一种微型成像系统及装置的制作方法

1.本实用新型涉及光学投影成像技术领域，更具体地讲，本实用新型涉及一种微型成像系统及装置。


背景技术：

2.随着微纳加工技术的进步，光场器件向着微型化、集成化方向发展。例如，在视觉安全领域，基于莫尔成像效应的动态防伪安全线，厚度只有35微米，具有有悖常识的垂直异向移动的神奇视觉效果，易于识别又极难仿造，被评为“七项世界上最难伪造货币技术之一”，也是微光学在视觉安全领域的第一次成功应用。在光学成像领域，基于倒置微透镜阵列的迷你相机厚度只有740微米，结合数字图像算法，具有高分辨率、高对比度和大视场的优点。在精密检测领域，使用了人工透镜阵列(metalens)的hartmann-shack波前传感器能够同时检测波前和矢量光束偏振状态。可以看到，引入微纳米结构不仅使得光场重构器件不仅更加轻薄、紧凑，而且功能获得提升和扩展。
3.在投影成像领域，这一趋势尤为明显。传统的方法是通过透镜组合和菲林片的结构来实现图像投影和照明功能。菲林片是常用的一种胶片，上面带有设计好的图案，像照片的底片一样。光源透过一组透镜准直后照射在菲林片上，再通过另一组透镜把菲林片上的图案投影呈现到成像面上。传统方法的原理非常简单，但在实际应用中存在很多缺点：(1)系统总长度大，景深较小，投射出的图像只有在焦点处才会清晰，偏离焦点的图像就会模糊；(2)亮度普遍较低，因此这种方法只适合正面投影照明；(3)对光源准直度的要求较高，在入射光存在发散角时，投影图像出现不清晰的情况；(4)投影图像亮度单一，不能实现灰度成像。


技术实现要素：

4.基于此，有必要提供一种微型成像系统及装置以解决上述的技术问题。
5.本实用新型的一个技术方案是：
6.一种微型成像系统，其特征在于，包括：
7.透明间隔层，所述透明间隔层包括第一表面以及与第一表面相对设置的第二表面；
8.光阑层，所述光阑层位于所述透明间隔层第一表面，所述光阑层由若干光阑单元构成；
9.微图文层，所述微图文层位于所述透明间隔层第二表面，
10.微聚焦元件层，所述微聚焦元件层由若干微聚焦单元构成；所述微聚焦元件层位于所述光阑层远离所述透明间隔层一侧；其中，所述光阑单元与所述微聚焦单元相对应设置。
11.在其中一实施方式中，所述光阑单元与所述微聚焦单元以相同的排列方式排列于所述透明间隔层第一表面一侧。
12.在其中一实施方式中，所述光阑单元包括透光区以及遮挡区，相邻所述微聚焦单元之间设有间隔，所述光阑单元的遮挡区位于所述微聚焦单元形成的间隔位置，且所述光阑单元的遮挡区宽度不小于所述微聚焦单元之间设有间隔宽度。
13.在其中一实施方式中，所述微图文层由微图文单元组成；所述微图文单元凸起和/或凹陷设于所述透明间隔层的第二表面一侧。
14.在其中一实施方式中，所述微图文单元的透过率为不小于0且小于1。
15.在其中一实施方式中，还包括准直微聚焦元件层，所述准直微聚焦元件层由若干准直微聚焦单元组成，所述准直微聚焦元件层位于所述微图文层远离所述透明间隔层一侧。
16.在其中一实施方式中，所述微图文单元与所述准直微聚焦单元以相同的排列方式排列于所述透明间隔层第二表面一侧。
17.在其中一实施方式中，所述光阑单元的透光区的透过率为不小于0.5且小于1。
18.一种微型成像装置，其特征在于，包括光源以及上述任一所述微型成像系统，所述光源位于所述微图文层一侧。
19.一种微型成像装置，其特征在于，包括光源、准直透镜以及上述任一所述微型成像系统，所述光源位于所述微图文层一侧，所述准直透镜位于所述光源与所述微图文层之间。
20.本实用新型的有益效果：本实用新型公开了一种微型成像系统，在透明间隔层与投影微聚焦阵列层之间增加光阑元件阵列层遮蔽杂散光，有效遮挡了未准直的杂散照明光，降低对光源的准直要求提高投影成像的清晰度；再者，可以通过设计光阑元件的开口率和透明度，实现灰度图像投影。本实用新型通过设置光阑元件阵列层，其对杂散光的遮挡作用，使得投影微聚焦元件阵列层内的占空比不必100％，从而极大的降低了微聚焦阵列模具的制备技术难度和制造成本。本实用新型的应用范围广泛，用于图像显示、迎宾照明、品牌标识展示，或者用于车载安全灯装置，提高道路安全性。
附图说明
21.图1为本实用新型一种微型成像系统的结构示意图；
22.图2为本实用新型一种微型成像系统的另一种结构示意图；
23.图3为本实用新型一种微型成像系统中光阑层结构示意图；
24.图4为本实用新型一种微型成像系统中光阑层另一种结构示意图；
25.图5为本实用新型一种微型成像系统中光阑层另一种结构示意图；
26.图6为本实用新型一种微型成像系统中光阑层另一种结构示意图；
27.图7为本实用新型一种微型成像系统中光阑层另一种结构示意图；
28.图8为本实用新型一种微型成像系统的另一种结构示意图；
29.图9为本实用新型一种微型成像系统的另一种结构示意图；
30.图10为本实用新型一种微型成像系统的另一种结构示意图；
31.图11为本实用新型一种微型成像装置的结构示意图；
32.图12为本实用新型一种微型成像装置的另一种结构示意图。
具体实施方式
33.为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的较佳实施方式。但是，本实用新型可以通过许多不同的形式来实现，并不限于下面所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本实用新型的公开内容理解的更加透彻全面。
34.需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
35.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
36.一种微型成像系统，包括透明间隔层、光阑层、微聚焦元件层以及微图文层，所述光阑层与所述微图文层分别设于所述透明间隔层两个表面，所述微聚焦元件层位于所述光阑层远离所述透明间隔层一侧。
37.其中，透明间隔层，所述透明间隔层包括第一表面以及与第一表面相对设置的第二表面；所述透明间隔层可以是单层结构，也可以是多层的复合结构；当所述透明间隔层为单层时，所述透明间隔层为pet、玻璃、pmma、pc、pi、pe等具有一定透过率的材料；当所述透明间隔层为多层时，所述透明间隔层为pmma与pet复合形成，或者由多层pmma复合形成，或者由pet、玻璃、pmma、pc、pi、pe至少两种以上复合形成；当然，所述透明间隔层还可以是一腔体，即所述透明间隔层为空气层；所述透明间隔层的厚度为0.2mm～3.5mm。
38.其中，光阑层，所述光阑层位于所述透明间隔层第一表面，所述光阑层由若干光阑单元构成，所述光阑单元包括透光区和遮挡区；所述光阑单元通过预设的方式排列，形成光阑层；所述光阑单元的透光区可以是具有较高的透过率，例如透光区的透过率大于等于80％且小于1，或者大于等于50％且小于1；当然所述光阑单元的透光区也可以具有一灰度，所述透光区的透过率比较低，例如所述透光区的透过率不小于10％。所述光阑层中的光阑单元可以全部是高透过率，也可以由部分高透过率以及部分低透过率组成光阑层，即有一部分灰度的光阑单元以及高透过的光阑单元；当然，所述光阑层中的至少部分光阑单元中的透光区由一部分高透过率与一部分低透过率组成，即一个光阑单元的透光区至少一有部分为灰度，例如所述透光区一半是具有灰度的另一半具有高透过率的。构成所述光阑层的光阑单元的大小可以相同，也可以由大小不同的光阑单元构成。
39.其中，微聚焦元件层，所述微聚焦元件层由若干微聚焦单元构成；所述微聚焦元件层位于所述光阑层远离所述透明间隔层一侧，且所述光阑单元的遮挡区与相邻的所述微聚焦单元之间形成的区域相对应设置；所述微聚焦元件层设于所述光阑层表面，所述微聚焦单元可以为菲涅尔透镜或者微透镜；相邻的所述微聚焦单元之间具有间隔，所述间隔的间距为微聚焦单元口径的0.02～0.2倍，所述微聚焦单元之间的间隔投影落入所述光阑单元的遮挡区，所述光阑单元的遮挡区宽度不小于所述微聚焦单元之间设有间隔宽度，当然，所述光阑单元的遮挡区宽度也可以大于所述微聚焦单元之间设有间隔宽度。所述光阑单元与
所述微聚焦单元以相同的排列方式排列于所述透明间隔层第一表面一侧，即所述光阑单元与所述微聚焦单元的排列方式相同，已形成光阑层与微聚焦元件层，排列方式可以是规则排列、随机排列、阵列排列等方式排列。所述微聚焦单元的焦距为透明间隔层厚度的0.8～1.2倍。
40.本实用新型中在透明间隔层与所述微聚焦元件层之间设置了光阑层；所述光阑层中的光阑单元由透光区与遮挡区构成；所述光阑单元的遮挡区遮挡所述微聚焦单元之间的间隔，通过遮挡可以很好的阻挡所述微聚焦单元之间射出的杂散光，且所述光阑单元的透光区可以通过其来控制光线穿过的光的强度。
41.其中，微图文层，所述微图文层位于所述透明间隔层第二表面；所述微图文层由微图文单元组成；所述微图文单元为透射式和/或非透射式；所述微图文单元的透过率为不小于0且小于1，所述微图文单元可以不透过的，也可以是透过的，再者，构成所述微图文层的微图文单元可以是相同的，也可以是不同的；所述微图文单元可以凸起结构也可以是凹陷的结构，可以由透明材料或者有色材料构成，也可以是透明材料或者有色材料所围成；当然所述微图文单元可以由一部分透射式一部分灰度构成。
42.其中，所述的微图文层中的微图文单元与所述微聚焦元件层的微聚焦单元一一对应设置，且所述微图文单元中心位置的坐标与对应的所述微聚焦元件位置坐标存在一个比例r，其中|r-1|《0.1。
43.在其中一实施例中，还包括准直微聚焦元件层，所述准直微聚焦元件层由若干准直微聚焦单元组成，所述准直微聚焦元件层位于所述微图文层远离所述透明间隔层一侧；所述准直微聚焦单元为微透镜或菲涅尔透镜；所述微图文单元与所述准直微聚焦单元以相同的排列方式排列于所述透明间隔层第二表面一侧；所述的准直微聚焦单元的中心坐标位置，与所述微图文单元的中心坐标位置相同，或者两者坐标存在差值，例如：两个坐标的比值减1的绝对值不大于0.25。所述准直微聚焦单元的焦距为所述透明间隔层厚度的0.8～1.2倍；所述准直微聚焦元件层中的所述准直微聚焦单元的占空比大于0.6。
44.本实用新型中微型成像系统的另一种结构就是在所述微图文层一侧设有准直微聚焦元件层，这样使的从所述微型成像系统的微图文层一侧照射的光线经过所述准直微聚焦元件层，这样使的光线经过准直微聚焦元件层进行了均匀化，然后在照射到所述微图文层上，以此保证成像更加清晰。
45.一种微型成像装置，包括光源以及上述任一所述微型成像系统，所述光源位于所述微图文层一侧，所述光源从微图文层一侧照射，通过所述微型成像系统后在所述微型成像系统远离所述微图文层的一侧形成有投影像，所述投影像为微图文单元的放大成像。
46.一种微型成像装置，包括光源、准直透镜以及上述任一所述微型成像系统，所述光源位于所述微图文层一侧，所述准直透镜位于所述光源与所述微图文层之间；所述光源照射向所述准直透镜，光学通过所述准直透镜后可以相对直射到微图文层一侧，这样经过准直后的光线通过所述微型成像系统后在所述微型成像系统远离所述微图文层的一侧形成有投影像，所述投影像为微图文单元的放大成像，此时经过准直透镜后的光线可以使的所述投影线更加的清晰，成像的质量更高。
47.请参阅图1，一种微型成像系统100，包括透明间隔层10、光阑层40、微聚焦元件层20以及微图文层30，所述透明间隔层10包括第一表面以及与第一表面相对设置的第二表
面，所述微图文层30设于所述透明间隔层10的第二表面，所述透明间隔层10可以是pet、玻璃、pc、pmma等材料，所述光阑层40设于所述透明间隔层10的第一表面，所述微聚焦元件层20设于所述光阑层40远离所述透明间隔层10一侧；所述光阑层40由若干光阑单元构成，所述光阑单元包括透光区401以及遮挡区402，所述遮挡区402位于所述微聚焦元件层20中的微聚焦单元的间隔处，这样可以有效的遮挡光线从所述微聚焦单元间隔处发散出来，影响成像的效果，而且可以通过所述透光区401控制穿过该区域的光线强度；所述微图文层30包括若干微图文单元，所述微图文单元可以由透射式301与非透射式302材料构成，或者说所述微图文单元由不透光材料302围成的透过区域301组成，或者说所述微图文单元就是透过区域301，且所述透过区域301周围为非透过区302；所述微图文单元与所述微聚焦单元之间一一对应设置，且所述微图文单元中心位置的坐标与对应的所述微聚焦元件位置坐标存在一个比例r，其中|r-1|《0.1。
48.请参阅图2，一种微型成像系统101，包括透明间隔层10、光阑层40、微聚焦元件层20、微图文层30以及准直微聚焦元件层50，所述透明间隔层10包括第一表面以及与第一表面相对设置的第二表面，所述微图文层30设于所述透明间隔层10的第二表面，所述透明间隔层10可以是pet、玻璃、pc、pmma等材料，所述准直微聚焦元件层50设于所述微图文层30远离所述透明间隔层10的一侧；所述光阑层40设于所述透明间隔层10的第一表面，所述微聚焦元件层20设于所述光阑层40远离所述透明间隔层10一侧；所述准直微聚焦元件层50由若干准直微聚焦单元构成，所述准直微聚焦单元与所述微图文单元相对应设置，这样光线经过准直微聚焦元件层50进行了均匀化，然后在照射到所述微图文层30上，以此保证成像更加清晰。
49.请参阅图3～图7，一种微型成像系统中光阑层可以是不同的结构，微型成像系统中的光阑层40的平面图可以是图3中的结构，所述光阑单元中的透光区401可以是形同的形状，图3中所述光阑单元的透光区401是圆形，同样可以是方形、多边形、异形等形状；图4是另一种光阑层的平面示意图，所述光阑单元包括透光区410以及遮挡区411，所述透光区410为圆形，且每个透光区410形状大小相同，与图3不同的是所述透光区410具有一定的灰度，或者说所述透光区410的透过率比较低；图5又是另一种光阑层的平面示意图，所述光阑单元包括透光区420以及遮挡区421，该种结构中所述透光区420形状相同，但是大小不同，可以根据成像的具体要求来设置所述透光区420的大小；图6又是另一种光阑层的平面示意图，所述光阑单元包括透光区以及遮挡区431，所述透光区包括灰度或低透过率透光区430以及高透过率透光区432，该种结构中所述透光区形状相同，但是大小不同，且透过率也不相同；图7又是另一种光阑层的平面示意图，所述光阑单元包括透光区440以及遮挡区441，其中所述透光区440形状大小相同，但是所述透光区440一部分区域为灰度或低透过率，另一部分为高透过率。
50.本技术中通过设置不同的光阑层，可以实现最后成像的不同效果，例如图7的结构，形成的像可以是一部分灰度一部分高透，前提所述图文单元是高透的前提下。
51.请参阅图8～图10，一种微型成像系统中微图文层结构，图8中给出一种微图文层31，所述微图文层31由若干微图文单元构成，所述微图文单元由有色材料311围成，形成层凹陷结构310，此时形成的微图文单元为透过式；图9中又给出另一种微图文层32，所述微图文层32由若干微图文单元构成，所述微图文层32表面具有凹陷结构，所述凹陷结构中设有
有色材料321，所述有色材料321之间的凸起结构320形成微图文单元；图10又给出另一种微图文层33，所述微图文层33由若干微图文单元构成，所述微图文层33表面具有凹陷结构，所述凹陷结构中设有有色材料330，形成微图文单元，所述有色材料330之间具有透明凸起结构331。所以构成所述微图文层的微图文单元可以是透过式，也可以是非透过的，或者说所述微图文单元可以是渐变的结构。
52.请参阅图11，一种微型成像装置，包括光源60、准直透镜70以及图2给出的微型成像系统101，所述光源60位于所述微型成像系统101的所述微图文层一侧，可以照向所述微型成像系统101，光源60与所述微型成像系统101之间还设有准直透镜70，当然由于微型成像系统101设有准直微聚焦元件层50，所以可以使用光源之间照射微型成像系统101；当光源60通过准直透镜70后在照射微型成像系统101，这样可以在微型成像系统101另一侧形成投影像300，所述投影像300为微图文单元的放大的像；光源60的光线通过准直透镜70以及准直微聚焦元件层，可以形成更加清晰的像，成像质量更高。
53.请参阅图12，一种微型成像装置，包括光源60、准直透镜70以及微型成像系统，所述光源60位于所述微型成像系统的所述微图文层一侧，可以照向所述微型成像系统，光源60与所述微型成像系统之间还设有准直透镜70；所述微型成像系统中使用的光阑层40中的光阑单元的透光区包括灰度透光区430以及透过透光区432，这样使的该微型成像装置的投影像300’为一部分为灰度另一部分为透过。当然，所述微图文层中的微图文单元可以是灰度或者一部分灰度另一部分透过，这样只要光阑层是透过式就可以形成与微图文单元一样的投影像；也可以改变光阑层来改变投影像的效果。
54.本实用新型公开了一种微型成像系统，在透明间隔层与投影微聚焦阵列层之间增加光阑元件阵列层遮蔽杂散光，有效遮挡了未准直的杂散照明光，降低对光源的准直要求提高投影成像的清晰度；再者，可以通过设计光阑元件的开口率和透明度，实现灰度图像投影。本实用新型通过设置光阑元件阵列层，其对杂散光的遮挡作用，使得投影微聚焦元件阵列层内的占空比不必100％，从而极大的降低了微聚焦阵列模具的制备技术难度和制造成本。本实用新型的应用范围广泛，用于图像显示、迎宾照明、品牌标识展示，或者用于车载安全灯装置，提高道路安全性。本实用新型专利可以用于图像显示、迎宾照明、品牌标识展示，或者用于车载安全灯装置，提高道路安全性。
55.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，上面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在上面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于上面描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受上面公开的具体实施例的限制。并且，以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
56.以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。