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CN111338008A - 透光盖板及光学器件 - Google Patents

透光盖板及光学器件 Download PDF

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CN111338008A
CN111338008A CN202010144509.9A CN202010144509A CN111338008A CN 111338008 A CN111338008 A CN 111338008A CN 202010144509 A CN202010144509 A CN 202010144509A CN 111338008 A CN111338008 A CN 111338008A
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lens
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邹自立
陈文华
张合勇
陈嵩
白云峰
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Zhejiang Guangpo Intelligent Technology Co ltd
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Abstract

本发明提供一种透光盖板及光学器件，其中，透光盖板包括：盖板本体、形成于盖板本体上的匀光结构，匀光结构一体成型的设置于盖板本体上；匀光结构由若干至少一个微透镜单元组成，微透镜单元包括：第一微透镜以及第二微透镜。本发明的将盖板本体和匀光结构一体设置，如此有利于将光源模组简化为激光裸片，成本大大减少，且光源模组尺寸远大于激光裸片的尺寸，当大功率需求下，光源数量增加，裸片排布也比光源模组排布节省了大量的PCB布板空间。另外，仅需使用激光盖板的加工成本，既可以实现盖板的结构功能需求，同时实现匀光片的光学功能，更重要的是，光源仅需通过一次光学透镜透射而出，光效有明显提升，减少了整机功耗。

Description

透光盖板及光学器件
技术领域
本发明涉及光学技术领域，尤其涉及一种透光盖板及光学器件。
背景技术
当前的激光测距设备，如tof相机，其光源发射端包含激光模组和激光透盖。激光模组由激光裸片和匀光片(diffuser)封装而成，主要实现激光测试所需的照明需求。激光模组出射照明光束经过激光透盖投射出照明光斑。这种实现方式，从光学角度来看，光线先经过diffuer，透过率约85％，后经过激光透盖，光效也在85％左右，这样光线经过两次透射，光损失比较大。从成本角度，匀光片大多使用美国RPC公司diffuser，价格不菲，且光源模组远比激光裸片昂贵。因此，针对上述问题，有必要提出进一步地解决方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种透光盖板及光学器件，以克服现有技术中存在的不足。
为实现上述发明目的，本发明提供一种透光盖板，其包括：盖板本体、形成于所述盖板本体上的匀光结构，所述匀光结构一体成型的设置于所述盖板本体上；
所述匀光结构由若干至少一个微透镜单元组成，所述微透镜单元包括：第一微透镜以及第二微透镜；
所述第一微透镜的透镜曲面由CNC工艺圆角确定，该第一微透镜具有第一出光效果，所述第二微透镜的透镜曲面的最小曲率半径至少大于所述第一微透镜的透镜曲面的任意曲率半径，该第二微透镜具有第二出光效果，所述第二出光效果被设计成经所述第一微透镜形成的光斑与经所述第二微透镜形成的光斑在成像面向互补，使得所述透光盖板具有所需的出光效果。
作为本发明透光盖板的改进，所述第一微透镜分布于所述第二微透镜的周侧。
作为本发明透光盖板的改进，所述第一微透镜为多边形，所述第一微透镜包括多个拱形曲面，相邻的拱形曲面的边缘平滑连接。
作为本发明透光盖板的改进，所述第一微透镜包括：X方向相对设置的第一拱形曲面、Y方向相对设置的第二拱形曲面以及平滑连接所述第一拱形曲面和第二拱形曲面的第三拱形曲面。
作为本发明透光盖板的改进，所述第一微透镜分布于所述第二微透镜周侧的局部位置。
作为本发明透光盖板的改进，所述加工方法包括步骤：由CNC工艺的最小圆角确定第一微透镜，该第一透镜具有第一出光效果，根据该第一微透镜，模拟出第二微透镜，使得该第二微透镜具有第二出光效果，所述第二出光效果被设计成经所述第一微透镜形成的光斑与经所述第二微透镜形成的光斑在成像面向互补，使得所述透光盖板具有所需的出光效果，其中所述第二微透镜的透镜曲面的最小曲率半径至少大于所述第一微透镜的任意曲率半径。
作为本发明透光盖板的改进，所述微透镜单元为多个时，多个微透镜单元以阵列形式排布于所述盖板本体上。
作为本发明透光盖板的改进，所述盖板本体及其上的匀光结构采用相同材质一体成型。
作为本发明透光盖板的改进，所述盖板本体上还设置有适于透光盖板装配的安装结构。
为实现上述发明目的，本发明提供一种光学装置，其包括：光源、位于所述光源光路上的如上所述的透光盖板。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的将盖板本体和匀光结构一体设置，如此有利于将光源模组简化为激光裸片，成本大大减少，且光源模组尺寸远大于激光裸片的尺寸，当大功率需求下，光源数量增加，裸片排布也比光源模组排布节省了大量的PCB布板空间。另外，仅需使用激光盖板的加工成本，既可以实现盖板的结构功能需求，同时实现匀光片的光学功能，更重要的是，光源仅需通过一次光学透镜透射而出，光效有明显提升，减少了整机功耗。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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发明中记载的一些实施例，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本发明的透光盖板一实施例的立体示意图；
图2为本发明的微透镜单元中实施例1的主视图；
图3-5为图1中第一拱形曲面、第二拱形曲面、第三拱形曲面的位置关系示意图；
图6为本发明的微透镜单元中实施例3的主视图；
图7为本发明的微透镜单元为多个时的立体示意图；
图8为本发明的微透镜单元为多个时的立体示意图。
具体实施方式
下面结合各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。
本发明的技术构思为：对于tof相机而言，激光盖板、光源以及起光学作用的diffuser都为必不可少的，且希望以最少的成本和最简单的装配来实现，故考虑将自研匀光片与盖板做成一体，至少带来如下实实在在的好处：(1)将匀光片成本与激光盖板成本合二为一，相当于是省去了昂贵的美国垄断的diffuser成本(按照带diffuser光源模组采购，价格在60rmb，使用本发明的方案，光源裸片10rmb，盖板单价1rmb，省了49rmb)(2)diffuser光源模组尺寸至少是裸片的5～10倍，本方案在高功率情况下，PCB板空间大大减少且发射端整个结构空间可以做的很小。(3)市面上的光源模组照明角度为有限的类型，定制费用在2万美金左右，自研匀光更加自由，任意角度均可设计。(4)完成激光盖板的装配，就完成了光学装配，简化了装配。(5)光只透过激光盖板本身一次，大大节省了光效。
本发明的目的在于提供一种透光盖板，其包括：盖板本体100、形成于盖板本体100上的匀光结构200，匀光结构200一体成型的设置于盖板本体100上。
匀光结构200由若干至少一个微透镜单元组成，微透镜单元包括：第一微透镜以及第二微透镜。其中，微透镜单元为多个时，多个微透镜单元以阵列形式排布于盖板本体100上。
盖板本体100及其上的匀光结构200可以采用相同材质，如此设置有利于盖板本体100及其上的匀光结构200的一体成型。盖板本体100上还设置有适于透光盖板装配的安装结构101，具体地该安装结构101为设置于盖板本体100四角位置的凸伸螺孔。
上述微透镜单元包括：第一微透镜以及第二微透镜，上述第一微透镜和第二微透镜分别具有凸伸设置的透镜曲面。
其中，上述第一微透镜和第二微透镜在光学上互补设置，此处所称互补设置，主要是通过对两个微透镜的透镜曲面以及位置结构关系进行设置，获得合适的出光角度。
具体地，所述第一微透镜的透镜曲面由CNC工艺圆角确定，该第一微透镜具有第一出光效果，第二微透镜的透镜曲面的最小曲率半径至少大于第一微透镜的透镜曲面的任意曲率半径，该第二微透镜具有第二出光效果，第二出光效果被设计成经第一微透镜形成的光斑与经第二微透镜形成的光斑在成像面向互补，使得微透镜单元具有所需的出光效果。
基于上述技术构思，在实现方式上，上述微透镜单元可设置在一个一维的平面内，可替代地，也可在空间上设置在不同维度的平面内。当设置在不同维度的平面内时，可以是一个微透镜单元分布于不同的空间维度，也可是多个微透镜单元分别分布于不同的空间维度。即，可以是在一个维度的平面内设置第一微透镜和/或第二微透镜，在另一个维度的平面内设置与之配合地第一微透镜和/或第二微透镜。也可以是在一个维度的平面内设置一微透镜单元，在另一个维度的平面内按照与之配合的空间方位设置的另一微透镜单元。
进一步地，微透镜单元设置在不同维度的平面内时，分布于空间上不同平面内的第一微透镜和/或第二微透镜位设置，即不同平面内的第一微透镜在一个平面内的的投影保持不相重叠，不同平面内的第二微透镜在一个平面内的的投影保持不相重叠
本发明的微透镜单元根据需求的光斑形状，在形状上进行对应设置。具体而言，当需要形成圆形光斑时，微透镜单元的形状大致为圆形；当需要形成多边形光斑时，微透镜单元的形状大致为多边形；当需要形成异形的光斑时，微透镜单元的形状大致为异形。
成型工艺上，上述微透镜单元由如下加工方法加工成型：
由CNC工艺的最小圆角确定第一微透镜，该第一透镜具有第一出光效果，根据该第一微透镜，模拟出第二微透镜，使得该第二微透镜具有第二出光效果，所述第二出光效果被设计成经所述第一微透镜形成的光斑与经所述第二微透镜形成的光斑在成像面向互补，使得所述微透镜单元具有所需的出光效果，其中所述第二微透镜的透镜曲面的最小曲率半径至少大于所述第一微透镜的任意曲率半径。
下面结合具体地的实施例，对本发明的微透镜单元的技术方案进行举例说明。
实施例1
如图2所示，本实施例中，微透镜单元采用设置在一个一维的平面内的实施方式。为了形成矩形的光斑，微透镜单元的形状大致为矩形。
本实施例的微透镜单元包括：第一微透镜1以及第二微透镜2。
其中，第一微透镜1分布于第二微透镜2的周侧，即第一微透镜1围绕上述第二微透镜2连续设置。第一微透镜1的边缘与第二微透镜2的边缘平滑连接。由于本实施例的微透镜单元的形状大致为矩形，则位于第二微透镜2周侧的第一微透镜1被相应设置为一矩形环状结构。
上述矩形环状结构的第一微透镜1包括多个拱形曲面，相邻的拱形曲面的边缘平滑连接，各拱形曲面的表面的曲率参数可根据需求的出光角度设置为相同或者不同，上述相同和不同均涵盖部分相同或者部分不同的情形。
如图3-5所示，具体而言，多个拱形曲面按照如下方式设置，第一微透镜1包括：X方向相对设置的第一拱形曲面11、Y方向相对设置的第二拱形曲面12以及平滑连接第一拱形曲面11和第二拱形曲面12的第三拱形曲面13。其中，第三拱形曲面13为四个，四个第三拱形曲面13中两两对角方向设置。
第二微透镜2位于上述多个拱形曲面所围区域之间，其轮廓形状为内接于第一微透镜1的矩形。且第二微透镜2的透镜曲面也为拱形曲面。该拱形曲面的出光角度根据第一微透镜1的透镜曲面的出光角度补偿设计。成型方式上，可通过CNC工艺对第一微透镜1以及第二微透镜2的透镜曲面按照需求的出光角度加工成型。如此，既保证了常规CNC工艺可加工，又保证了光学效果，大大简化了其他微透镜阵列的加工方案，使得成本更加低廉，且设计自由度更高。
实施例2
本实施例中，微透镜单元采用设置在一个一维的平面内的实施方式。为了形成五边形的光斑，微透镜单元的形状大致为五边形。
本实施例的微透镜单元包括：第一微透镜以及第二微透镜。
其中，第一微透镜分布于第二微透镜的周侧，即第一微透镜围绕上述第二微透镜连续设置。第一微透镜的边缘与第二微透镜的边缘平滑连接。由于本实施例的微透镜单元的形状大致为五边形，则位于第二微透镜周侧的第一微透镜被相应设置为一五边形环状结构。
上述五边形环状结构的第一微透镜包括多个拱形曲面，相邻的拱形曲面的边缘平滑连接，各拱形曲面的表面的曲率参数可根据需求的出光角度设置为相同或者不同，上述相同和不同均涵盖部分相同或者部分不同的情形。具体而言，五边形环状结构的任一边均为一拱形曲面，且相邻的拱形曲面之间通过另一拱形曲面平滑连接。
第二微透镜位于上述多个拱形曲面所围区域之间，其轮廓形状为内接于第一微透镜的五边形。且第二微透镜的透镜曲面也为拱形曲面。该拱形曲面的出光角度根据第一微透镜的透镜曲面的出光角度补偿设计。成型方式上，可通过CNC工艺对第一微透镜以及第二微透镜的透镜曲面按照需求的出光角度加工成型。如此，既保证了常规CNC工艺可加工，又保证了光学效果，大大简化了其他微透镜阵列的加工方案，使得成本更加低廉，且设计自由度更高。
实施例3
如图6所示，本实施例中，微透镜单元采用在空间上设置在不同维度的平面内的实施方式。具体而言，是采用多个微透镜单元分别分布于不同的空间维度的实施方式。为了形成矩形的光斑，任一微透镜单元的形状大致为矩形。
本实施例的微透镜单元包括：第一微透镜1以及第二微透镜2。其中，第一微透镜1分布于第二微透镜2周侧的局部位置，且第一微透镜1的边缘与第二微透镜2的边缘平滑连接。
一个实施方式中，本实施例的微透镜单元为两个，两个微透镜单元层叠设置，此处所称层叠设置包括：两个微透镜单元相互靠在一起的情形或者两个微透镜单元之间具有一间距的情形。
任一微透镜单元中，第一微透镜1和第二微透镜2的透镜曲面均为柱形曲面，第一微透镜1和第二微透镜2的出光角度补偿设计。本实施例中，第一微透镜1凸起的柱形曲面，第二微透镜2为凹陷的柱形曲面。
相应地，第一微透镜1的柱形面与第二微透镜2的柱形面的尺寸根据需求进行设置，即在柱形面的宽度和高度上根据需求的出光角度对应设置。其中，第一微透镜1分布于第二微透镜2的两侧，此时两个微透镜单元正交设置，即两个组合微透镜的微透镜的布置方向上保持垂直。
成型方式上，可通过CNC工艺对第一微透镜1以及第二微透镜2的透镜曲面按照需求的出光角度加工成型。如此，既保证了常规CNC工艺可加工，又保证了光学效果，大大简化了其他微透镜阵列的加工方案，使得成本更加低廉，且设计自由度更高。
当上述微透镜单元为多个时，该多个微透镜单元以阵列形式进行排布。根据微透镜单元不同的实施例，下面结合具体地的实施例，对多个微透镜单元的技术方案进行举例说明。
实施例4
如图7所示，结合上述实施例1中的微透镜单元，多个微透镜单元10以阵列方式进行排布，且相邻的微透镜单元10平滑连接。矩形的第一微透镜为相邻微透镜单元的公共曲面。
实施例5
结合上述实施例2中的微透镜单元，多个微透镜单元以阵列方式进行排布，且相邻的微透镜单元平滑连接。五边形的第一微透镜为相邻微透镜单元的公共曲面。
实施例6
如图8所示，结合上述实施例3中的微透镜单元，两个微透镜单元层叠配合设置。其中，任一层中，多个微透镜单元10并排设置，且相邻的微透镜单元10平滑连接。即，任一第一微透镜与其两侧的第二微透镜平滑连接。
基于如上所述的透光盖板，本发明还提供一种光学装置，该光学装置应用该匀光器件实现照明的均匀出光，以满足实际的照明需求。该光学装置根据实际的产品的不同，可以表现为多种形式，例如该光学装置可以为一种激光测距设备。该激光测距设备具体可以为一种tof相机。
一个实施例中，该激光测距设备包括：光源、位于所述光源光路上的如上所述的透光盖板。该光源可以为一激光模组。该激光模组具体包括：激光裸片。此时，激光裸片经过上述透光盖板实现均匀出光。
综上所述，本发明的透光盖板具有第一微透镜和第二微透镜，二者光学互补，实现光束的均匀出射。同时，可根据不同的光源的特性，在大范围的入射角度以及不同的光强条件下，实现匀光的目的，充分满足实际的使用需求。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种透光盖板，其特征在于，所述透光盖板包括：盖板本体、形成于所述盖板本体上的匀光结构，所述匀光结构一体成型的设置于所述盖板本体上；
所述匀光结构由若干至少一个微透镜单元组成，所述微透镜单元包括：第一微透镜以及第二微透镜；
所述第一微透镜的透镜曲面由CNC工艺圆角确定，该第一微透镜具有第一出光效果，所述第二微透镜的透镜曲面的最小曲率半径至少大于所述第一微透镜的透镜曲面的任意曲率半径，该第二微透镜具有第二出光效果，所述第二出光效果被设计成经所述第一微透镜形成的光斑与经所述第二微透镜形成的光斑在成像面向互补，使得所述透光盖板具有所需的出光效果。
2.根据权利要求1所述的透光盖板，其特征在于，所述第一微透镜分布于所述第二微透镜的周侧。
3.根据权利要求2所述的透光盖板，其特征在于，所述第一微透镜为多边形，所述第一微透镜包括多个拱形曲面，相邻的拱形曲面的边缘平滑连接。
4.根据权利要求3所述的透光盖板，其特征在于，所述第一微透镜包括：X方向相对设置的第一拱形曲面、Y方向相对设置的第二拱形曲面以及平滑连接所述第一拱形曲面和第二拱形曲面的第三拱形曲面。
5.根据权利要求1所述的透光盖板，其特征在于，所述第一微透镜分布于所述第二微透镜周侧的局部位置。
6.根据权利要求1所述的透光盖板，其特征在于，所述加工方法包括步骤：由CNC工艺的最小圆角确定第一微透镜，该第一透镜具有第一出光效果，根据该第一微透镜，模拟出第二微透镜，使得该第二微透镜具有第二出光效果，所述第二出光效果被设计成经所述第一微透镜形成的光斑与经所述第二微透镜形成的光斑在成像面向互补，使得所述透光盖板具有所需的出光效果，其中所述第二微透镜的透镜曲面的最小曲率半径至少大于所述第一微透镜的任意曲率半径。
7.根据权利要求1所述的透光盖板，其特征在于，所述微透镜单元为多个时，多个微透镜单元以阵列形式排布于所述盖板本体上。
8.根据权利要求1所述的透光盖板，其特征在于，所述盖板本体及其上的匀光结构采用相同材质一体成型。
9.根据权利要求1所述的透光盖板，其特征在于，所述盖板本体上还设置有适于透光盖板装配的安装结构。
10.一种光学装置，其特征在于，所述光学装置包括：光源、位于所述光源光路上的如权利要求1～9任一项所述的透光盖板。
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