合微透镜的随机排布，再对随机排布后的复合微透镜进行并集处理，得到随机排布的复合微透镜阵列匀光结构。其中n的取值范围80％至120％，L的取值范围为25微米至60微米。

在一种实施例中，上述的将复合微透镜做阵列排布可以是做点阵式排列，可以是矩阵也可以是其他点阵(实际这一步是一个特定的规则排布，点阵排布之后相邻两个微透镜的透镜中心点之间的间距为L，L的取值范围为25微米至60微米)，若干个复合微透镜点阵式排列后每个所述复合微透镜沿横向和/或纵向在预设距离范围内随机错位排布(每个复合微透镜以阵列排布后各自的中心点为初始点在X轴与Y轴分别做n*L的位移)，错位排布的若干个所述复合微透镜经过去间隔处理后于所述匀光层表面形成连续的面，上述的去间隔处理可以通过将复合微透镜做并集，并集后的复合微透镜间有重合的部分，将重合的部分去除，保证多个复合微透镜位于同一个水平面且形成连续的面即可。

在一种实施例中，本实用新型所述复合微透镜阵列匀光结构的厚度范围为0.2mm至0.5mm。

本实用新型所提出的复合微透镜阵列匀光结构可以通过复合微透镜的随机排布消除所得到光斑的干涉条纹，符合ITOF接收端的要求，且复合微透镜中的主透镜与副透镜均可以对光场进行不同的调制作用，增加了调制的变量，使激光阵列发出的光可以通过更简单的方法达到期望的光场分布；进一步的，复合微透镜中的主透镜与副透镜可以较低的曲率达到较大的视场角，从而达到较大的ITOF镜头探测范围；更进一步的，相邻两个复合微透镜之间没有断层，平滑过渡，复合透镜主透镜与副透镜之间没有断层，平滑过渡，增大光透过率，降低了压印难度。

实施例2

本实施例提出一种复合微透镜阵列匀光结构，结合图2至图5，图2为在一种实施例中本实用新型所述复合微透镜阵列结构的主视图；图3为图2中所示微透镜阵列的部分放大图；图4为图2所示复合微透镜阵列结构的侧视图；图5为复合微透镜阵列匀光结构远场出射光光斑示意图。

其中，100-复合微透镜阵列匀光结构，110-基底层，120-复合微透镜，121-主透镜层的微透镜，122-副透镜层的微透镜。

在本实施例中，本实用新型所述复合微透镜阵列匀光结构包括两层微透镜阵列，一层微透镜阵列是主透镜层，另一层是设置在主透镜层的副透镜层，本实用新型所述的复合微透镜阵列匀光结构能够被分为两层微透镜阵列主要是因为组成该复合微透镜阵列匀光结构100的复合微透镜120包括上下复合两个子透镜，该两个子透镜(可定义为一个主透镜和一个副透镜)的光学面型均为变形非球面面型。若干个复合微透镜点阵式后相邻两个复合微透镜的间距为42微米，主透镜在X方向的曲率半径为16.6微米，圆锥系数为-1.02，在Y方向曲率半径为20微米，圆锥系数为-1.02；而副透镜在X方向的曲率半径为16.6微米，圆锥系数为0，在Y方向曲率半径为20微米，圆锥系数为0。

参见图5，当激光阵列光源通过本实施例所述的复合微透镜阵列匀光结构后，形成的扩散光斑X方向在47度处达到峰值，Y方向在40度处达到峰值，X方向在64度处能量降为峰值的一半，Y方向在60度处能量降为峰值的一半。(图5是在一种实施例中得到的投射光斑，把光斑线量转换为角量，然后分析各个角量处的灰度比值即可得到本实施例所述的能量峰值信息)。

在本实施例中，参见图3，本实施例所述复合微透镜阵列匀光结构中相邻两个复合微透镜的连接处过渡平滑，连接处无断面，填充率为100％。

实施例3

本实施例提出一种复合微透镜阵列匀光结构，结合图6至图9，图6为在另一种实施例中本实用新型所述复合微透镜阵列结构的主视图；图7为图6中所示微透镜阵列的部分放大图；图8为图6所示复合微透镜阵列结构的侧视图；图9为复合微透镜阵列匀光结构远场出射光光斑示意图。

其中，200-复合微透镜阵列匀光结构，210-基底层，220-复合微透镜，221-主透镜层的微透镜，222-副透镜层的微透镜。

在本实施例中，本实用新型所述复合微透镜阵列匀光结构由若干个复合微透镜220排布组成，每个复合微透镜220包括上下复合两个子透镜，该两个子透镜(可定义为一个主透镜和一个副透镜)的光学面型均为变形非球面面型，因此，也可以将复合微透镜阵列匀光结构看作是包含两层微透镜阵列，一层微透镜阵列为主透镜层，一层微透镜阵列为副透镜层。若干个复合微透镜点阵式后相邻两个复合微透镜的间距为30微米，主透镜在X方向的曲率半径为8.7微米，圆锥系数为-1.02，在Y方向曲率半径为11.8微米，圆锥系数为-1.02；而副透镜在X方向的曲率半径为8.7微米，圆锥系数为0，在Y方向曲率半径为11.8微米，圆锥系数为0。

参见图9，当激光阵列光源通过本实施例所述的复合微透镜阵列匀光结构后，形成的扩散光斑X方向在54度处达到峰值，Y方向在42度处达到峰值，X方向在78度处能量降为峰值的一半，Y方向在64度处能量降为峰值的一半。(图9是在另一种实施例中得到的投射光斑，把光斑线量转换为角量，然后分析各个角量处的灰度比值即可得到本实施例所述的能量峰值信息)。

在本实施例中，参见图7，本实施例所述复合微透镜阵列匀光结构中相邻两个复合微透镜的连接处过渡平滑，连接处无断面，填充率为100％。

实施例4

本实施例提出一种复合微透镜阵列匀光结构，结合图10至图13，图10为在又一种实施例中本实用新型所述复合微透镜阵列结构的主视图；

图11为图10中所示微透镜阵列的部分放大图；图12为图10所示复合微透镜阵列结构的侧视图；图13为复合微透镜阵列匀光结构远场出射光光斑示意图。

其中，300-复合微透镜阵列匀光结构，310-基底层，320-复合微透镜，321-主透镜层的微透镜，322-副透镜层的微透镜。

在本实施例中，本实用新型所述复合微透镜阵列匀光结构由若干个复合微透镜320排布组成，每个复合微透镜320包括上下复合两个子透镜，该两个子透镜(可定义为一个主透镜和一个副透镜)的光学面型均为变形非球面面型，因此，也可以将复合微透镜阵列匀光结构看作是包含两层微透镜阵列，一层微透镜阵列为主透镜层，一层微透镜阵列为副透镜层。若干个复合微透镜点阵式后相邻两个复合微透镜的间距为30微米，主透镜在X方向的曲率半径为8.7微米，圆锥系数为-1.02，在Y方向曲率半径为11.8微米，圆锥系数为-1.02；而副透镜在X方向的曲率半径为7.7微米，圆锥系数为-1.02，在Y方向曲率半径为10微米，圆锥系数为-1.02。

参见图13，当激光阵列光源通过本实施例所述的复合微透镜阵列匀光结构后，形成的扩散光斑X方向在62度处达到峰值，Y方向在46度处达到峰值，X方向在78度处能量降为峰值的一半，Y方向在66度处能量降为峰值的一半。通过改变副透镜的透镜参数可以改变亮环宽度以及达到峰值的角度值。(图13是在又一种实施例中得到的投射光斑，把光斑线量转换为角量，然后分析各个角量处的灰度比值即可得到本实施例所述的能量峰值信息)。

在本实施例中，参见图11，本实施例所述复合微透镜阵列匀光结构中相邻两个复合微透镜的连接处过渡平滑，连接处无断面，填充率为100％。

实施例5

本实施例提出一种复合微透镜阵列匀光结构，结合图14至图17，图14为在再一种实施例中本实用新型所述复合微透镜阵列结构的主视图；

图15为图14中所示微透镜阵列的部分放大图；图16为图14所示复合微透镜阵列结构的侧视图；图17为复合微透镜阵列匀光结构远场出射光光斑示意图。

其中，400-复合微透镜阵列匀光结构，410-基底层，420-复合微透镜，421-主透镜层的微透镜，422-副透镜层的微透镜。

在本实施例中，本实用新型所述复合微透镜阵列匀光结构由若干个复合微透镜420排布组成，每个复合微透镜420包括上下复合两个子透镜，该两个子透镜(可定义为一个主透镜和一个副透镜)的光学面型均为变形非球面面型，因此，也可以将复合微透镜阵列匀光结构看作是包含两层微透镜阵列，一层微透镜阵列为主透镜层，一层微透镜阵列为副透镜层。若干个复合微透镜点阵式后相邻两个复合微透镜的间距为30微米，主透镜在X方向的曲率半径为10微米，圆锥系数为-1.02，在Y方向曲率半径为13.3微米，圆锥系数为-1.02；而副透镜在X方向的曲率半径为7.2微米，圆锥系数为-1.02，在Y方向曲率半径为9微米，圆锥系数为-1.02。

参见图17，当激光阵列光源通过本实施例所述的复合微透镜阵列匀光结构后，形成的扩散光斑X方向在54度处达到峰值，Y方向在46度处达到峰值，X方向在70度处能量降为峰值的一半，Y方向在60度处能量降为峰值的一半。(图17是在再一种实施例中得到的投射光斑，把光斑线量转换为角量，然后分析各个角量处的灰度比值即可得到本实施例所述的能量峰值信息)。

在本实施例中，参见图15，本实施例所述复合微透镜阵列匀光结构中相邻两个复合微透镜的连接处过渡平滑，连接处无断面，填充率为100％。

实施例6

本实施例提供一种复合微透镜阵列匀光结构的制作方法，该复合微透镜阵列匀光结构可通过母版转印再压印的方法制得，而制程中用到的母版可通过光刻的方法进行加工，先在玻璃基底上附上光敏材料层，再于光敏材料层的不同位置加入不同的曝光量，进行模板的制作时，需根据目标复合微透镜阵列匀光结构的形貌结构配合分层光刻的方法，控制不同激光能量所能曝光达到的深度，一次性完成表面结构良好的复合微透镜阵列匀光结构的加工母版的制作，母版上的复合微透镜阵列的形貌结构与目标复合微透镜阵列匀光结构的形貌结构一致。

可参见图18，图示了本实用新型所述复合微透镜阵列匀光结构的母版的制作流程图，其中：60-光敏材料层；61-通过分层光刻形成的与目标复合微透镜阵列匀光结构的形貌结构一致的微透镜阵列。从图18中可以看出，该母版是分层光刻制得的，制作时需根据所述复合微透镜阵列图案的形貌于所述光敏材料层的不同位置加入不同的曝光量，所述光敏材料层被曝光后其上形成与所述复合微透镜阵列图案的结构一致的所述第二图案结构。

所述光敏材料层以曝光后形成的曝光深度被分为若干个分层，每个所述分层的曝光量与曝光深度呈非线性关系。通过不同层数不同的曝光量，精确控制光刻设备每层的曝光量进行复合微透镜阵列的制作，使复合微透镜阵列复原出精准的形貌。上述复合微透镜阵列的加工母版通过分层光刻的方法进行制作，复合微透镜阵列的批量制作可以通过纳米压印的方法加工完成。

在一种实施例中，使用制得的上述母版制作复合微透镜阵列匀光结构包括如下步骤，可参见图19，其中，62-基底层，63-图案成型模板，64-第一图案结构，65-塑型胶，66-复合微透镜阵列图案，67-图案形成层，68-第二图案结构，69-图案转移层：

提供基底层62，所述基底层62为透光玻璃层，所述基底层62为复合微透镜阵列的载体；

提供图案成型模板63，所述图案成型模板63的表面形成有第一图案结构64，所述第一图案结构64与复合微透镜阵列图案66的结构相反；

提供塑型胶，将所述图案成型模板63作为模具，通过压印将所述塑型胶成型至所述基底层62上，于所述基底层62表面形成所述复合微透镜阵列图案66，获得复合微透镜阵列匀光结构。

在一种实施例中，所述图案成型模板63的制作方法，具体包括如下：

提供图案形成层67，于所述图案形成层67的表面形成第二图案结构68，所述第二图案结构68与所述复合微透镜阵列图案66的结构一致；

提供图案转移层69，将所述图案形成层67作为模板，通过压印将塑型胶成型至所述图案转移层69上，于所述图案转移层69表面形成所述第一图案结构64，获得所述图案成型模板63。

图19体现了上述制作流程的示意图，因为本实施例提出的制作流程涉及转印、压印，因此，图19中有多处借位及共用的现象，但是可以理解的是于上述的图案转移层69上转印了微透镜阵列图案后，其就成为了图案成型模板63。

本实用新型所述的复合微透镜阵列匀光结构通过纳米压印批量制作的方法，在树脂基底上附上转印胶层，通过压印的方式将母版的反向结构转移到转印胶层上，在玻璃基底上附上压印胶层，通过压印的方式将树脂基底上的转印胶层上的结构转移到压印胶层上，完成复合微透镜阵列匀光结构的批量制作。

通过上述制作方法制得的复合微透镜阵列匀光结构可以消除所得光斑的干涉条纹，符合ITOF接收端的要求，且可以大批量制作，降低了加工难度。

进一步的，基于本实用新型所述复合微透镜阵列匀光结构，本实用新型还提供一种ITOF镜头，该ITOF镜头包括上述的复合微透镜阵列匀光结构，所述复合微透镜阵列匀光结构具有微透镜阵列，所述微透镜阵列与激光阵列光源之间设置有厚度范围为0.1mm～0.5mm的空气层。

更进一步的，基于上述的ITOF镜头，本实用新型还提供一种装设有ITOF镜头的设备，其包括上述的ITOF镜头，所述ITOF镜头上安装有根据上述的复合微透镜阵列匀光结构。

本实用新型提出的复合微透镜阵列匀光结构解决了目前匀光器件对于光源为阵列激光时光斑中形成干涉条纹的问题；满足了目前对于ITOF镜头对大视场光斑的需求；还解决目前ITOF所需要适应电子设备小型化的问题，通过较为简单的方法达到期望的光场分布。

综上所述，与现有技术相比，本实用新型所述的一种复合微透镜阵列匀光结构，可使激光阵列发出的相干光形成期望的光场分布，且消除光斑的干涉条纹，以便ITOF模组的接收模块可以识别相应的深度信息，且可通过控制复合微透镜的排布与复合微透镜的光学面型参数控制激光阵列通过复合微透镜阵列匀光结构的光场分布，复合微透镜由主透镜层与副透镜层组成，主透镜层与副透镜层均对所期望达到的光场分布具有光学影响，均可以对光场进行不同的调制作用，增加了调制的变量，使激光阵列发出的光可以通过更简单的方法达到期望的光场分布。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改和变型。

Claims (7)

1.一种复合微透镜阵列匀光结构，其特征在于，其包括基底层，以及形成于所述基底层表面的匀光层，所述匀光层背离所述基底层的表面形成有微透镜阵列；

若干个复合微透镜错位排布形成所述微透镜阵列，所述微透镜阵列在所述匀光层表面形成连续的面；

所述复合微透镜由至少两个子透镜上下复合形成，所述两个子透镜的透镜中心点的连线与所述基底层的水平面垂直。

2.根据权利要求1所述的复合微透镜阵列匀光结构，其特征在于，

上下复合的两个所述子透镜的透镜中心点之间具有高度差，所述高度差表征两个所述子透镜的透镜中心点之间的距离，所述高度差的值越小，表征远离所述基底层的所述子透镜被复合至靠近所述基底层的所述子透镜中的体积越小，远离所述基底层的所述子透镜的表面积占所述复合微透镜表面积的比例越小；

所述高度差的值越大，表征远离所述基底层的所述子透镜被复合至靠近所述基底层的所述子透镜中的体积越大，远离所述基底层的所述子透镜的表面积占所述复合微透镜表面积的比例越大。

3.根据权利要求1所述的复合微透镜阵列匀光结构，其特征在于，

上下复合的两个所述子透镜的光学面型均为变形非球面面型，其中，靠近所述基底层的所述子透镜在横向坐标方向上的曲率半径的范围为8μm～20μm，在纵向坐标方向上的曲率半径的范围为11μm～25μm，且所述子透镜的圆锥系数的范围为-0.95～-1.20；

远离所述基底层的所述子透镜在横向坐标方向上的曲率半径的范围为6μm～20μm，在纵向坐标方向上的曲率半径的范围为8μm～25μm，且所述子透镜的圆锥系数的范围为-1.2～0。

4.根据权利要求1所述的复合微透镜阵列匀光结构，其特征在于，

若干个复合微透镜错位排布形成所述微透镜阵列，所述微透镜阵列在所述匀光层表面形成连续的面，具体包括：

若干个复合微透镜点阵式排列后每个所述复合微透镜沿横向和/或纵向在预设距离范围内随机错位排布，错位排布的若干个所述复合微透镜于所述匀光层表面形成连续的面；

若干个复合微透镜点阵式排列后，相邻两个所述复合微透镜的透镜中心点的间距范围为25～60μm；

所述预设距离范围为相邻两个所述复合微透镜的透镜中心点的间距的n倍，n的取值范围为80％～120％。

5.根据权利要求1所述的复合微透镜阵列匀光结构，其特征在于，

所述复合微透镜阵列匀光结构的厚度范围为0.2mm至0.5mm；

所述基底层为透光玻璃基底；

所述匀光层为塑型胶层，所述塑型胶层粘附在所述透光玻璃基底上，

所述塑型胶层包括光刻胶和/或压印胶。

6.一种ITOF镜头，其特征在于，其包括权利要求1-5任一所述的复合微透镜阵列匀光结构，所述复合微透镜阵列匀光结构具有微透镜阵列，所述微透镜阵列与激光阵列光源之间设置有厚度范围为0.1mm～0.5mm的空气层。

7.一种装设有ITOF镜头的设备，其特征在于，其包括权利要求6所述的ITOF镜头，所述ITOF镜头上安装有根据权利要求1-5任一所述的复合微透镜阵列匀光结构。

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