一种补光设备或照明设备、拍摄设备及车辆的制作方法

1.本技术涉及光学技术领域，尤其涉及一种补光设备或照明设备、拍摄设备及车辆。


背景技术：

2.现有的补光设备或照明设备通常存在着眩光问题，由此造成射出的光束较为刺眼，带来较为不好的用户体验。较为典型的是在监控场景中，拍摄设备如视频监控设备、摄像机等对物体进行拍摄时，由于拍摄的角度及环境光线的明暗不同，会使拍摄的图像不清晰，尤其是在夜晚甚至会拍摄不到物体图像，此时通常会使用补光灯对物体进行补光。
3.拍摄设备通常对补光强度有要求，例如单sensor构架的拍摄设备，补光强度要求一般在10-40lux。对于双sensor架构的拍摄设备补光强度一般在0.5-5lux。同时由于监控场景中补光灯需要直接照射目标物体，也就是说补光灯发出的光线会直接照射人眼，眩光程度极高，若不采用技术手段降低眩光，会有极大的刺眼感。


技术实现要素：

4.为了克服上述问题，本技术的实施例提供了一种补光设备或照明设备，实现在同等光强下，降低补光设备或照明设备的眩光影响。
5.本技术提供一种补光设备或照明设备，至少包括光源、第一透镜和微透镜阵列，其中光源用于提供光束；第一透镜和微透镜阵列依次设置在补光设备或照明设备的主光轴上，第一透镜用于对光束进行等亮度调制或等照度调制；微透镜阵列用于将第一透镜调制后的光束调制为间隔分布的多个子光斑。
6.可以理解的是，光源产生的光束可以为补光光束或照明光束，例如当为补光设备时，光源产生的光束为补光光束，当为照明设备时，光源产生的光束为照明光束。
7.本技术提供的补光设备或照明设备通过第一透镜和微透镜阵列对光束的调制，降低人眼感受到的亮度，进而起到降低眩光的目的。
8.在一个可能的实现中，微透镜阵列调制后的光束在位于其传输路径上的接收面第一预设距离的接收面上形成周期分布的多个子光斑，该接收面距离补光设备或照明设备第一预设距离。
9.示例性的，第一预设距离为小于或等于1m，即微透镜阵列调制后的光束在距离微透镜阵列的出光面1m以内的接收面上形成间隔分布的多个子光斑，例如形成周期分布的多个子光斑。
10.在一个可能的实现中，多个子光斑中各个子光斑至少在第一方向上光斑形状相同，第一方向垂直于补光设备或照明设备的光轴，也就是说，多个子光斑至少在子午方向上光斑形状相同，或者在弧矢方向上光斑形状相同，或者在子午方向或弧矢方向上的光斑形状均相同(即多个光斑形状完全相同)。
11.在一个示例中，可以通过设置微透镜的面型来实现子光斑的形状相同，例如，微透镜阵列中多个微透镜的面型相同，则产生的多个子光斑的形状相同。
12.可选的，在接收面上多个子光斑中相邻子光斑间隔距离相差小于或等于预设阈值，例如预设阈值为0，即多个子光斑中相邻子光斑间隔距离相等，或者预设阈值为0.1μm，即人眼难以分辨的相差，人眼看上去是间隔相等分布的多个子光斑。
13.在一个示例中，可以通过调整设计微透镜阵列的布局来实现接收面上的多个子光斑间隔均匀，例如，微透镜阵列中相邻微透镜之间的间隔距离相等或相差小于预设阈值，也就是说，微透镜阵列中多个微透镜间隔均匀布置，该预设阈值例如为0.1μm，为人眼以分辨的相差，也就是说，人眼看上去微透镜阵列中多个微透镜仍是间隔均匀分布。
14.在另一个可能的实现中，多个子光斑中相邻子光斑之间的间隔基于补光设备或照明设备的出光面至多个子光斑所在接收面的距离、修正系数和人眼极限角分辨率确定；其中，修正系数与光源尺寸和/或光源分布相关。如此，人眼感受到的补光设备或照明设备产生的光斑的亮度是被空间和大脑迟滞平均后的亮度，实现人眼感受到的亮度进一步下降，进而进一步降低眩光影响。
15.在另一个可能的实现中，微透镜阵列中各个微透镜的入光面的面型均为第一自由曲面，第一自由曲面的面型基于光束的入射角度设计，实现各个子光斑均具有高截止性，也就是说，子光斑与间隔之间的亮度变化是陡变得，是不连续的，例如从子光斑的亮度很高，间隔的亮度很低。
16.在另一个可能的实现中，第一透镜与微透镜阵列分体设置；第一透镜的出光面为凸面，且第一透镜的出光面的面型的尺寸为光源的包络面的尺寸的1.06-4倍。
17.上述“第一透镜的出光面的面型的尺寸为光源的包络面的尺寸的1.06-4倍”可以理解为，第一透镜的出光面的表面积为光源的包络面的表面积的1.06-4倍。
18.在另一个可能的实现中，第一透镜的出光面的面型为第二自由曲面，通过将第一透镜的出光面的面型设置为第二自由曲面，以实现对光源产生的光束等亮度调制或等照度调制。
19.在一个示例中，第二自由曲面可以根据光源发出光束确定，例如，第二自由曲面的第一自由线段的一阶导数与第一自由线段对应的光源的包络面的能量变化相关，第一自由线段为补光设备或照明设备的任一子午面与第二自由曲面的交线。
20.在另一个可能的实现中，第二自由曲面为旋转对称面型，实现当透镜对子午方向和弧矢方向的等亮度调制或等照度调制。
21.在另一个可能的实现中，光源、第一透镜和微透镜阵列三者之间的位置关系满足第一透镜的入光面与光源之间的距离大于或等于0.2mm，且小于或等于20mm；第一透镜的出光面与微透镜阵列之间的距离大于或等于2mm，且小于或等于50mm。
22.在另一个可能的实现中，第一透镜还可以由多个子透镜构成，例如第一透镜包括第一子透镜和第二子透镜，第一子透镜和第二子透镜沿光束传输方向依次设置；第一子透镜的出光面将光束在第一方向上进行等亮度调制或等照度调制，第二子透镜的出光面将光束在第二方向上进行等亮度调制或等照度调制，第一方向和第二方向均与主光轴垂直，且第一方向与第二方向相互垂直。
23.在另一个可能的实现中，第一子透镜的入光面与光源之间的距离大于或等于0.2mm，且小于或等于20mm；第二子透镜的出光面与微透镜阵列之间的距离大于或等于2mm，且小于或等于50mm。
24.在另一个可能的实现中，微透镜阵列中各个微透镜的入光面的尺寸大于或等于第一透镜的出光面尺寸的1/30，且小于或等于第一透镜的出光面尺寸的1/15。
25.在另一个可能的实现中，微透镜阵列中各个微透镜的厚度大于或等于第一透镜的厚度的1/48，且小于或等于第一透镜的厚度的1/18。
26.在另一个可能的实现中，补光设备或照明设备还包括第二透镜，第二透镜与第一透镜和微透镜阵列同轴设置，用于将补光设备或照明设备的光场限定在预设区域。例如，在道路监控领域中，预设区域可以是目标车道，且距离拍摄设备15m-50m的区域，超过这个区域光场截止，减少无效补光区域，降低光污染，减少对司机的光照影响，提高用户体验。
27.在另一个可能的实现中，第二透镜设置在经微透镜阵列调制后的光束的传输路径上，用于对微透镜调制后的光束进行调制。
28.可选的，微透镜阵列设置于第二透镜的入光面上。
29.在另一个可能的实现中，第二透镜设置在第一透镜与微透镜阵列之间，用于对第一透镜调制后的光束进行调制。
30.可选的，微透镜阵列设置在第二透镜的出光面上。
31.可选的，微透镜阵列与第二透镜一体成型。
32.在另一个可能的实现中，第二透镜的出光面为凸面，且面型为第三自由曲面，使得用户从不同角度眼睛感受到的亮度仅为第二透镜出光面的部分亮度，但同时整个出光表面都在发光，从而进一步降低人眼感受到的光照亮度。
33.在另一个可能的实现中，第三自由曲面基于第一透镜的入光面与光源之间的距离、第一透镜的出光面与微透镜阵列之间的距离、第一透镜的出光面的面型、微透镜阵列中多个微透镜的分布和微透镜阵列中各个微透镜的入光面的面型中的一种或多种确定，换言之，第二透镜的出光面的面型设计与第一透镜的出光面的面型、微透镜阵列中多个微透镜的分布、微透镜阵列中各个微透镜的入光面的面型、以及光源、第一透镜和微透镜阵列三者之间的位置关系中的一个或多个因素设计确定。
34.在另一个可能的实现中，微透镜阵列中各个微透镜的入光面的尺寸大于或等于第二透镜的出光面尺寸的1/30，且小于或等于第二透镜的出光面尺寸的1/15。
35.在另一个可能的实现中，微透镜阵列中各个微透镜的厚度大于或等于第二透镜的厚度的1/48，且小于或等于第二透镜的厚度的1/18。
36.在另一个可能的实现中，第一透镜与微透镜阵列为一体结构，微透镜阵列设置在第一透镜的出光面上。
37.在另一个可能的实现中，第一透镜的入光面用于对光束调制进行等亮度调制或等照度调制，第一透镜的出光面用于对等亮度调制或等照度的光束进行光场分配，以将补光设备或照明设备的光场限定在预设区域。
38.在另一个可能的实现中，第一透镜的入光面为凸面，且第一透镜的入光面的面型的尺寸为光源的包络面的尺寸的1.06-4倍。
39.可选的，第一透镜的入光面的面型为第四自由曲面，通过将第一透镜的出光面的面型设置为第四自由曲面，以实现对光源产生的光束等亮度调制或等照度调制。
40.在一个示例中，第四自由曲面可以根据光源发出光束确定，例如，第四自由曲面的第二自由线段的一阶导数与第二自由线段对应的所述光源的包络面的能量变化相关，所述
第二自由线段为所述补光设备或照明设备的任一子午面与所述第四自由曲面的交线。
41.可选的，第四曲面为旋转对称面型。
42.在另一个可能的实现中，光源与微透镜阵列之间的距离为0.2mm-50mm。
43.在另一个可能的实现中，第一透镜的出光面为第五自由曲面。
44.在另一个可能的实现中，第五自由曲面基于第一透镜的入光面与光源之间的距离、第一透镜的入光面与微透镜阵列之间的距离、第一透镜的入光面的面型、微透镜阵列中多个微透镜的分布和微透镜阵列中各个微透镜的入光面的面型中的一种或多种确定。
45.第二方面，本技术还提供一种拍摄设备，包括第一方面所述的补光设备。
46.第三方面，本技术还提供一种车辆，包括第一方面所述的照明设备。
附图说明
47.下面对实施例或现有技术描述中所需使用的附图作简单地介绍。
48.图1为本技术实施例提供的补光灯设备的结构示意图；
49.图2为本技术实施例提供的补光灯设备的剖面图；
50.图3为微透镜阵列设置于第二透镜的入光面上时，一种第二透镜的结构示意图；
51.图4为微透镜阵列设置于第二透镜的入光面上时，一种第二透镜的剖面图；
52.图5为微透镜阵列设置于第二透镜的入光面上时，另一种第二透镜的结构示意图；
53.图6为经透镜组件调制后的光束在接收面上形成周期分布的光斑示意图；
54.图7为对第二透镜的出光面进行网格划分的网格示意图。
具体实施方式
55.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行描述。
56.在本技术的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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技术和简化描述，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技术的限制。
57.在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“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，还可以是抵触连接或一体的连接；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技术中的具体含义。
58.眩光是指视野中由于不适宜亮度分布，或在空间或时间上存在极端的亮度对比，以致引起视觉不舒适和降低物体可见度的视觉条件。现有的补光设备或照明设备多存在眩光问题，尤其是补光设备对补光强度有一定要求且需要补光束直射人眼，因此需要在保证一定的补光强度和照射角度的前提下，解决眩光问题。
59.为了解决上述问题，本技术实施例提出一种补光设备或照明设备，包括光源和透镜组件，透镜组件包括若干光学透镜，通过改造透镜组件，进而重新设计光路，实现降低眩光。下面详细介绍本技术实施例提供的补光设备或照明设备的光路设计和结构设计方案。
60.下面以补光设备为例介绍本技术实施例提供的补光设备或照明设备，照明设备的光路和结构与补光设备类似，可参见补光设备的描述。
61.图1和2分别为本技术实施例提供的一种补光设备的结构示意图和剖面图。如图1和图2所示，本技术实施例提供的补光设备包括光源10、透镜组件20，其中光源10用于产生补光光束，透镜组件20设置在补光光束传输路径上，用于对补光光束进行等亮度调制和低眩光特性进行调制，以使人眼的感受亮度大幅降低，进而降低补光设备的眩光。
62.示例性的，透镜组件20包括沿光束传输方向依次设置的第一透镜21和第二透镜22，其中，第二透镜22的入光面上设置由多个微透镜组成的微透镜阵列23。
63.可选的，微透镜阵列23与第二透镜22一体设置，例如，微透镜阵列23与第二透镜22一体成型，或者在第二透镜22的入光面上采用合适的工艺雕刻出微透镜阵列23，即在第二透镜22的入光面上形成由多个微透镜组成的微透镜阵列23。
64.可选的，微透镜阵列23也可通过合适的连接方式设置于第二透镜22的入光面上，例如，微透镜阵列23通过粘贴，卡接等连接方式贴附于第二透镜22的入光面上。
65.第一透镜21用于对补光光束进行第一次调制，将补光光束进行等亮度调制，以使入射到微透镜阵列23中每个微透镜的入光面上的光斑都是等亮度的，微透镜阵列23用于对补光光束进行第二次调制，针对视网膜进行弥散调光，使人眼实际感受到的亮度降低，第二透镜22用于对补光光束进行第三次调制，将补光光束根据补光角度需要进行光场分布，将光场分布限定在预设区域。
66.经过透镜组件20进行多次调制后的补光光束，人眼感受到的亮度下降明显，经试验测试本技术实施例提供的补光灯在照度下降不明显的情况下，测试亮度下降65％-80％，在光场分布限定的预设区域内眩光下降70％，光场分布的限定区域外眩光下降95％。例如，在道路监控场景中，通过透镜组件对补光光束的调制后，将补光区域限定在目标车道(目标车道可以为单车道或多车道)且距离补光设备15m-50m的区域，50m外的区域几乎没有光场分布，相较于现有的补光设备补光区域通常为0-100m，本技术实施例提供的补光设备极大的减少了光污染，降低对过往车辆的影响，目标车道距补光设备15m-50m的区域眩光下降70％，50m外的区域眩光下降95％，也就是说，车辆在通过监控路段时，会更晚的受到光照影响，即使进入到补光区域，也几乎没有太大的刺眼感，极大提升了用户体验，保证了行车安全。
67.在本实施例中，可以通过对第一透镜的出光面211的面型设计，来实现第一透镜21对补光光束的等亮度调制的目的。
68.示例性的，可确定第一透镜的出光面211的面型尺寸和设置位置，然后再对第一透镜的出光面211的面型进行设计以实现对补光光束的等亮度调制。
69.可选的，第一透镜的出光面211的面型尺寸为光源的包络面的1.06-4倍，第一透镜的入光面212距离光源0.2mm-20mm设置，以保证第一透镜21和光源10不产生干涉，且留有安装余量和散热气流通道。
70.参见图1，第一透镜的出光面211为凸面，且面型为自由曲面，该自由曲面的面型基于光源10发出的光束确定，也即根据光源10的包络面的能量变化确定。例如，第一透镜的出光面211与任一子午面相交形成的自由线段的一阶导数与该自由线段对应的光源的包络面的能量变化相关。也就是说，出光面上的自由线段的一阶导数的变化趋势和该自由线段对应的光源的包络面的能量变化相关。具体的，对出光面上的自由线段与该自由线段对应的光源的包络线进行微分化，使通过每个线段的光都是等亮度的。如此，实现从第一透镜出射
的光场为等亮度的光场。
71.对于光源的包络面能量分布较为简单的情况下，仅针对第一透镜的出光面的面型进行设计即可实现对补光光束的亮度整形(即等亮度调制)，此时，本技术实施例对第一透镜的入光面的面型不做限定，第一透镜的入光面可以根据实际情况选择合适的面型，例如较为容易加工的各种规则的几何面型，平面、球面、抛物面、椭球面等。
72.但是对于光源较为复杂的情况，在只有第一透镜的出光面一个自由度不足以完成对光源进行亮度整形时，可以将第一透镜的入光面也设计为自由曲面，增加一个自由度以实现对补光光束的亮度整形。
73.可以理解的是，自由线段对应的光源的包络面的含义为，与第一透镜的出光面相交形成自由线段的子午面或弧矢面与光源的包络面相交的包络线。
74.可选的，第一透镜21可以为单体光学透镜，第一透镜的出光面的第一自由曲面的面型为旋转对称面型。
75.可选的，第一透镜21可以包括多个光学透镜，由多个光学透镜配合完成对补光光束的等亮度调制。例如，第一透镜21包括第一子透镜和第二子透镜，第一子透镜和第二子透镜沿补光光束传输方向依次设置。第一子透镜的出光面将补光光束在子午方向(即第一方向)上进行等亮度调制，第二子透镜的出光面将补光光束在弧矢方向(即第二方向)上进行等亮度调制，最终实现对补光光束的等亮度调制，使经第一透镜调制后的补光光束入射到微透镜阵列中每个微透镜的入光面上的光斑的亮度都是相等的，或者亮度差别很小。
76.分别通过对第一子透镜和第二子透镜的出光面的设计来实现上述第一子透镜和第二子透镜的在子午方向或弧矢方向的等亮度调制。例如第一子透镜的出光面在子午方向上为自由曲面，负责子午方向上的等亮度调制；第二子透镜的出光面在弧矢方向上为自由曲面，负责弧矢方向上的等亮度调制。第一子透镜的自由曲面的面型和第二子透镜的自由曲面的面型确定方法与上文中第一透镜的第一自由曲面的面型确定方法类似，区别仅在于第一透镜的第一自由曲面需要考虑子午方向和弧矢方向的亮度整形，是三个维度运算，而第一子透镜的自由曲面和第二子透镜的自由曲面则只需要考虑子午方向或弧矢方向的亮度整形即可，是二维运算，简化了运算过程。
77.第一子透镜和第二子透镜可以正交设置，第一子透镜和第二子透镜具有低相关性，更有利于第一子透镜和第二子透镜的加工成型。
78.微透镜阵列23用于对补光光束进行针对人眼视网膜的弥散调制，以降低眩光。在一个示例中，可以先确定微透镜阵列中每个微透镜的尺寸，例如，每个微透镜的入光面的尺寸为第二透镜的出光面尺寸的1/30至1/15倍，每个微透镜的厚度(也即在光轴方向上的尺寸)为第二微透镜的厚度(也即在光轴方向上的尺寸)的1/48至1/18倍。
79.可选的，微透镜阵列23可以将补光光束仅在子午方向或弧矢方向上进行调制，将补光光束调制为在子午方向或弧矢方向上间隔分布的多个子光斑，此时，微透镜阵列23中每个微透镜的入光面仅在子午方向或弧矢方向为自由曲面(参见图3和图4)，该自由曲面在子午方向或弧矢方向的函数符合多项式函数f(x)＝1+ax+bx2+cx3+dx4+ex5+fx6+
…
。
80.可选的，微透镜阵列23将补光光束在子午方向和弧矢方向均进行调制，将补光光束调制为在子午方向和弧矢方向上间隔分布的多个子光斑，此时，微透镜阵列23中每个微透镜的入光面在子午方向和弧矢方向均为自由曲面(参见图5)，该自由曲面在子午方向和
弧矢方向的函数符合多项式函数f(x)＝1+ax+bx2+cx3+dx4+ex5+fx6+
…
。
81.在一个示例中，多个子光斑在预设距离接收面上形成非周期分布的多个子光斑，此时，对微透镜阵列23中的各个微透镜的分布和各个微透镜的入光面的面型没有特殊要求，只要各个微透镜间隔分布可实现将补光光束调制为多个间隔分布的子光斑即可，例如，各个微透镜可以间隔均匀设置也可以间隔非均匀设置，各个微透镜的入光面的面型可以相同或不同，例如多个微透镜的入光面可以均为自由曲面或非自由曲面，可以其中一部分为自由曲面，另一部分为非自由曲面，可以根据实际需要进行设置，本技术实施例不进行限定。
82.在另一个示例中，多个子光斑在预设距离接收面上形成周期分布的多个子光斑，也就是说，调制后的光斑具有明暗周期性特点，例如，多个子光斑形成周期分布，即一个子光斑和一个间隔为一个周期；或者多组子光斑形成周期分布，即相邻的n个子光斑为一组，每组子光斑和每组子光斑之间的间隔形成一个周期。
83.多个子光斑在预设距离接收面上形成周期分布的多个子光斑可以仅通过微透镜阵列23调制实现，也可以通过微透镜阵列23和第二透镜22共同配合调制实现。
84.示例性的，仅通过微透镜阵列23调制实现的方案为：通过将各个周期内的微透镜的分布和入光面的面型进行相同设置，以实现多个子光斑的周期分布，例如，微透镜阵列中多个微透镜间隔均匀分布，且各个微透镜的入光面的面型均相同(参见图3-5)，例如微透镜的入光面的面型均为自由曲面，则微透镜阵列调制出的光束在接收面上形成的多个子光斑为间隔均匀分布的多个子光斑，且各个子光斑的形状和亮度均相同。
85.可以理解的是，补光光束通过第一透镜21调制已经为等亮度的光场了，因此微透镜阵列23无需再对补光光束的亮度进行调制，只需将第一透镜21调制后的补光光束进行周期性调制即可。
86.为了进一步降低眩光，使预设距离接收面上的周期分布的多个子光斑，相邻周期子光斑之间的间距符合大脑迟滞条件，即相邻周期子光斑之间的间距r基于公式r＝kt*p确定，其中，k为修正系数，与光源尺寸和/或光源分布相关，例如光源为多个led灯珠组成，光源尺寸则为多个led灯珠的尺寸，光源分布则为多个led灯珠的分布；t为补光设备的出光面与接收面之间的距离；p为人眼极限角分辨率。例如，相邻微透镜之间的间距为r。如此，人眼观察到的补光灯射出的光束是被空间和大脑迟滞平均后的亮度，人眼感受到的亮度下降65％-80％，进一步降低补光设备的眩光。
87.通过微透镜阵列23和第二透镜22配合调制实现的方案为：微透镜阵列23调制后的光束入射到第二透镜的出光面221上，再通过第二透镜的出光面221进行调制，以实现多个子光斑在接收面上形成周期分布的多个子光斑。即通过设置第二透镜的出光面221的面型实现对光束的进一步调制，第二透镜的出光面221为自由曲面(参见图1-2)，该自由曲面的面型与微透镜阵列23调制后的入射光束有关，也就是说，第二透镜的出光面221的面型设计要考虑微透镜阵列23中多个微透镜的分布和各个微透镜的入光面的面型。
88.需要解释的是，本技术实施例提及的在接收面上形成多个间隔分布的子光斑的含义为，通过近距离高倍率放大镜观察到的接收面上的光斑为间隔分布，也就是说，本技术实施例提供的补光设备经过透镜调制后的光束照射至近距离(例如1m以内)的接收面上行的多个子光斑，通过高倍率放大镜观察为间隔周期分布的(参见图6)。但是实际通过人眼观察
接收面上为一整个连续的光斑，即人眼并不会观察到多个子光斑，例如，本技术实施例提供的补光设备应用于道路监控场景后，其补光光束照射至目标道路的路面上形成的光斑，通过人眼观察光斑是连续的光斑，并不会观察到明暗相间的光斑。
89.第二透镜22再对微透镜阵列23调制后的补光光束进行进一步的调制，以使补光设备的光场分布在需要的预设区域，即补光区域，例如，当应用于道路监控场景时，拍摄设备需要补光的道路区域为距离拍摄设备15-50m的区域，则经过第二透镜调制后的补光光束形成的光场则限定在距离拍摄设备15-50m的目标道路区域，相比于现有的补光设备的补光区域多为0-100m，在50m以外的无效补光区域仍然存在光场分布，本技术实施例提供的补光设备极大降低了光污染，车辆在通过监控路段时，会更晚的受到光照影响，即使进入到补光区域，也几乎没有太大的刺眼感，极大提升了用户体验，保证了行车安全。
90.为了进一步降低补光设备的眩光影响，还可以对第二透镜的出光面231进行进一步设计，将第二透镜的出光面231的面型设置为自由曲面，使经过第二透镜的出光光斑具有均匀性和高截止性，也就是说，若对第二透镜的出光面进行虚拟网格划分(参见图7)，每个网格对应一个微透镜，在预设距离(例如20cm)观察测试每个网格的亮度值，则每个网格的亮度值是均匀的，即遍历所有相邻的网格不存在亮度跳变，同时各个网格的光斑具有高截止性，即从光强10％降低至0极为陡峭。如此，不仅实现了将光场分布限定在需要补光的区域，区域外不存在光场分布，而且由于人眼在不同角度观察到的第二透镜的出光面仅为部分出光面，仅能看到部分微透镜调制后的子光斑的亮度，实现人眼在与光轴不同的夹角方向观察到的亮度均低于透镜表面的实际亮度值，进一步降低补光设备的眩光。
91.继续参见图1和图2，第二透镜的出光面221为凸面，且面型为自由曲面，该自由曲面的面型基于第一透镜的入光面212与光源10之间的距离、第一透镜的出光面211与微透镜阵列23之间的距离、第一透镜的出光面211的面型、微透镜阵列23中多个微透镜的分布和微透镜阵列23中各个微透镜的入光面的面型中的一种或多种确定，以实现上述第二透镜22对补光光束的调制的目的。
92.本技术实施例提供的补光设备，通过第一透镜21、微透镜阵列23和第二透镜22对补光光束进行三次调制，实现将补光设备的光场限定在需要的区域，同时在工作距离内对人眼眩光下降明显的补光光场分布，且对目标物照度无明显下降。
93.需要解释的是，本技术实施例提供的补光设备对光源10不进行限定，光源10可以根据实际需要进行选择合适的光源，例如可以是led灯、卤素灯、荧光灯、节能灯、无极灯等作为补光设备的光源。
94.本技术实施例提供的补光设备的透镜组件20的光轴与补光区域的夹角为5-15
°
，例如在道路监控领域中，补光设备的透镜组件20的光轴与目标道路之间的夹角为5-15
°
，光场分布在15-50m区域内照度最大，超出该区域照度近乎线性下降，当车辆由远处行驶至补光区域时，司机眼睛感受到的亮度值为先逐步增大，当经过光轴与道路交叉位置(此位置位于补光区域内即距离补光设备15-50m区域内)时感受到的亮度最大，但是此时人眼感受到的亮度仍比现有补光设备的亮度低65％，测试数据低40％，继续靠近补光设备，人眼感受到的亮度会逐步降低。
95.需要理解的是，除了上文提及的光源和透镜组件，补光设备还可以包括镜筒，镜筒中设置有容置空间，光源、透镜组件均设置与镜筒内，镜筒内设置若干固定部，用于将光源、
透镜组件中各个透镜固定，以使光源、透镜组件中各个透镜保持设定的距离，以满足透镜组件对补光光束的调制需求。
96.在一些其他的可能实现中，补光设备的微透镜阵列与第二透镜还可以为分体结构，微透镜阵列作为单独的光学元件设置。示例性的，第一透镜、微透镜阵列和第二透镜沿补光光束传输方向依次设置，即微透镜阵列设置于第一透镜和第二透镜之间；或者第一透镜、第二透镜和微透镜阵列沿补光光束的传输方向依次设置，即第二透镜设置在第一透镜和微透镜阵列之间，例如他微透镜阵列可以设置在第二透镜的出光面上。
97.当微透镜阵列设置于第一透镜和第二透镜之间时，第一透镜、微透镜阵列和第二透镜的作用不变，具体实现详见上文中的描述，为了简洁，这里不再赘述。
98.当第二透镜设置在第一透镜和微透镜阵列之间，第一透镜的作用不变，第二透镜的作用为将第一透镜调制后的光束进行配光以将光场分布限定在预设区域，微透镜阵列的作用是将经第二透镜出射的光束针对人眼视网膜的弥散调制，具体实现详见上文中微透镜阵列调制部分描述，为了简洁，这里不再赘述。
99.在一些其他的可能实现中，补光设备的透镜组件仅包括第一透镜和微透镜阵列，不包括第二透镜。第一透镜与微透镜阵列沿补光光束的传输方向依次设置，第一透镜的作用与上文中相同，仍是对补光光束进行等亮度调制，保证入射到微透镜阵列中每个微透镜的入光面上的光斑均是等亮度的，微透镜阵列再对经第一透镜调制后的补光光束进行低眩光特性调制，即微透镜阵列的作用是将经第二透镜出射的光束针对人眼视网膜的弥散调制，具体实现详见上文中微透镜阵列调制部分描述，为了简洁，这里不再赘述。
100.在本可能实现中，微透镜阵列中各个微透镜的尺寸根据第一透镜确定，例如，各个微透镜的入光面的尺寸为第一透镜的出光面尺寸的1/30至1/15倍，各个微透镜的厚度为第一微透镜的厚度的1/48至1/18倍。
101.可选的，微透镜阵列与第一透镜分体设置，此时微透镜阵列作为单独的光学元件存在，与第一透镜间隔设置，或者设置与第一透镜的出光面上。
102.可选的，微透镜阵列与第一透镜一体设置，例如，微透镜与第一透镜一体成型，或者通过合适的工艺在第一透镜的出光面上雕刻出微透镜阵列，即在第一透镜的出光面上形成由多个微透镜组成的微透镜阵列。此时，光源与微透镜阵列之间的距离为0.2mm-50mm。
103.在一些其他的可能实现中，补光设备的透镜组件仅包括第一透镜和微透镜阵列，不包括第二透镜。第一透镜与微透镜阵列沿补光光束的传输方向依次设置。
104.第一透镜的作用与上文描述的不同，第一透镜的入光面的作用与上文中的第一透镜的出光面的作用相同，即将补光光束进行等亮度调制，以使入射到第一透镜的出光面上的光斑为等亮度的；第一透镜的入光面的面型与上文中的第一透镜的出光面的面型相同，即为凸面且面型为自由曲面，第一透镜的入光面的尺寸为光源的包络面的尺寸的1.06-4倍。
105.第一透镜的出光面的作用与上文中的第二透镜的出光面作用相同，具体实现详见上文中第二透镜的出光面部分描述，也即第一透镜的出光面的面型为凸面，且面型为自由曲面，该自由曲面基于第一透镜的入光面与光源之间的距离、第一透镜的入光面与微透镜阵列之间的距离、第一透镜的入光面的面型、微透镜阵列中多个微透镜的分布和微透镜阵列中各个微透镜的入光面的面型中的一种或多种确定。
106.微透镜阵列中各个微透镜的入光面的面型尺寸基于第一透镜的出光面确定，例如，各个微透镜的入光面的面型为第一透镜的出光面尺寸的1/30至1/15倍，各个微透镜的厚度为第一微透镜的厚度的1/48至1/18倍。
107.微透镜阵列的作用与上文中的微透镜阵列作用相同，多个微透镜的分布与面型参见上文中的具体描述，为了简洁，这里不再赘述。
108.在一些其他的可能实现中，第一透镜的作用是将补光光束进行等照度调制，以使照射到微透镜阵列中各个微透镜的入光面上的光斑都是等照度的，或者照射到第二透镜的入光面上的各个区域的光斑都是等照度的。也即第一透镜的入光面或出光面的面型仅针对光束的等照度进行设计即可，无需考虑等亮度调制问题，也就是说第一透镜的入光面或出光面与上文中描述的第一透镜的入光面或出光面的面型不同，等照度调制面型设计可参照现有技术，本实施例不进行限定。
109.微透镜阵列和第二透镜的作用与上文描述相同，这里不再赘述。
110.也就是说本可能实现中的补光设备的光场分布是等照度的，相对于上文描述的补光设备防眩光性能可能略有下降，但是仍高于现有的补光设备。
111.本技术实施例还提供一种拍摄设备，例如手机、平板、电脑、相机、监控设备和行车记录仪等具有拍摄功能的设备，该拍摄设备具有上文提及的补光设备，以实现在环境光照不佳的情况下对目标拍摄物进行补光，且降低补光光束的眩光影响，降低目标拍摄物(例如人)由于眩光而产生的不适感。
112.本技术实施例还提供一种车辆，具有上文提及的照明设备，例如该照明设备可以作为车辆的前车灯，在满足照度要求的情况下，降低夜间对其他车辆或行人的眩光影响，提升行车安全。
113.在本说明书的描述中，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适合的方式结合。
114.最后说明的是：以上实施例仅用以说明本技术的技术方案，而对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的范围。

技术特征：
1.一种补光设备或照明设备，其特征在于，包括：光源，用于提供光束；第一透镜，设置在所述光束的传输路径上，用于对所述光束进行等亮度调制或等照度调制；微透镜阵列，设置在经所述第一透镜调制后的光束的传输路径上，用于将所述第一透镜调制后的光束调制为间隔分布的多个子光斑。2.根据权利要求1所述的补光设备或照明设备，其特征在于，所述微透镜阵列调制后的光束在接收面上的至少在第一方向上形成周期分布的多个子光斑，所述第一方向垂直于所述补光设备或照明设备的光轴，所述接收面位于所述微透镜阵列调制后的光束的传输路径上，且与所述补光设备或照明设备的距离处于预设范围。3.根据权利要求2所述的补光设备或照明设备，其特征在于，所述第一预设距离小于或等于1m。4.根据权利要求2或3所述的补光设备或照明设备，其特征在于，所述多个子光斑中的各个子光斑至少在所述第一方向上光斑形状相同。5.根据权利要求2-4任一所述的补光设备或照明设备，其特征在于，在所述接收面上形成的所述多个子光斑中的相邻子光斑间隔距离相差小于或等于预设阈值。6.根据权利要求5所述的补光设备或照明设备，其特征在于，所述多个子光斑中相邻子光斑之间的间隔基于所述补光设备或照明设备的出光面至所述接收面的距离、修正系数和人眼极限角分辨率确定；其中，所述修正系数与所述光源的尺寸和/或所述光源的分布相关。7.根据权利要求1-6任一项所述的补光设备或照明设备，其特征在于，所述微透镜阵列中相邻微透镜之间的间隔距离相差小于或等于预设阈值。8.根据权利要求1-7任一项所述的补光设备或照明设备，其特征在于，所述微透镜阵列中各个微透镜的入光面的面型相同。9.根据权利要求8所述的补光设备或照明设备，其特征在于，所述微透镜阵列中各个微透镜的入光面的面型均为第一自由曲面。10.根据权利要求1-9任一项所述的补光设备或照明设备，其特征在于，所述第一透镜与所述微透镜阵列分体设置；所述第一透镜的出光面为凸面，且所述第一透镜的出光面的面型的尺寸为所述光源的包络面的尺寸的1.06-4倍。11.根据权利要求10所述的补光设备或照明设备，其特征在于，所述第一透镜的出光面的面型为第二自由曲面。12.根据权利要求11所述的补光设备或照明设备，其特征在于，所述第二自由曲面的第一自由线段的一阶导数与所述第一自由线段对应的所述光源的包络面的能量变化相关，所述第一自由线段为补光设备或照明设备的任一子午面与所述第二自由曲面的交线。13.根据权利要求10-12任一项所述的补光设备或照明设备，其特征在于，所述第二自由曲面为旋转对称面型。14.根据权利要求10-13任一项所述的补光设备或照明设备，其特征在于，所述第一透镜的入光面与所述光源之间的距离大于或等于0.2mm，且小于或等于20mm；所述第一透镜的
出光面与所述微透镜阵列之间的距离大于或等于2mm，且小于或等于50mm。15.根据权利要求10所述的补光设备或照明设备，其特征在于，所述第一透镜包括第一子透镜和第二子透镜，所述第一子透镜和第二子透镜沿所述光束传输方向依次设置；所述第一子透镜的出光面将所述光束在第一方向上进行等亮度调制或等照度调制，所述第二子透镜的出光面将经所述第一子透镜调制后的光束在第二方向上进行等亮度调制或等照度调制，所述第一方向和第二方向均与所述补光设备或照明设备的光轴垂直，且所述第一方向与所述第二方向相互垂直。16.根据权利要求10-15任一项所述的补光设备或照明设备，其特征在于，还包括第二透镜，所述第二透镜与所述第一透镜和微透镜阵列同轴设置，用于将所述补光设备或照明设备的光场限定在预设区域。17.根据权利要求16所述的补光设备或照明设备，其特征在于，所述第二透镜设置在经所述微透镜阵列调制后的光束的传输路径上，用于对所述微透镜调制后的光束进行光场分配。18.根据权利要求17所述的补光设备或照明设备，其特征在于，所述微透镜阵列设置于所述第二透镜的入光面上。19.根据权利要求16所述的补光设备或照明设备，其特征在于，所述第二透镜设置在所述第一透镜与所述微透镜阵列之间，用于对所述第一透镜调制后的光束进行光场分配。20.根据权利要求19所述的补光设备或照明设备，其特征在于，所述微透镜阵列设置在所述第二透镜的出光面上。21.根据权利要求16-20任一项所述的补光设备或照明设备，其特征在于，所述第二透镜的出光面为凸面，且面型为第三自由曲面。22.根据权利要求21所述的补光设备或照明设备，其特征在于，所述第三自由曲面基于所述第一透镜的入光面与所述光源之间的距离、所述第一透镜的出光面与所述微透镜阵列之间的距离、所述第一透镜的出光面的面型、所述微透镜阵列中多个微透镜的分布和所述微透镜阵列中各个微透镜的入光面的面型中的一种或多种确定。23.根据权利要求1-9任一项所述的补光设备或照明设备，其特征在于，所述第一透镜与所述微透镜阵列为一体结构，所述微透镜阵列设置在所述第一透镜的出光面上。24.根据权利要求23所述的补光设备或照明设备，其特征在于，所述第一透镜的入光面用于对所述光束调制进行等亮度调制或等照度调制，所述第一透镜的出光面用于对所述灯亮度或等照度的光束进行光场分配，以将所述补光设备或照明设备的光场限定在预设区域。25.一种拍摄设备，其特征在于，包括如权利要求1-24任一项所述的补光设备。26.一种车辆，其特征在于，包括入权利要求1-24任一项所述的照明设备。

技术总结
一种补光设备或照明设备，至少包括光源、第一透镜和微透镜阵列，其中光源用于提供光束；第一透镜和微透镜阵列依次设置在补光设备或照明设备的光轴上，第一透镜用于对光束进行等亮度调制或等照度调制；微透镜阵列用于将第一透镜调制后的光束调制为间隔分布的多个子光斑。本申请提供的补光设备或照明设备通过第一透镜和微透镜阵列对光束的调制，降低人眼实际感受到的亮度，进而实现降低眩光的目的。进而实现降低眩光的目的。进而实现降低眩光的目的。


技术研发人员：石昌寿 陈传书 岑松原
受保护的技术使用者：华为技术有限公司
技术研发日：2022.02.24
技术公布日：2023/9/7