光扩散器的制作方法

1.本实用新型涉及光学设备技术领域，具体而言，涉及一种光扩散器。


背景技术：

2.目前行业内实现测距的方式主要有双目、结构光和tof，其中双目精度较低，结构光结构复杂成本高，而tof有足够的精度且成本稍低，已有流行推广的趋势。tof通常由一个发射端和一个接收端组成，其中发射端主要由一个vcsel光源和一个光扩散器(diffuser)组成。
3.现有的光扩散器主要采用一种尺寸的微透镜的周期阵列来实现所需的光场分布，由于阵列结构规律性强，各微透镜间存在规律的光程差，使得产品最终显示的光斑形成明显的衍射条纹，影响产品的使用。
4.也就是说，现有技术中的光扩散器存在衍射条纹明显的问题。


技术实现要素：

5.本实用新型的主要目的在于提供一种光扩散器，以解决现有技术中的光扩散器存在衍射条纹明显的问题。
6.为了实现上述目的，本实用新型提供了一种光扩散器，包括：微透镜阵列层，微透镜阵列层具有多级区域，多级区域至少包括一级区域、二级区域和三级区域，多级区域由a*b个一级区域构成，至少部分一级区域由c*d个二级区域构成，至少部分二级区域由e*f个三级区域构成，以使得至少一个低级区域由多个高级区域构成，各级区域中均具有与之尺寸匹配的微透镜。
7.进一步地，多级区域至少还包括四级区域、五级区域和六级区域，至少部分三级区域由m*n个四级区域构成，至少部分四级区域由q*g个五级区域构成，至少部分五级区域由j*r个六级区域构成，各级区域均经一次矩形网格划分形成，多级区域的矩形网格划分次数大于等于5次。
8.进一步地，一个低级区域中的高级区域的数量大于等于2个且小于等于20个。
9.进一步地，一个低级区域中的多个高级区域的大小均相同或不相同。
10.进一步地，多级区域的尺寸大于光扩散器的有效显示区域，且多级区域的长度和宽度均大于10um。
11.进一步地，3*3的低级区域中的至少两个低级区域的中的高级区域的数量不同。
12.进一步地，多级区域包括最高级区域和最低级区域，多级区域的尺寸是最高级区域的尺寸的3倍以上。
13.进一步地，多级区域的尺寸是最低级区域的尺寸的3倍以上。
14.进一步地，最低级区域的尺寸是最高级区域的尺寸的3倍以上。
15.进一步地，微透镜的表面为自由曲面、柱面、球面和锥形面中的一种，微透镜的尺寸大于等于10um且小于等于1000um。
16.应用本实用新型的技术方案，光扩散器包括微透镜阵列层，微透镜阵列层具有多级区域，多级区域至少包括一级区域、二级区域和三级区域，多级区域由a*b个一级区域构成，至少部分一级区域由c*d个二级区域构成，至少部分二级区域由e*f个三级区域构成，以使得至少一个低级区域由多个高级区域构成，各级区域中均具有与之尺寸匹配的微透镜。
17.微透镜阵列层具有多级区域，且至少一个低级区域由多个高级区域构成，各级区域中均具有与之尺寸匹配的微透镜，这样设置通过对微透镜阵列层进行多级划分，从而使得越往高级的微透镜的尺寸越小，进而通过多级区域中的微透镜的合理排布，使得微透镜间的光程差不同，进而使得多级区域能够有效避免微透镜间存在光程差从而导致衍射条纹明显的问题，使得本技术的光扩散器能够有效消除衍射条纹现象，提高成像质量。
附图说明
18.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
19.图1示出了现有技术中的光扩散器的微透镜阵列层的排布示意图；
20.图2示出了图1中的光扩散器的照度分布图；
21.图3示出了本实用新型的一个可选实施例的光扩散器的示意图；
22.图4示出了图3中的光扩散器的多级区域进行网格划分的示意图；
23.图5示出了图4中的一级区域进行网格划分的示意图；
24.图6示出了图5中的二级区域进行网格划分的示意图；
25.图7示出了本实用新型的一个可选实施例的光扩散器的微透镜阵列层的示意图；
26.图8示出了对微透镜进行等比例缩放的示意图；
27.图9示出了本实用新型的一个可选实施例的光扩散器的照度分布图；
28.图10示出了本实用新型的另一个可选实施例的光扩散器的多级区域的网格化分割示意图。
29.其中，上述附图包括以下附图标记：
30.10、光扩散器；11、微透镜阵列层；111、微透镜；20、多级区域；30、一级区域；40、二级区域；50、三级区域。
具体实施方式
31.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
32.需要指出的是，除非另有指明，本技术使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
33.在本实用新型中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的，或者是针对部件本身在竖直、垂直或重力方向上而言的；同样地，为便于理解和描述，“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外，但上述方位词并不用于限制本实用新型。
34.如图1和图2所示，为现有技术中的光扩散器的微透镜的排列图及光扩散器的照度
图。如图1所示，传统光扩散器为微透镜周期阵列排布方式，单个微透镜尺寸为a*b，光扩散器的尺寸为a*b，微透镜的排布的行数m＝a/a，排布的列数n＝b/b，微透镜铺满光扩散器的有效区域，由于所有微透镜为等大小等距排布，所以光源通过光扩散器时，各微透镜间产生了相等的光程差，进而得到的照度光斑产生明暗相间的横竖条纹，也就是衍射条纹(如图2所示)，严重影响光扩散器的使用。
35.为了解决现有技术中的光扩散器存在衍射条纹明显的问题，本实用新型提供一种光扩散器。
36.如图3至图10所示，光扩散器10包括微透镜阵列层11，微透镜阵列层11具有多级区域20，多级区域20至少包括一级区域30、二级区域40和三级区域50，多级区域20由a*b个一级区域30构成，至少部分一级区域30由c*d个二级区域40构成，至少部分二级区域40由e*f个三级区域50构成，以使得至少一个低级区域由多个高级区域构成，各级区域中均具有与之尺寸匹配的微透镜111。
37.微透镜阵列层11具有多级区域20，且至少一个低级区域由多个高级区域构成，各级区域中均具有与之尺寸匹配的微透镜111，这样设置通过对微透镜阵列层11进行多级划分，从而使得越往高级的微透镜111的尺寸越小，进而通过多级区域20中的微透镜111的合理排布，使得微透镜111间的光程差不同，进而使得多级区域20能够有效避免微透镜111间存在光程差从而导致衍射条纹明显的问题，使得本技术的光扩散器10能够有效消除衍射条纹现象，提高成像质量。
38.具体的，多级区域20至少还包括四级区域、五级区域和六级区域，至少部分三级区域50由m*n个四级区域构成，至少部分四级区域由q*g个五级区域构成，至少部分五级区域由j*r个六级区域构成，各级区域均经一次矩形网格划分形成，多级区域20的矩形网格划分次数大于等于5次。
39.需要说明的是，上述的低级区域和高级区域是二者之间是相对而言来说的，低级区域与高级区域之间的级数差值等于1，如果一级区域30为低级区域，则二级区域40为高级区域；如果二级区域40为低级区域，则三级区域50为高级区域；如果三级区域50为低级区域，则四级区域为高级区域，以此类推。具体的，多个一级区域30中的至少一个一级区域30由多个二级区域40构成，至少一个二级区域40由多个三级区域50构成，至少一个三级区域50由多个四级区域构成，至少一个四级区域由多个五级区域构成，至少一个五级区域由多个六级区域构成，以此类推。一个低级区域通过一次矩形网格划分形成多个高级区域，在本技术中，矩形网格划分的次数大于5次，也就是说，本技术的多级区域20的最低包括一级区域30至六级区域，当然还可包括七级区域、八级区域等以上的区域。
40.在本技术的一个可选实施例中，a等于b、c等于d、e等于f、m等于n、q等于g、j等于r；在本技术的另一个可选实施例中，a不等于b、c不等于d、e不等于f、m不等于n、q不等于g、j不等于r。
41.具体的，一个低级区域中的高级区域的数量大于等于2个且小于等于20个。也就是说一个一级区域30中的二级区域40的数量大于等于2个且小于等于20个，一个二级区域40中的三级区域50的数量大于等于2个且小于等于20个，一个三级区域50中的四级区域的数量大于等于2个且小于等于20个，一个四级区域中的五级区域的数量大于等于2个且小于等于20个，一个五级区域中的六级区域的数量大于等于2个且小于等于20个，以此类推。
42.具体的，在本技术的具体实施例中，各级区域的形状均为矩形，一个低级区域中的多个高级区域的大小均相同或不相同。也就是说一个低级区域中的多个高级区域可以是如图4、图5中所示的大小相等的矩形；一个低级区域中的多个高级区域也可以是如图10所示的，大小不相等的矩形。
43.具体的，多级区域20的尺寸大于光扩散器10的有效显示区域，由于光扩散器10的有效显示区域的尺寸一般在大于10um且小于10000um的范围内，所以多级区域20的长度和宽度均大于10um。
44.具体的，3*3的低级区域中的至少两个低级区域的中的高级区域的数量不同。进一步，在3*3的一级区域30的范围内，其中至少两个一级区域30的中的二级区域40的数量不同；在3*3的二级区域40的范围内，其中至少两个二级区域40的中的三级区域50的数量不同；在3*3的三级区域50的范围内，其中至少两个三级区域50的中的四级区域的数量不同，以此类推。优选地，3*3的低级区域中的高级区域的数量各不相同。
45.在本技术的具体实施例中，多级区域20包括最高级区域和最低级区域，多级区域20的尺寸是最高级区域的尺寸的3倍以上。最高级区域的尺寸是多级区域20中最小的，最低级区域的尺寸是多级区域20中最大的。
46.具体的，多级区域20的尺寸是最低级区域的尺寸的3倍以上。最低级区域的尺寸是最高级区域的尺寸的3倍以上。
47.另外，微透镜111的表面为自由曲面、柱面、球面和锥形面中的一种，微透镜111的尺寸大于等于10um且小于等于1000um。
48.下面结合具体实施例及附图来描述本技术的光扩散器10的微透镜阵列层11的多级区域20的形成方式。
49.如图3所示，单个微透镜111的尺寸为a*b，光扩散器10的设计尺寸的长宽分别为k*a和k*b，光扩散器10的尺寸要大于或等于光扩散器10的有效显示区域的尺寸(虚线框范围为有效显示区域)，光扩散器10具有多级区域20，多级区域20至少包括上述的一级区域30至六级区域，下面仅对多级区域20网格划分至三级区域50进行说明。
50.如图4所示，对多级区域20进行第一次网格化分割形成多个一级区域30，以使得多级区域20由多个一级区域30构成。在本技术的具体实施例中，na＝4表示将此多级区域20划分为均匀的4*4个一级区域30，各一级区域30均呈矩形且大小相等。
51.如图5所示，然后在对4*4的一级区域30进行第二次网格划分，以nb11区域为例(b表示第二次网格划分，11表示第一行第一列)，nb11＝5表示将nb11区域，也就是一级区域30网格划分为均匀的5*5个二级区域40，各二级区域40均呈矩形且大小相等。并且在第二次和以后的每次网格划分中，每3*3的区域范围内的网格数量各不相同，例如(nb11、nb21、nb31、nb12、nb22、nb32、nb13、nb23、nb33)、(nb21、nb31、nb41、nb22、nb32、nb42、nb23、nb33、nb43)等，每次网格划分的网格数量大于2小于20，图中对各级区域的网格数进行了赋值，划分图示同nb11区域，图中只展示了nb11区域的划分。
52.如图6所示，对二级区域40进行下一次网格划分，以nc11为例，将nc11区域，也就是二级区域40划分为11*11的三级区域50，其他区域划分规格同第二次网格划分要求，此后对各区域进行不断的划分，直到区域的尺寸为结构尺寸的0.1倍至10倍，并且网格划分次数要大于5次。
53.如图7所示，为整个光扩散器10的微透镜阵列层11进行网格划分后的示意图，每个小网格的长宽分别为l和w，如图中所示l1和w1，所有小网格的长宽为li和wi(i＝1、2、3、4、5
……
)，每个小网格都放一个微透镜111，并且微透镜111要充满网格且无留白，所以需要针对每个网格对微透镜111进行比例缩放处理，如图8所示，原微透镜111的长宽高分别是a*b*h，针对网格区域尺寸进行缩放后的长宽高为li＝qi*a，wi＝qi*b和qi*h，(q为缩放倍数，i对应各网格区域i＝1、2、3、4、5
……
)，使得微透镜111的长宽等于各小网格区域的长宽，将缩放后的透镜按照网格排布进行排布，由于微透镜111的等比缩放只改变尺寸大小，不改变斜率分布，所以不改变照度光斑的角度分布情况，又由于在光扩散器10的有效显示区域内分布的微透镜111的大小和高度存在较大差异，所以消除了光程差，如图9所示，使最终的光斑无衍射条纹现象(明暗的横竖条纹)，提高了光扩散器10的实用性。
54.如图10所示，示出了区别于上述的光扩散器10的网格化分割的方式。上述方式在每次网格划分后得到的同一级区域30均是等大小的。而图10所示的为不等分划分的方式，例如将多级区域20网格化分割为a*b个一级区域30时，多个一级区域30的长或宽尺寸不相等，最终的照度效果如图9所示。
55.显然，上述所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。
56.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、工作、器件、组件和/或它们的组合。
57.需要说明的是，本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
58.以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

技术特征：
1.一种光扩散器，其特征在于，包括：微透镜阵列层(11)，所述微透镜阵列层(11)具有多级区域(20)，所述多级区域(20)至少包括一级区域(30)、二级区域(40)和三级区域(50)，所述多级区域(20)由a*b个所述一级区域(30)构成，至少部分所述一级区域(30)由c*d个所述二级区域(40)构成，至少部分所述二级区域(40)由e*f个所述三级区域(50)构成，以使得至少一个低级区域由多个高级区域构成，各级区域中均具有与之尺寸匹配的微透镜(111)。2.根据权利要求1所述的光扩散器，其特征在于，所述多级区域(20)至少还包括四级区域、五级区域和六级区域，至少部分所述三级区域(50)由m*n个所述四级区域构成，至少部分所述四级区域由q*g个所述五级区域构成，至少部分所述五级区域由j*r个所述六级区域构成，各级区域均经一次矩形网格划分形成，所述多级区域(20)的矩形网格划分次数大于等于5次。3.根据权利要求1所述的光扩散器，其特征在于，一个所述低级区域中的所述高级区域的数量大于等于2个且小于等于20个。4.根据权利要求1所述的光扩散器，其特征在于，一个所述低级区域中的多个所述高级区域的大小均相同或不相同。5.根据权利要求1所述的光扩散器，其特征在于，所述多级区域(20)的尺寸大于所述光扩散器的有效显示区域，且所述多级区域(20)的长度和宽度均大于10um。6.根据权利要求1所述的光扩散器，其特征在于，3*3的所述低级区域中的至少两个所述低级区域的中的所述高级区域的数量不同。7.根据权利要求1所述的光扩散器，其特征在于，所述多级区域(20)包括最高级区域和最低级区域，所述多级区域(20)的尺寸是所述最高级区域的尺寸的3倍以上。8.根据权利要求7所述的光扩散器，其特征在于，所述多级区域(20)的尺寸是所述最低级区域的尺寸的3倍以上。9.根据权利要求7所述的光扩散器，其特征在于，所述最低级区域的尺寸是所述最高级区域的尺寸的3倍以上。10.根据权利要求1至9中任一项所述的光扩散器，其特征在于，所述微透镜(111)的表面为自由曲面、柱面、球面和锥形面中的一种，所述微透镜(111)的尺寸大于等于10um且小于等于1000um。

技术总结
本实用新型提供了一种光扩散器。光扩散器包括：微透镜阵列层，微透镜阵列层具有多级区域，多级区域至少包括一级区域、二级区域和三级区域，多级区域由A*B个一级区域构成，至少部分一级区域由C*D个二级区域构成，至少部分二级区域由E*F个三级区域构成，以使得至少一个低级区域由多个高级区域构成，各级区域中均具有与之尺寸匹配的微透镜。本实用新型解决了现有技术中的光扩散器存在衍射条纹明显的问题。有技术中的光扩散器存在衍射条纹明显的问题。有技术中的光扩散器存在衍射条纹明显的问题。


技术研发人员：贾敏 明玉生 程治明 王聪 汪杰 陈远
受保护的技术使用者：宁波舜宇奥来技术有限公司
技术研发日：2023.03.29
技术公布日：2023/9/19