CN216595583U - 一种自聚焦透镜二维阵列 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种自聚焦透镜二维阵列，涉及光学技术领域，包括相对且平行设置以形成夹腔的上夹板和下夹板，以上夹板和下夹板为挡边在夹腔内沿下夹板至上夹板的方向层叠设置有多层透镜组；如此，便能够相比一维透镜阵列提供更加密集的阵列结构，有效解决了微型化、大容量的问题；再者，通过使得组成透镜阵列中的任意两个透镜元件沿垂直光轴方向的截面形状相同且截面形状的面积相等，从而能够使得各个透镜元件之间的差异较小，便于提高阵列的光均匀性、像质、分辨率、视场范围。

Description

一种自聚焦透镜二维阵列

技术领域

本申请涉及光学技术领域，具体而言，涉及一种自聚焦透镜二维阵列。

背景技术

自聚焦透镜作为光电子产业中最基础的元件，它一般是作为分立元件使用，其功能相对单一、且使用中需设计必要的定位、装夹工装。但随着近年来光电子等领域科学技术的高速发展，新型仪器设备向着小型化、高性能方向发展的需求愈加迫切，为了发挥出光子作为信息载体所具有的高速度、并行性、大容量和巨大的互联能力，就必须要发展密集、规则排列、光特性均匀的微型自聚焦透镜阵列技术。此外，自聚焦透镜也可以作为成像元件进行使用。

现有一维透镜阵列在一定程度上解决了微型化、大容量的问题，但随着科学技术的迅猛发展，其所能发挥出的作用也越来越有限。

实用新型内容

本申请的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种自聚焦透镜二维阵列，更好的解决了微型化、大容量、分辨率提升的问题，同时有效提升一维透镜阵列光特性均匀度、视场范围。

为实现上述目的，本申请实施例采用的技术方案如下：

本申请实施例的一方面，提供一种自聚焦透镜二维阵列，包括相对且平行设置以形成夹腔的上夹板和下夹板，以上夹板和下夹板为挡边在夹腔内沿下夹板至上夹板的方向层叠设置有多层透镜组，每层透镜组均包括多个透镜元件，每层透镜组的多个透镜元件沿与下夹板板面平行的方向平铺，每个透镜元件的光轴均与下夹板的板面平行，任意两个透镜元件沿垂直光轴方向的截面形状相同且截面形状的面积相等。

可选的，每个透镜元件沿垂直光轴方向的截面形状为圆形，每层透镜组中的相邻两个透镜元件邻接，相邻两层透镜组中的多个透镜元件错位排布。

可选的，上夹板和下夹板之间的间距为H，每个透镜元件的截面形状的半径为R，透镜组的层数为N，H＝2R((N-1)×sin60°+1)。

可选的，每个透镜元件沿垂直光轴方向的截面形状为六边形，相邻两层透镜组中的多个透镜元件错位排布。

可选的，每个透镜元件沿垂直光轴方向的截面形状为正六边形，上夹板和下夹板之间的间距为H，每个透镜元件的截面形状的边长为L，透镜组的层数为N，H＝L(2N+1)×sin60°。

可选的，上夹板和下夹板均为玻璃夹板。

可选的，每个透镜元件沿垂直光轴方向的截面形状为长方形，每层透镜组中的相邻两个透镜元件沿边长拼接，相邻两层透镜组中的多个透镜元件沿边长拼接。

可选的，每个透镜元件沿垂直光轴方向的截面形状为正方形，上夹板和下夹板之间的间距为H，每个透镜元件的截面形状的边长为L，透镜组的层数为N，H＝L×N。

可选的，自聚焦透镜二维阵列还包括位于上夹板和下夹板之间的第一阻挡块和第二阻挡块，上夹板、下夹板、第一阻挡块和第二阻挡块拼接为环形绕设于多层透镜组外周。

本申请的有益效果包括：

本申请提供了一种自聚焦透镜二维阵列，包括相对且平行设置以形成夹腔的上夹板和下夹板，以上夹板和下夹板为挡边在夹腔内沿下夹板至上夹板的方向层叠设置有多层透镜组，形成自聚焦透镜二维阵列，如此，便能够相比一维透镜阵列提供更加密集的阵列结构，有效解决了微型化、大容量的问题，再者，通过使得组成自聚焦透镜二维阵列中的任意两个透镜元件沿垂直光轴方向的截面形状相同且截面形状的面积相等，从而能够使得各个透镜元件之间的差异较小，便于提高透镜阵列的光均匀性、像质、分辨率、视场范围。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本申请实施例提供的一种自聚焦透镜二维阵列的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种减薄后的自聚焦透镜二维阵列的结构示意图；

图3为本申请另一实施例提供的一种自聚焦透镜二维阵列的结构示意图；

图4为本申请又一实施例提供的一种自聚焦透镜二维阵列的结构示意图。

图标：110-下夹板；120-上夹板；130-第一阻挡块；140-第二阻挡块；150-透镜元件。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例中的各个特征可以相互结合，结合后的实施例依然在本申请的保护范围内。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

本申请实施例的一方面，提供一种自聚焦透镜二维阵列，如图1所示，包括下夹板110和上夹板120，下夹板110和上夹板120的板面相对，并且两者平行设置，如此，在两者之间便能形成夹腔，在夹腔内可以设置有多层透镜组，并且多层透镜组在设置时，以上夹板120和下夹板110为挡边在夹腔内沿下夹板110至上夹板120的方向层叠设置，换言之，上夹板120和下夹板110分别贴合于层叠的多层透镜组整体的相对两侧，从而对多层透镜组提供夹持力，使得多层透镜组紧密排列于夹腔中。

对于每一层透镜组来讲均包括多个平铺的透镜元件150，每层透镜组中的多个透镜元件150的平铺方向与下夹板110板面平行，换言之，在平铺后的每层透镜组所在平面均分别与上夹板120的板面和下夹板110的板面平行，为了使得自聚焦透镜二维阵列正常接收处理光线，可以在透镜元件150的光轴方向不被遮挡，形成入射开口和出射开口，即每个透镜元件150(所有透镜元件150中的任意一个)的光轴均与下夹板110的板面平行。此外，任意两个透镜元件150沿垂直光轴方向的截面形状相同且截面形状的面积相等。

综上，本申请一方面通过设置多层透镜组，并且使得多层透镜组在下夹板110至上夹板120的方向层叠，同时，每一层透镜组中的多个透镜元件150沿与下夹板110板面平行的方向平铺，从而形成自聚焦透镜二维阵列，如此，便能够相比一维透镜阵列提供更加密集的阵列结构，有效解决了微型化、大容量的问题，再者，本申请另一方面通过使得组成自聚焦透镜二维阵列中的任意两个透镜元件150沿垂直光轴方向的截面形状相同且截面形状的面积相等，从而能够使得各个透镜元件150之间的差异较小，便于提高自聚焦透镜二维阵列的光均匀性、像质、分辨率、视场范围。

在一些实施方式中，本申请中的透镜元件150可以是自聚焦透镜，即能够使沿光轴方向传输的光产生折射，并使折射率的分布沿径向逐渐减小，从而实现出射光线被平滑且连续的汇聚到一点的光学元件。

应当理解的是，透镜元件150在排列时，考虑到入射光线需要入射透镜元件150然后出射，因此，相邻两个透镜元件150的入射面处于同一平面，相邻两个透镜元件150的出射面也处于同一平面。

可选的，如图1至图4所示，自聚焦透镜二维阵列还包括位于上夹板120和下夹板110之间的第一阻挡块130和第二阻挡块140，上夹板120、下夹板110、第一阻挡块130和第二阻挡块140拼接为环形绕设于多层透镜组外周，例如图1所示，以多层透镜组为整体来看，在其整体的上下两侧设置上夹板120和下夹板110，在其整体的左右两侧设置第一阻挡块130和第二阻挡块140，且第一阻挡块130分别与上夹板120和下夹板110接触，第二阻挡块140分别与上夹板120和下夹板110接触。具体的，在一些实施方式中，上夹板120和下夹板110均为长方体平板，第一阻挡块130和第二阻挡块140均为长方体块。第一阻挡块130和第二阻挡块140用于对多层透镜组形成左右方向的限位，上夹板120和下夹板110用于对多层透镜组形成上下方向的限位。

可选的，如图1所示，每个透镜元件150沿垂直光轴方向的截面形状为圆形，每层透镜组中的相邻两个透镜元件150邻接，如此，会在每层透镜组中的相邻接的两个透镜元件150之间的上下两侧形成对称的凹陷槽，因此，相邻两层透镜组中的多个透镜元件150可以采用错位的方式排布，从而使得每一层透镜组中的透镜元件150的一部分位于凹陷槽内，以达到充分利用夹腔内部空间的目的，使得在夹腔中提高透镜元件150的数量成为了可能。由此，能够进一步的提高阵列透镜结构的密度，大幅提高整个系统的受光面积、有效通光面积比、感光精度和质量，有利于改善像质均匀性、提高成像质量。

例如图1所示，在下夹板110的板面上先平铺第一层透镜组，然后在第一层透镜组上平铺第二层透镜组，第二层透镜组中的透镜元件150和第一层透镜组中的透镜元件150错位排布，充分利用凹陷槽，接着在第二层透镜组上平铺第三层透镜组，同理，第三层透镜组中的透镜元件150和第二层透镜组中的透镜元件150也错位排布，然后在第三层透镜组上放置上夹板120。

图1中的三层透镜组中的每个透镜元件150的直径均为0.5mm，上夹板120和下夹板110的形状尺寸相同，上夹板120的长度a为17.73mm、高度为1mm，上夹板120的顶面至下夹板110的底面的高度c为3.37mm，第一阻挡块130的长度b为1.37mm，第二阻挡块140与第一阻挡块130的形状尺寸相同，如此，在具有第一阻挡块130和第二阻挡块140的情况下，可以在夹腔中紧密排列89个透镜元件150，经计算，多层透镜组中所有透镜元件150所占的有效面积占比达到了29.2％。相比于现有一维阵列结构方案(现有方案中每个透镜元件150的直径均为1mm，上夹板120和下夹板110的形状尺寸相同，上夹板120的长度a为17.73mm，上夹板120的顶面至下夹板110的底面的高度c为3mm，第一阻挡块130的长度b为1.37mm，第二阻挡块140与第一阻挡块130的形状尺寸相同，如此，在具有第一阻挡块130和第二阻挡块140的情况下，仅可以在夹腔中紧密排列15个透镜元件150)中所有透镜元件150所占的有效面积占比高达7.1％。

在一些实施方式中，如图2所示，若要进一步增加透镜元件150的有效面积，减小总面积，则可通过减薄上下夹板110的厚度实现。例如图2所示，若将上下夹板110高度从1.0mm减薄至0.5mm，则有效面积可提升至41.6％，有效面积提高了19.5％，总面积缩减了21％，透镜元件150数量增加了493.3％。

可选的，如图1或图2所示，上夹板120和下夹板110之间的间距(上夹板120和下夹板110面对的两个板面之间的距离)为H，每个透镜元件150的截面形状的半径为R，透镜组的层数为N，则H＝2R((N-1)×sin60°+1)，如此，能够使得多层透镜组充分利用上夹板120和下夹板110之间形成的夹腔的高度。

可选的，如图3所示，每个透镜元件150沿垂直光轴方向的截面形状为六边形，每层透镜组中的相邻两个透镜元件150不邻接，具有一定的间距，该间距可以刚好等于相邻层透镜组中的透镜元件150靠近该层透镜组一侧的边长，如此，相邻两层透镜组中的多个透镜元件150错位排布时，能够充分利用夹腔内部空间的目的，使得在夹腔中提高透镜元件150的数量成为了可能。由此，能够进一步的提高阵列透镜结构的密度，大幅提高整个系统的受光面积、有效通光面积比、感光精度和质量，有利于改善像质均匀性、提高成像质量。

例如图3所示，每个透镜元件150沿垂直光轴方向的截面形状为正六边形，在下夹板110的板面上平铺第一层透镜组，第一层透镜组中的相邻两个透镜元件150之间的间距等于正六边形的边长，然后在第一层透镜组上错位平铺第二层透镜组，第二层透镜组中的透镜元件150分别一一对应的位于第一层透镜组中相邻两个透镜元件150之间，如此，使得第二层透镜组中的透镜元件150的边均与第一层透镜组中的透镜元件150的边贴合，以此类推，依次形成第三层透镜组、第四层透镜组，一直到第八层透镜组，如此，能够使得相邻两层透镜组中不出现缝隙，提高夹腔的利用率，进而提升光信息效率，增强光能分布均匀性，提升像质或分辨率。

可选的，如图3所示，每个透镜元件150沿垂直光轴方向的截面形状为正六边形，上夹板120和下夹板110之间的间距(上夹板120和下夹板110面对的两个板面之间的距离)为H，每个透镜元件150的截面形状的边长为L，透镜组的层数为N，H＝L(2N+1)×sin60°，如此，能够使得多层透镜组充分利用上夹板120和下夹板110之间形成的夹腔的高度。

在一些实施方式中，第一阻挡块130和第二阻挡块140的高度等于上夹板120和下夹板110之间的间距H。

可选的，如图1至图4所示，上夹板120和下夹板110均为玻璃夹板，一般选取厚度在1.0mm以下、等厚的平面玻璃夹板；第一阻挡块130和第二阻挡块140均为玻璃材质，其作用是对透镜元件150进行限位，使其保持位置紧密并相互平行；使用粘接剂将左右两侧的阻挡块与下夹板110按照刚好放置下对应根数的透镜元件150的间距粘接，中间是错位放置的透镜元件150，透镜元件150与透镜元件150之间用胶填充。上述操作完成后在经过经过切割、精磨、抛光、清洗等流程，完成整个自聚焦透镜二维阵列的加工，粘接和加工即结束，另外可根据实际使用场景在表面镀制不同的光学薄膜。

本申请尤其适用于对直径4.0-0.5mm之间自聚焦透镜的阵列化应用。

可选的，如图4所示，每个透镜元件150沿垂直光轴方向的截面形状为长方形，具有四层透镜组，第一层透镜组中的透镜元件150在下夹板110的板面上平铺，且相邻两个透镜元件150相邻接，且是边长与边长邻接，即形成每层透镜组中的相邻两个透镜元件150拼接排布，在第一层透镜组上平铺第二层透镜组，第二层透镜组中的透镜元件150与第一层透镜组中的透镜元件150相邻接，且也是边长与边长的邻接，即形成相邻两层透镜组中的多个透镜元件150拼接排布，如此，能够进一步的提高阵列透镜结构的密度，大幅提高整个系统的受光面积、感光精度和质量，有利于改善像质均匀性、提高成像质量。

可选的，如图4所示，每个透镜元件150沿垂直光轴方向的截面形状为正方形，上夹板120和下夹板110之间的间距为H，每个透镜元件150的截面形状的边长为L，透镜组的层数为N，H＝L×N，如此，能够使得多层透镜组充分利用上夹板120和下夹板110之间形成的夹腔的高度。

本申请的自聚焦透镜二维阵列所应用的领域包括但不限于光通讯领域、成像领域。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种自聚焦透镜二维阵列，其特征在于，包括相对且平行设置以形成夹腔的上夹板和下夹板，以所述上夹板和所述下夹板为挡边在所述夹腔内沿所述下夹板至所述上夹板的方向层叠设置有多层透镜组，每层所述透镜组均包括多个透镜元件，每层所述透镜组的多个透镜元件沿与所述下夹板板面平行的方向平铺，每个所述透镜元件的光轴均与所述下夹板的板面平行，任意两个所述透镜元件沿垂直光轴方向的截面形状相同且所述截面形状的面积相等。

2.如权利要求1所述的自聚焦透镜二维阵列，其特征在于，每个所述透镜元件沿垂直光轴方向的截面形状为圆形，每层所述透镜组中的相邻两个所述透镜元件邻接，相邻两层所述透镜组中的多个透镜元件错位排布。

3.如权利要求2所述的自聚焦透镜二维阵列，其特征在于，所述上夹板和所述下夹板之间的间距为H，每个所述透镜元件的截面形状的半径为R，所述透镜组的层数为N，H＝2R((N-1)×sin60°+1)。

4.如权利要求1所述的自聚焦透镜二维阵列，其特征在于，每个所述透镜元件沿垂直光轴方向的截面形状为六边形，相邻两层所述透镜组中的多个透镜元件错位排布。

5.如权利要求4所述的自聚焦透镜二维阵列，其特征在于，每个所述透镜元件沿垂直光轴方向的截面形状为正六边形，所述上夹板和所述下夹板之间的间距为H，每个所述透镜元件的截面形状的边长为L，所述透镜组的层数为N，H＝L(2N+1)×sin60°。

6.如权利要求1所述的自聚焦透镜二维阵列，其特征在于，所述上夹板和所述下夹板均为玻璃夹板。

7.如权利要求1所述的自聚焦透镜二维阵列，其特征在于，每个所述透镜元件沿垂直光轴方向的截面形状为长方形，每层所述透镜组中的相邻两个所述透镜元件沿边长拼接，相邻两层所述透镜组中的多个透镜元件沿边长拼接。

8.如权利要求7所述的自聚焦透镜二维阵列，其特征在于，每个所述透镜元件沿垂直光轴方向的截面形状为正方形，所述上夹板和所述下夹板之间的间距为H，每个所述透镜元件的截面形状的边长为L，所述透镜组的层数为N，H＝L×N。

9.如权利要求1至7任一项所述的自聚焦透镜二维阵列，其特征在于，所述自聚焦透镜二维阵列还包括位于所述上夹板和所述下夹板之间的第一阻挡块和第二阻挡块，所述上夹板、所述下夹板、所述第一阻挡块和所述第二阻挡块拼接为环形绕设于所述多层透镜组外周。

Images