衍射微透镜阵列、微透镜阵列制备方法和光学检测装置与流程

本发明属于光学，尤其涉及一种衍射微透镜阵列、微透镜阵列制备方法和光学检测装置。

背景技术：

1、微透镜阵列在光学系统中有着重要而广泛的应用。其中，微透镜有会聚光能、矫正像差和成像的作用，并且体积小、质量轻、集成度高、易于复制而被广泛地应用于红外光电探测器、图像识别和处理、光通讯、激光医学、空间光学等许多领域。随着无人驾驶、智能家居的发展，识别(如生物识别、动作识别等)相关技术将发挥越来越大的作用，微透镜阵列是识别相关技术中核心元件之一。

2、图16示出了微透镜阵列的使用方式。光源经过传统的衍射微透镜阵列光强调制后，可以得到一个大角度发散光场，如图2a和图2b所示，在光场边缘附近会存在暗点，影响了最终输出光场质量，进而使得识别精度和范围大幅度下降。光学检测装置为了能够在一个大视角范围内能够做到准确识别物体、生物或者动作等，需要一个大角度特定的调制输出光场。显然传统的周期性微透镜阵列无法得到边缘强度高、中心光强略低的大角度均匀光场。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中在输出光场发散角小、边缘附近会存在暗点影响最终输出光场质量和大规模量产价格昂贵稳定性差等问题，本发明旨在提供一种得到边缘强度高、中心光强略低、不存在暗点的大角度均匀输出光场的微透镜阵列，微透镜阵列制备方法和光学检测装置。

2、本发明提出一种衍射微透镜阵列，包括：基底和设置在所述基底上的微透镜层；所述微透镜层包括变周期排列的变周期微透镜阵列。

3、根据本发明的一种实施方式，所述变周期微透镜阵列为一维变周期微透镜阵列，所述一维变周期微透镜阵列的表达式满足：

4、

5、上式中，c1、c2、c3、d1、d2、d3是系数，t1、t2、t3是对应的小周期；t＝t1+t2+t3+…，变周期微透镜阵列变化方向有效尺寸为n*t。

6、根据本发明的一种实施方式，所述变周期微透镜阵列为二维变周期微透镜阵列，所述二维变周期微透镜阵列的表达式满足：

7、

8、上式中，c1、c2、c3、d1、d2、d3是系数，t1、t2、t3是对应的小周期；t＝t1+t2+t3+…，变周期微透镜阵列变化方向有效尺寸为n*t。

9、根据本发明的一种实施方式，所述衍射微透镜阵列包括衍射型微透镜阵列、衍射微棱镜阵列、衍射光栅。

10、本发明还提出一种衍射微透镜阵列制备方法，包括如下步骤：

11、获得旋涂有光刻胶的基底；

12、使用设计的掩模版或者dmd/lcos生成所需的调制光场；

13、将调制光场入射在所述基底表面并曝光；

14、待基底经曝光后显影，获得变周期衍射微透镜阵列母版；

15、使用纳米压印技术复制所述变周期微透镜阵列母版，获得所述衍射微透镜阵列。

16、根据本发明的一种实施方式，所述调制光强包括用于制备所述一维变周期微透镜阵列的一维调制光强，一维调制光强满足如下条件式：

17、

18、上式中，i0是一个常数，a1、a2、a3、b1、b2、b3…是系数，t1、t2、t3…是对应的小周期，t＝t1+t2+t3…，调制光强变周期阵列化方向有效尺寸是n*t。

19、根据本发明的一种实施方式，所述调制光强包括用于制备所述二维变周期微透镜阵列的二维调制光强，二维调制光强满足如下条件式：

20、

21、上式中，i0是一个常数，a1、a2、a3、b1、b2、b3…是系数，t1、t2、t3…是对应的小周期，t＝t1+t2+t3…，调制光强变周期阵列化方向有效尺寸是n*t。

22、根据本发明的一种实施方式，t1、t2、t3…的可加工尺寸为3um～50um。

23、根据本发明的一种实施方式，a1、a2、a3、b1、b2、b3…是t1、t2、t3…的0.01～0.6倍。

24、本发明还提出一种光学检测装置，配备所述衍射微透镜阵列。

25、本发明的有益效果：

26、本发明衍射微透镜阵列所形成的光强边缘不存在暗点，且其光强调制输出满足光学检测所需要的光强分布，相比常规一维的衍射微透镜阵列，依据现实识别所用判定函数计算，其光强均匀性提高8％-20％，光强识别准确度提高>15％，有效提高了识别精度和范围。

27、此外，本发明提供的衍射微透镜阵列制备方法利用软膜纳米压印技术，得出一种具有高精度、高稳定性和低成本的衍射微透镜阵列量产方案。

技术特征：

1.一种衍射微透镜阵列，其特征在于，包括：基底和设置在所述基底上的微透镜层；所述微透镜层包括变周期排列的变周期微透镜阵列。

2.根据权利要求1所述的衍射微透镜阵列，其特征在于，所述变周期微透镜阵列为一维变周期微透镜阵列，所述一维变周期微透镜阵列的表达式满足：

3.根据权利要求1所述的衍射微透镜阵列，其特征在于，所述变周期微透镜阵列为二维变周期微透镜阵列，所述二维变周期微透镜阵列的表达式满足：

4.根据权利要求1至3任一项所述的衍射微透镜阵列，其特征在于，所述衍射微透镜阵列包括衍射型微透镜阵列、衍射微棱镜阵列、衍射光栅。

5.一种衍射微透镜阵列制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

6.根据权利要求5所述的衍射微透镜阵列制备方法，其特征在于，所述调制光强包括用于制备所述一维变周期微透镜阵列的一维调制光强，一维调制光强满足如下条件式：

7.根据权利要求5所述的衍射微透镜阵列制备方法，其特征在于，所述调制光强包括用于制备所述二维变周期微透镜阵列的二维调制光强，二维调制光强满足如下条件式：

8.根据权利要求6或7所述的衍射微透镜阵列制备方法，其特征在于，t1、t2、t3…的可加工尺寸为3um～50um。

9.根据权利要求6或7所述的衍射微透镜阵列制备方法，其特征在于，

10.一种光学检测装置，其特征在于，配备如权利要求1至4任一项所述的衍射微透镜阵列。

技术总结
本发明属于光学技术领域，尤其涉及一种衍射微透镜阵列，该微透镜阵列包括：基底和设置在所述基底上的微透镜层；所述微透镜层包括变周期排列的变周期微透镜阵列。本发明衍射微透镜阵列相比传统透镜阵列的优势是可以获得大角度低中心亮度调制输出光场。本发明还公开了一种衍射微透镜阵列的制备方法和使用该衍射微透镜阵列的光学检测装置。

技术研发人员：王少川,余乐,张晓波
受保护的技术使用者：合肥英拓光电技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15