一种光扩散器的制作方法

本发明属于人工智能三维成像技术领域，尤其涉及一种光扩散器。

背景技术：

目前，在3d传感、人脸识别、机器视觉、自动驾驶等三维成像领域实现3d成像的方式主要有双目、结构光和tof技术，其中双目精度低，结构光结构复杂成像成本高，tof由于具有足够高的精度并且成本较低，已经逐渐成为3d成像方式的主流。现有tof用光扩散器的微透镜单元相同并且其位置按周期或随机排列设置，存在照明光斑有条纹，成像算法复杂的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决上述问题，提供一种光扩散器，解决了光斑有条纹的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种光扩散器，包括多个位置随机的微透镜拼接成微透镜阵列，每个所述微透镜的曲面随机，所述微透镜的曲面随机包括曲面中心位置随机、曲面z轴高度随机、曲面大小随机、曲面自身旋转角度随机。

根据本发明的一个方面，所述曲面中心位置坐标为(x，y)，曲面中心位置坐标(x，y)随机落在面积为l*w范围内，并且，-l/2≤x≤l/2，-w/2≤y≤w/2，其中，l的取值范围为1μm-1mm，w的取值范围为1μm-1mm。

根据本发明的一个方面，所述曲面z轴高度为h，z轴高度h为从曲面z轴最高点到最低点的距离，满足，0＜h＜1mm。

根据本发明的一个方面，曲面自身旋转角度随机包括曲面自身旋转角度alpha随机、曲面自身旋转角度beta随机和曲面自身旋转角度gamma随机；

alpha为曲面中心轴绕x轴的旋转角度，beta为曲面中心轴绕y轴的旋转角度,gamma为曲面中心轴绕z轴的旋转角度。

根据本发明的一个方面，所述alpha、所述beta和所述gamma的取值范围均为-90°-90°。

根据本发明的一个方面，所述微透镜曲面大小随机满足：所述微透镜的最小外接圆直径为r，0＜r＜1mm。

根据本发明的一个方面，所述微透镜的折射率为n，满足1＜n＜5。

根据本发明的一个方面，所述微透镜的表面均为自由表面，满足：

本发明的光扩散器，可以通过每个微透镜曲面中心位置的随机设置，实现每个微透镜的位置随机，并结合每个微透镜z轴高度随机设置、曲面大小随机设置、曲面自身旋转角度随机设置，进而拼接成微透镜阵列，使得通过几何折射光学实现光的重新分布，消除光斑干涉条纹，是照射效果更均匀，满足探测光照需求，提升3d成像精度。

附图说明

图1示意性表示根据本发明一种实施方式的光扩散器的结构图；

图2示意性表示根据本发明的光扩散器的微透镜曲面中心位置随机示图；

图3示意性表示根据本发明的光扩散器的微透镜曲面z轴高度随机示图；

图4示意性表示根据本发明的光扩散器的微透镜曲面自身旋转角度alpha随机示图；

图5示意性表示根据本发明的光扩散器的微透镜曲面自身旋转角度beta随机示图；

图6示意性表示根据本发明的光扩散器的微透镜曲面自身旋转角度gamma随机示图；

图7示意性表示根据本发明的光扩散器的微透镜曲面大小的随机示图；

图8示意性表示根据本发明光扩散器的微透镜阵列的一种实施方式；

图9示意性表示根据本发明光扩散器的微透镜阵列的第二种实施方式；

图10示意性表示根据本发明光扩散器的微透镜阵列的第三种实施方式；

图11示意性表示根据本发明光扩散器的微透镜阵列的第四种实施方式；

图12示意性表示根据本发明光扩散器的微透镜阵列的第五种实施方式；

图13示意性表示根据本发明光扩散器的微透镜阵列的第六种实施方式；

图14-16示意性表示根据本发明的光扩散器的光斑图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式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方式，对于本领域普通技术人员而言，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。

在针对本发明的实施方式进行描述时，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”所表达的方位或位置关系是基于相关附图所示的方位或位置关系，其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，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细地描述，实施方式不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施方式。

如图1所示，本发明的光扩散器，包括多个位置随机的微透镜拼接成微透镜阵列，每个微透镜的曲面随机，微透镜的曲面随机包括曲面中心位置随机、曲面z轴高度随机、曲面大小随机、曲面自身旋转角度随机。

本发明的光扩散器，可以通过每个微透镜曲面中心位置的随机设置，实现每个微透镜的位置随机，并结合每个微透镜z轴高度随机设置、曲面大小随机设置、曲面自身旋转角度随机设置，进而拼接成微透镜阵列，使得通过几何折射光学实现光的重新分布，消除光斑干涉条纹，是照射效果更均匀，满足探测光照需求，提升3d成像精度。

结合图1、图2所示，在本发明中，每个微透镜的曲面中心位置坐标设为(x，y)，曲面中心坐标(x,y)随机落在面积为l*w范围内，并且-l/2≤x≤l/2，-w/2≤y≤w/2。在本发明中，，l的取值范围为1μm-1mm，w的取值范围为1μm-1mm。如此谁知，通过微透镜曲面中心位置的随机设置，实现多个微透镜位置的随机设置，从而有利于消除干涉衍射条纹，使光照效果更均匀。

如图3所示，在本发明中，每个微透镜的曲面z轴高度为h，z轴高度h为从曲面z轴最高点到最低点的距离，满足，0＜h＜1mm。如此设置，通过曲面面型的高度随机也有利于消除干涉衍射条纹，使光照效果更均匀。

结合图4-6所示，本发明的微透镜曲面自身旋转角度随机包括曲面自身旋转角度alpha随机、曲面自身旋转角度beta随机和曲面自身旋转角度gamma随机。其中alpha为曲面中心轴绕x轴的旋转角度，beta为曲面中心轴绕y轴的旋转角度,gamma为曲面中心轴绕z轴的旋转角度。在本发明中，alpha、beta和gamma的取值范围均为-90°-90°。也就是说，本发明的微透镜曲面中心轴绕x轴、y轴、z轴沿顺时针或逆时针方向在0-90°范围内可随机设置。如此，通过微透镜曲面中心轴绕x轴、y轴、z轴的随机设置也可以消除干涉衍射条纹，使光照更均匀，提升3d成像效果。

如图7所示，图中圆形为微透镜的外接圆，在本发明中，微透镜的曲面大小随机，满足微透镜外接圆的直径r，0＜r＜1mm。通过微透镜曲面面型大小随机也有利于消除光斑干涉衍射条纹，使光照更均匀，提升3d成像效果。

在本发明中，微透镜的折射率为n，满足1＜n＜5。通过控制折射率以及面型的曲率，根据折射定律可以获得需要方向上的光学分布，从而获得一定目标的照明。

在本发明中，微透镜的表面均为自由曲面，满足：

当系数cj都为正时，自由曲面为双凸自由曲面，微透镜为双凸微透镜；

当系数cj都为负时，自由曲面为双凹自由曲面，微透镜为双凹微透镜；

自由曲面并非非球面，其自由度较高。一般地，为简化设计，通常将自由曲面设计成象限对称。但是，由此原理设计出来的非象限对称的自由曲面也是本申请保护范围之内。本发明的光扩散器，将微透镜的表面均为自由曲面，使得自由曲面可以消除相差，自由度很高，可以实现任意的光学照明分布。同时自由曲面面型光滑过渡，增加制造可行性。

本发明的光扩散器，按照上述参数设定形成的微透镜阵列有不同的形式，结合图8-13所示，其分别表示微透镜位置周期排布的微透镜阵列、微透镜位置随机的微透镜阵列、微透镜位置周期排布、gamma随机的微透镜阵列、微透镜位置随机、gamma随机的微透镜阵列、透镜位置周期排布、gamma随机、曲面大小随机的微透镜阵列以及透镜位置随机、gamma随机、曲面大小随机的微透镜阵列的示图。

如图14-16所示，本发明的随机微透镜阵列的光扩散器的，其光斑图中间暗，四周亮，曲线光滑过渡，有利于提高3d成像精度，简化成像算法。

此外，本发明的光扩散器可以通过压印，注塑，机械加工等工艺实现。塑料注塑是塑料制品的一种方法，将熔融的塑料利用压力注进塑料制品模具中，冷却成型得到想要各种塑料件。用于光学产品的材料通常为pc或pmma。本工艺主要生产的微透镜尺寸较大，一般为毫米以上级别。

纳米压印技术是一种新型的微纳加工技术。该技术通过机械转移的手段，达到了超高的分辨率，有望在未来取代传统光刻技术，成为微电子、材料领域的重要加工手段。纳米压印技术，是通过光刻胶辅助，将模板上的微纳结构转移到待加工材料上的技术。纳米压印技术分为三个步骤。

第一步是模板的加工。一般使用电子束刻蚀等手段，在硅或其他衬底上加工出所需要的结构作为模板。由于电子的衍射极限远小于光子，因此可以达到远高于光刻的分辨率。

第二步是图样的转移。在待加工的材料表面涂上光刻胶，然后将模板压在其表面，采用加压的方式使图案转移到光刻胶上。注意光刻胶不能被全部去除，防止模板与材料直接接触，损坏模板。

第三步是衬底的加工。用紫外光使光刻胶固化，移开模板后，用刻蚀液将上一步未完全去除的光刻胶刻蚀掉，露出待加工材料表面，然后使用化学刻蚀的方法进行加工，完成后去除全部光刻胶，最终得到高精度加工的材料。

由于纳米压印技术的加工过程不使用可见光或紫外光加工图案，而是使用机械手段进行图案转移，这种方法能达到很高的分辨率。报道的最高分辨率可达2纳米。此外，模板可以反复使用，无疑大大降低了加工成本，也有效缩短了加工时间。因此，纳米压印技术具有超高分辨率、易量产、低成本、一致性高的技术优点，被认为是一种有望代替现有光刻技术的加工手段。

机械加工方式为通过机床将微透镜结构加工在模具上，也可以是激光打标的方式在透明材料上加工。

以上所述仅为本发明的一个实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。