CN111239863B

CN111239863B - 匀光器及其制作方法、光发射模组、电子设备

Info

Publication number: CN111239863B
Application number: CN202010088941.0A
Authority: CN
Inventors: 冯坤亮; 李宗政; 陈冠宏
Original assignee: Jiangxi OMS Microelectronics Co Ltd
Current assignee: Oufei Microelectronics Nanchang Co ltd
Priority date: 2020-02-12
Filing date: 2020-02-12
Publication date: 2022-06-28
Anticipated expiration: 2040-02-12
Also published as: CN111239863A

Abstract

本发明公开了一种匀光器及其制作方法、光发射模组、电子设备。匀光器的制作方法包括：将多个基础多边形中每一个的顶点在基准面内随机偏移，以形成与所述多个基础多边形对应的多个随机多边形；根据所述多个随机多边形、多个微透镜中心和基础面型公式，生成匀光器模型；根据所述匀光器模型制作所述匀光器。由于匀光器中的多个微透镜的形状是随机分布的，随机性将打乱其干涉性，故能够有效消除干涉效应造成的光斑波纹不均问题。

Description

匀光器及其制作方法、光发射模组、电子设备

技术领域

本发明涉及电子设备领域，特别是涉及匀光器及其制作方法、光发射模组、电子设备。

背景技术

匀光器是一类能将输入光束变换成特定输出光束的微光学元件，能生成特定需求的光斑形状和能量分布。如图1所示，目前市场上的匀光器大多为规则的微透镜阵列元件，以实现均匀光斑照明，这种规则阵列元件中每个子透镜单元都是一样的形状大小，其特点是排布结构简单，易于设计和加工检测，但周期重复的结构在相干光源通过时干涉效应明显，如图2所示，在实际应用中往往会产生波纹状的光斑不均效果，对实际应用产生不良影响。

发明内容

本发明提供一种匀光器的制作方法以及电子设备，旨在解决现有的匀光器在实际应用中往往会产生波纹状的光斑不均效果的问题。

第一方面，本发明提供了一种匀光器的制作方法，所述匀光器包括基底和设置于所述基底的出光面上的多个微透镜，所述匀光器的制作方法包括步骤：

将多个基础多边形中每一个的顶点在基准面内随机偏移，以形成与所述多个基础多边形对应的多个随机多边形，其中，所述基准面用于表征所述基底的出光面，所述基准面上阵列分布有多个基础多边形区域，每一个基础多边形区域具有相应的基础多边形以及对应基础多边形的顶点，所述随机偏移用于表征顶点偏移的方向、次数和距离中的至少一个为随机，随机偏移后的任意一个基础多边形的顶点用于限定出与所述任意一个基础多边形对应的随机多边形，任意一个随机多边形用于表征对应的所述微透镜于所述基底上投影的边界；

根据所述多个随机多边形、多个微透镜中心和基础面型公式，生成匀光器模型，其中，任意一个微透镜中心用于表征对应的所述微透镜于所述基底上投影的中心；

根据所述匀光器模型制作所述匀光器。

本申请通过随机偏移的方式形成了微透镜在基底上的不规则边界，由于匀光器中的多个微透镜的形状是随机分布的，随机性将打乱其干涉性，故能够有效消除干涉效应造成的光斑波纹不均问题。并且，本申请是通过少量参数控制所有微透镜的随机效果，有利于匀光器的整体设计优化。

在一个实施例中，所述根据所述匀光器模型制作所述匀光器的步骤，具体为：模拟检测所述匀光器模型的光学效果；若所述匀光器模型的光学效果满足预设条件，则根据所述匀光器模型制作所述匀光器；

其中，在所述模拟检测所述匀光器模型的光学效果的步骤之后，所述匀光器的制作方法还包括步骤：若所述匀光器模型的光学效果不满足所述预设条件，则调整所述多个随机多边形、所述多个微透镜中心和所述基础面型公式中的至少一项，以生成调整后的匀光器模型；模拟检测所述调整后的匀光器模型的光学效果；若所述调整后的匀光器模型的光学效果满足所述预设条件，则根据所述调整后的匀光器模型制作所述匀光器。

在一个实施例中，所述顶点随机偏移的距离为0.05a-0.2a，其中，a为所述基础多边形的边长的平均值。

在一个实施例中，在所述根据所述多个随机多边形、多个微透镜中心和基础面型公式，生成匀光器模型的步骤之前，所述匀光器的制作方法还包括步骤：在每一个所述随机多边形内随机确定一个微透镜中心，以得到所述多个微透镜中心。

在一个实施例中，任意一个所述随机多边形内的微透镜中心与所述任意一个所述随机多边形对应的基础多边形的中心之间的距离为b，且b＜0.1a，其中，a为所述基础多边形的边长的平均值。

第二方面，本发明还提供一种匀光器，所述匀光器为采用第一方面各种实施例中任一项所述的匀光器的制作方法制成的匀光器。

本申请的匀光器中的多个微透镜的形状是随机分布的，随机性将打乱其干涉性，故能够有效消除干涉效应造成的光斑波纹不均问题。

在一个实施例中，所述匀光器中的每一个微透镜于所述匀光器的基底上投影的边界的平均边长为s，且s为10μm-50μm。

在一个实施例中，s为30μm-40μm。

在一个实施例中，所述匀光器中的微透镜均包括远离所述匀光器的基底的顶面，每一个所述微透镜的顶面的顶点处的曲率半径为R，且R为5μm-100μm。

在一个实施例中，R为20μm-60μm。

第三方面，本发明还提供一种光发射模组，包括第二方面各种实施例中任一项所述的匀光器。

第四方面，本发明还提供一种电子设备，包括第三方面各种实施例中任一项所述的光发射模组。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，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为现有的匀光器的结构示意图；

图2为图1中的匀光器的远场出射光场分布示例；

图3为本发明的一实施例提供的匀光器的制作方法的流程示意图；

图4为本发明的又一实施例提供的匀光器的制作方法中多个随机多边形的分布示意图；

图5为本发明的又一实施例提供的匀光器的制作方法中多个随机多边形的分布示意图；

图6为本发明的一实施例提供的匀光器的结构示意图；

图7为图6中的匀光器的远场出射光场分布示例。

具体实施方式

下面将结合本发明的具体实施例中的附图，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，都属于本发明保护的范围。

针对上述问题，如图3所示，本申请提供了一种匀光器的制作方法，所述匀光器的制作方法包括但不限于如下步骤：

步骤S310：将多个基础多边形中每一个的顶点在基准面内随机偏移，以形成与所述多个基础多边形对应的多个随机多边形。

具体的说，匀光器包括基底和设置于基底上的多个微透镜，基底包括相对的入光面和出光面，多个微透镜设置于基底的出光面上。在通过软件对匀光器进行仿真设计时，会预先设置用于表征基底的出光面的基准面，即该基准面相当于是基底的出光面。如图4和图5，基准面上阵列分布有多个基础多边形区域，每一个基础多边形区域具有相应的基础多边形以及对应基础多边形的顶点。其中，基础多边形区域一般为三角形、四变形、五边形等规则的多边形区域，例如，基础多边形区域为矩形区域，该矩形区域具有矩形边界以及四个顶点。

将每一个基础多边形的顶点在基准面内做一定的随机偏移，随机偏移是指顶点在基准面内偏移的方向、次数和距离中的至少一个为随机。可选的，在一具体的实施例中，任意一个基础多边形的任意一个顶点随机偏移的距离为0.05a-0.2a，其中，a为基础多边形的边长的平均值。

随机偏移后的任意一个基础多边形的顶点用于限定出与任意一个基础多边形对应的随机多边形，即将一个基础多边形随机偏移后的顶点连接，则能够形成一个随机多边形，那么将多个基础多边形随机偏移后的顶点分别连接，则能够对应形成多个随机多边形，其中，任意一个随机多边形用于表征对应的微透镜于基底上投影的边界，即一个随机多边形代表一个微透镜于基底上投影的边界。例如，如图4所示，基础多边形为四边形，将一个基础多边形A1的四个顶点D1、D2、D3和D4随机偏移一次(图4中箭头为顶点偏移的方向)，即可得到偏移后的顶点d1、d2、d3和d4，将偏移后的顶点d1、d2、d3和d4依次连接，就能得到基础多边形A1对应的随机多边形S1。

由于一个基础多边形的每一个顶点偏移的方向、次数和距离中的至少一个为随机的，那么由该基础多边形形成的随机多边形的边数、边长以及相邻两个边之间的夹角也都会随机的，故由多个基础多边形能够形成多个形状各异的随机多边形。例如，当基础多边形为四边形时，若随机将四边形的每个顶点随机变为1到2个顶点，则可以随机产生4-8边形，例如，如图5所示，将基础多边形A2为四边形，将基础多边形A2的一个顶点D5进行两次随机偏移(图5中箭头为顶点偏移的方向)，那么由一个顶点D5就能得到两个偏移后的顶点d51和d52。再如，当基础多边形为八边形时，若随机将八边形中任意四个顶点中的每个顶点都随机偏移一次，那么每个顶点会产生0到1个顶点(顶点变成0个是指八边形中偏移后的两个顶点重合，进而两个顶点变成一个顶点，相当于消除了一个顶点)，则也可以随机产生4-8边形。

步骤S320：根据所述多个随机多边形、多个微透镜中心和基础面型公式，生成匀光器模型。

具体的说，任意一个微透镜中心用于表征对应的微透镜于基底上投影的中心。其中，多个微透镜中心可以是预先选定的。当然，多个微透镜中心也可以是随机选择的，例如，在一具体的实施例中，在所述根据所述多个随机多边形、多个微透镜中心和基础面型公式，生成匀光器模型的步骤之前，所述匀光器的制作方法还包括步骤：在每一个所述随机多边形内随机确定一个微透镜中心，以得到所述多个微透镜中心。这样在每一个随机多边形内的一个随机位置设置该随机多边形内的微透镜中心，这样多个微透镜的形状和中心均是随机分布的，有利于有效消除干涉效应造成的光斑波纹不均问题。可选的，在一具体的实施例中，任意一个随机多边形内的微透镜中心与任意一个随机多边形对应的基础多边形的中心之间的距离为b，且b＜0.1a，其中，a为基础多边形的边长的平均值。

确定了多个随机多边形和多个微透镜中心，也相当于确定了多个微透镜于基底上投影的边界和中心，再结合预先选定的微透镜的基础面型公式，就可以唯一确定多个微透镜的形貌。其中，基础面型公式可以根据实际情况进行选定。例如，基础面型公式可以为偶次非球面公式1-1。

其中，r²＝x²+y²，c＝1/R，R为曲面顶点曲率半径，k为圆锥系数，α₁、α₂、α₃、α₄、α₅、α₆为高次项系数。可选的，公式1-1可以采用如下两组参数。

	R	k	α<sub>1</sub>	α<sub>2</sub>	α<sub>3</sub>	α<sub>4</sub>	α<sub>5</sub>
								参数组1	0.013888	-1.16301	0	5684.618896	-1.256212237e<sup>7</sup>	6.481978431e<sup>9</sup>	0
参数组2	0.021081	-0.7528	0	0	0	0	0

再如，基础面型公式可以为双锥面公式1-2。

其中，c_x，c_y，k_x，k_y分别为x，y截面的顶点曲率和圆锥系数。

步骤S330：根据所述匀光器模型制作所述匀光器。

具体地说，在得到匀光器模型之后，可以根据匀光器模型的设计参数来制作匀光器。可选的，根据匀光器模型制作匀光器可以通过如下步骤来实现。

首先，模拟检测所述匀光器模型的光学效果。

然后，若所述匀光器模型的光学效果满足预设条件，则根据所述匀光器模型制作所述匀光器。

具体的说，在根据多个随机多边形、多个微透镜中心和基础面型公式等设计参数生成匀光器模型之后，可以使用软件模拟匀光器模型的整体光学效果。若匀光器模型的光学效果满足预设条件，则根据匀光器模型制作匀光器。若匀光器模型的光学效果不满足预设条件，调整各项设计参数，直至根据调整后的设计参数生成的匀光器模型的光学效果满足预设条件。其中，调整各项设计参数的方法有多种，可以是调整基础面型公式中的面型对应的曲率系数、圆锥系数、高次项系数等，例如，当基础面型公式为球面公式时，通过调整球面公式的R值，可以明显调整整体元件的聚焦效果；也可以是调整允许的随机偏移数据，每次的随机偏移数据效果是不一样的，需要多次生成随机数据，找到最佳随机数据。

可选的，若匀光器模型的光学效果不满足预设条件，则调整多个随机多边形、多个微透镜中心和基础面型公式中的至少一项，以生成调整后的匀光器模型；模拟检测调整后的匀光器模型的光学效果；若调整后的匀光器模型的光学效果满足预设条件，则根据调整后的匀光器模型制作匀光器。

本申请还提供了一种匀光器，该匀光器为采用如上所述的匀光器的制作方法制成的匀光器。

如图6所示，该匀光器100包括基底(未在图中示出)和多个微透镜1。基底包括相对的入光面和出光面，多个微透镜1设置于基底的出光面上。并且，每一个微透镜1包括靠近基底的底面、以及远离基底的顶面。

在一具体的实施例中，每一个微透镜1于基底上投影的边界的平均边长为s，且s为10μm-50μm。通过优化s的范围，不但避免了微透镜1太大或太小不利于加工成型的问题，还能避免微透镜1太小导致衍射效应变强，反射光难以控制的问题。进一步的，s为30μm-40μm。

在一具体的实施例中，每一个微透镜1的顶面的顶点(每一个微透镜1的顶点即该微透镜1的顶面与光轴之间的交点)处的曲率半径为R，且R为5μm-100μm。R值通常是与s值相关的，实际设计时最佳R值就在s值的0.5-2倍之间，通过优化R值范围，有利于实现产品设计。进一步的，R为20μm-60μm。

本申请的匀光器100中的多个微透镜1的形状是随机分布的，随机性将打乱其干涉性，故能够有效消除干涉效应造成的光斑波纹不均问题(请对比图2和图7，现有的匀光器有波纹问题，而本申请的匀光器100没有波纹问题)。

本申请还提供了一种光发射模组，该光发射模组包括如上所述的匀光器。

本申请还提供了一种电子设备，该电子设备可以为平板电脑、手机、笔记本电脑、车载设备、可穿戴设备、手电筒、台灯或投影灯等设备。具体的，该电子设备包括如上所述的光发射模组。

以上对本申请实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims

1.一种匀光器的制作方法，所述匀光器包括基底和设置于所述基底的出光面上的多个微透镜，其特征在于，所述匀光器的制作方法包括步骤：

根据所述匀光器模型制作所述匀光器；

所述顶点随机偏移的距离为0.05a-0.2a，其中，a为所述基础多边形的边长的平均值；

所述根据所述匀光器模型制作所述匀光器的步骤，具体为：

模拟检测所述匀光器模型的光学效果；

若所述匀光器模型的光学效果满足预设条件，则根据所述匀光器模型制作所述匀光器；

其中，在所述模拟检测所述匀光器模型的光学效果的步骤之后，所述匀光器的制作方法还包括步骤：

若所述匀光器模型的光学效果不满足所述预设条件，则调整所述多个随机多边形、所述多个微透镜中心和所述基础面型公式中的至少一项，以生成调整后的匀光器模型；

模拟检测所述调整后的匀光器模型的光学效果；

若所述调整后的匀光器模型的光学效果满足所述预设条件，则根据所述调整后的匀光器模型制作所述匀光器。

2.如权利要求1所述的匀光器的制作方法，其特征在于，在所述根据所述多个随机多边形、多个微透镜中心和基础面型公式，生成匀光器模型的步骤之前，所述匀光器的制作方法还包括步骤：

在每一个所述随机多边形内随机确定一个微透镜中心，以得到所述多个微透镜中心。

3.如权利要求2所述的匀光器的制作方法，其特征在于，任意一个所述随机多边形内的微透镜中心与所述任意一个所述随机多边形对应的基础多边形的中心之间的距离为b，且b＜0.1a，其中，a为所述基础多边形的边长的平均值。

4.一种匀光器，其特征在于，为采用如权利要求1至3任意一项所述的匀光器的制作方法制成的匀光器。

5.如权利要求4所述的匀光器，其特征在于，所述匀光器中的每一个微透镜于所述匀光器的基底上投影的边界的平均边长为s，且s为10μm-50μm。

6.如权利要求5所述的匀光器，其特征在于，s为30μm-40μm。

7.如权利要求4所述的匀光器，其特征在于，所述匀光器中的微透镜均包括远离所述匀光器的基底的顶面，每一个所述微透镜的顶面的顶点处的曲率半径为R，且R为5μm-100μm。

8.如权利要求7所述的匀光器，其特征在于，R为20μm-60μm。

9.一种光发射模组，其特征在于，包括如权利要求4至8任意一项所述的匀光器。

10.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求9所述的光发射模组。