CN115144939A - 一种微透镜阵列、微透镜阵列制备方法和光学检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于光学技术领域，尤其涉及一种微透镜阵列，该微透镜阵列包括：基底和设置在所述基底上的微透镜层；所述微透镜层由周期排列的微透镜单元构成，所述微透镜单元包含至少一个结构不同的微透镜。本发明微透镜阵列相比传统透镜阵列的优势是可以获得大角度低中心亮度调制输出光场。本发明还公开了一种微透镜阵列的制备方法和使用该微透镜阵列的光学检测装置。
Description
技术领域
本发明属于光学技术领域，尤其涉及一种微透镜阵列、微透镜阵列制备方法和光学识别 装置。
背景技术
微透镜阵列在光学***中有着重要而广泛的应用。其中，微透镜有会聚光能、矫正像差 和成像的作用，并且体积小、质量轻、集成度高、易于复制而被广泛地应用于红外光电探测 器、图像识别和处理、光通讯、激光医学、空间光学等许多领域。随着无人驾驶、智能家居 的发展，识别(如生物识别、动作识别等)相关技术将发挥越来越大的作用，微透镜阵列是 识别相关技术中核心元件之一。
图1示出了微透镜阵列的使用方式。光源经过微透镜阵列光强调制后，可以得到一个投 射到接收屏上的发散光场，即调制输出光场。光学识别装置为了能够在一个大视角范围内能 够做到准确识别物体、生物或者动作等，需要一个大角度特定的调制输出光场。显然传统的 周期性微透镜阵列无法得到边缘强度高、中心光强略低的大角度均匀光场。
发明内容
为了解决现有技术中调制输出光场发散角偏小、中心强度过大的问题，本发明旨在提供 一种可获得边缘强度高、中心光强略低、大角度特定调制输出光场的微透镜阵列以及微透镜 阵列制备方法和光学检测装置。
本申请提供一种微透镜阵列，包括：基底和设置在所述基底上的微透镜层；所述微透镜 层由周期排列的微透镜单元构成，所述微透镜单元为周期性复合结构的微透镜。
根据本申请的一种实施方式，所述微透单元包括一个一维复合结构的微透镜阵列组成， 所述微透镜层的单个微透镜为：
上式中，g(x)为单个微透镜的光学结构表达式；K为正整数，k为0～K之间的正整数， C为单个微透镜的取值范围,取值长度为C0；m1(k)和n1(k)为和k相关的系数，t和x0为常数， 其中t≥2*C0,x0<C0。
根据本申请的一种实施方式，所述微透镜单元由二维复合结构微透镜阵列组成，所述微 透镜层单个微透镜为：
g(x,y)为单个微透镜的光学结构表达式；K为正整数，k为0～K之间的正整数， C为单个微透镜的取值范围,取值长度最大值为C1；m3(k)和n3(k)为和k相关的系数，tx、ty、 x1和y1为常数，其中tx、ty≥2*C1,x1、y1<C1。
根据本申请的一种实施方式，所述微透镜阵列包括以下类型中的一种或多种：折射型微 透镜阵列、衍射型微透镜阵列。
本申请还提供一种微透镜阵列制备方法，包括如下步骤：
提供一个基底；
在所述基底上涂覆光刻胶层；
制作一大周期透射光栅，置于光源和所述光刻胶层之间；
光源的光线经准直后入射所述大周期透射光栅进行调制，生成调制光强；
所述光刻胶层在调制光强内曝光一定时间后形成微透镜层，制得所述微透镜阵列。
根据本申请的一种实施方式，用于制备一维衍射微透镜阵列的所述调制光强函数满足：
上式中，f(x)为调制光强函数；K为正整数，k为0～K之间的正整数； C为单个微透镜的取值范围，取值长度为C0；m2(k)和n2(k)为和k相关的系数，T和x0为常数， 其中T≥2*C0,x0<C0，h(x)是矫正函数。
根据本申请的一种实施方式，所述用于制备二维微透镜阵列的调制光强函数满足：
上式中，f(x,y)为调制光强函数；K为正整数，k为0～K之间的正整数， C为单个微透镜的取值范围，取值长度为C1；m4(k)和n4(k)为和k相关的系数，Tx、Ty、x1、y1为常数，其中Tx、Ty≥2*C1,x1、y1<C1，h(x,y)是矫正函数。
本申请还提供一种光学检测装置，配备所述的微透镜阵列。
本发明的有益效果：
本发明微透镜阵列调制输出光场发散角度大、中心亮度低，有效提高检测范围和识别精 度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，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示出了微透镜阵列的使用方式。
图2示出了微透镜阵列的主视图。
图3示出了一维微透镜阵列的俯视图。
图4示出了二维微透镜阵列的俯视图。
图5a示出了本申请一维微透镜调制光场的理论输出曲线，图5b示出了本申请一维微透 镜阵列的理论光强平面分布。
图6示出了本申请二维微透镜阵列的理论光强平面分布。
图7示出了本申请微透镜阵列制备方法的流程图。
图8示出了制备过程的示意图。
图9示出了实施例中一维微透镜调制光场的实际输出曲线。
图10示出了实施例中一维微透镜阵列的实际光强平面分布。
图11示出了实施例中二维微透镜阵列的实际光强平面分布。
附图标号说明：
1-基底；
2-微透镜层；
3-微透镜单元。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明 中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例， 都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“中心”、“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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、 “第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、 “连接”、“相连”等应做广义理解，例如，“连接”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；可以是直接连接，也可以是通过中间媒 介间接相连，或者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 解上述术语在本发明中的具体含义。
如图2-图4所示，本实施例提供一种微透镜阵列，包括：基底1和设置在所述基底1上 的微透镜层2；所述微透镜层2由周期排列的微透镜单元3构成，所述微透镜单元3为周期性复合结构的微透镜。
本实施例中，具体参阅图3，所述微透单元包括一个一维复合结构的微透镜阵列组成， 所述微透镜层2的单个微透镜为：
上式中，g(x)为单个微透镜的光学结构表达式；K为正整数，k为0～K之间的正整数， C为单个微透镜的取值范围,取值长度为C0；m1(k)和n1(k)为和k相关的系数，t和x0为常数， 其中t≥2*C0,x0<C0。
本实施例中，具体参阅图4，所述微透镜单元3由二维复合结构微透镜阵列组成，所述 微透镜层2单个微透镜为：
g(x,y)为单个微透镜的光学结构表达式；K为正整数，k为0～K之间的正整数， C为单个微透镜的取值范围,取值长度最大值为C1；m3(k)和n3(k)为和k相关的系数，tx、ty、 x1和y1为常数，其中tx、ty≥2*C1,x1、y1<C1。
本实施例中，所述微透镜阵列包括以下类型中的一种或多种：折射型微透镜阵列、衍射 型微透镜阵列、微棱镜阵列、闪耀光栅。
图5a示出了本申请一维衍射微透镜调制光场的理论输出曲线，图5b示出了本申请一维 衍射微透镜阵列的理论光强平面分布。图6示出了本申请二维衍射微透镜调制光场的理论输 出曲线。从图中可知，本发明微透镜阵列调制输出光场具有发散角度大、中心亮度低的特点， 能有效提高检测范围和识别精度。
图7示出了本实施例还提供一种微透镜阵列制备方法，包括如下步骤：
S1：提供一个基底1；
S2：在所述基底1上涂覆光刻胶层；
S3：制作一大周期透射光栅，置于光源和所述光刻胶层之间；
S4：光源的光线经准直后入射所述大周期透射光栅进行调制，生成调制光强；
S5：所述光刻胶层在调制光强内曝光一定时间后形成微透镜层2；
S6：制得所述微透镜阵列。
上述过程的示意图如图8所示，本实施例中，用于制备一维微透镜阵列的所述调制光强 函数满足：
上式中，f(x)为调制光强函数；K为正整数，k为0～K之间的正整数； C为单个微透镜的取值范围，取值长度为C0；m2(k)和n2(k)为和k相关的系数，T和x0为常数， 其中T≥2*C0,x0<C0，h(x)是矫正函数。
本实施例中，所述微透镜阵列的调制光强函数满足：
上式中，f(x,y)为调制光强函数；K为正整数，k为0～K之间的正整数， C为单个微透镜的取值范围，取值长度为C1；m4(k)和n4(k)为和k相关的系数， Tx、Ty、x1、y1为常数，其中Tx、Ty≥2*C1,x1、y1<C1，h(x,y)是矫正函数。
本申请还提供一种光学检测装置，配备所述微透镜阵列。配备该微透镜阵列的光学检测 装置，能有效提高检测范围和识别精度。
图9示出了本实施例中一维衍射微透镜调制光场的实际输出曲线，图10示出了本实施 例一维衍射微透镜阵列的实际光强平面分布。经上述调制光强函数制成的一维衍射微透镜阵 列，其输出光场发散角度大、中心亮度低，有效提高检测范围和识别精度。
图11示出了本实施例中二维衍射微透镜调制光场的实际输出曲线。经上述调制光强函数 制成的二维衍射微透镜阵列，其调制输出光场发散角度大、中心亮度低，有效提高检测范围 和识别精度。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原 则之内，所作的任何修改、改进、等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种微透镜阵列，其特征在于，包括：基底和设置在所述基底上的微透镜层；所述微透镜层由周期排列的微透镜单元构成，所述微透镜单元为周期性复合结构的微透镜。
2.根据权利要求1所述的微透镜阵列，其特征在于，所述微透单元包括一个一维复合结构的微透镜阵列组成，所述微透镜层的单个微透镜为：
上式中，g(x)为单个微透镜的光学结构表达式；K为正整数，k为0～K之间的正整数，C为单个微透镜的取值范围，取值长度为C0；m1(k)和n1(k)为和k相关的系数，t和x0为常数，其中t≥2*C0，x0＜C0。
3.根据权利要求1所述的微透镜阵列，其特征在于，所述微透镜单元由二维复合结构微透镜阵列组成，所述微透镜层单个微透镜为：
g(x，y)为单个微透镜的光学结构表达式；K为正整数，k为0～K之间的正整数，C为单个微透镜的取值范围，取值长度最大值为C1；m3(k)和n3(k)为和k相关的系数，tx、ty、x1和y1为常数，其中tx、ty≥2*C1，x1、y1＜C1。
4.根据权利要求1至3任一项所述的微透镜阵列，其特征在于，所述微透镜阵列包括以下类型中的一种或多种：折射型微透镜阵列、衍射型微透镜阵列、微棱镜阵列、闪耀光栅。
5.一种微透镜阵列制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
提供一个基底；
在所述基底上涂覆光刻胶层；
制作一大周期透射光栅，置于光源和所述光刻胶层之间；
光源的光线经准直后入射所述大周期透射光栅进行调制，生成调制光强；
所述光刻胶层在调制光强内曝光一定时间后形成微透镜层，制得所述微透镜阵列。
6.根据权利要求5所述的微透镜阵列，其特征在于，用于制备一维微透镜阵列的所述调制光强函数满足：
上式中，f(x)为调制光强函数；K为正整数，k为0～K之间的正整数；C为单个微透镜的取值范围，取值长度为C0；m2(k)和n2(k)为和k相关的系数，T和x0为常数，其中T≥2*C0，x0＜C0，h(x)是矫正函数。
7.根据权利要求5所述的微透镜阵列制备方法，其特征在于，用于制备二维微透镜阵列的所述调制光强函数满足：
上式中，f(x，y)为调制光强函数；K为正整数，k为0～K之间的正整数，C为单个微透镜的取值范围，取值长度为C1；m4(k)和n4(k)为和k相关的系数，Tx、Ty、x1、y1为常数，其中Tx、Ty≥2*C1，x1、y1＜C1，h(x，y)是矫正函数。
8.一种光学检测装置，其特征在于，配备如权利要求1至4任一项所述的微透镜阵列。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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