[发明专利]微透镜阵列漫射器

说明书

一种可操作以产生实质上漫射照明的微透镜阵列漫射器包括微透镜阵列，其中每一微透镜具有各自的周期性影响特性和各自的表面轮廓。微透镜阵列包括至少两个微透镜，所述至少两个微透镜具有彼此不同的各自的周期性影响特性和彼此不同的各自的表面轮廓。每一表面轮廓经设置以产生实质上相等的照明场。微透镜阵列漫射器可以集成为可操作以产生实质上漫射照明的照明器的一部分。

技术领域

本发明涉及微透镜阵列漫射器。

背景技术

光电模块(例如光学测距系统和接近传感器)通常经设置以使用漫射照明来操作。这样的光电模块可以包括：可操作以在特定照明场(FOI)上的场景中产生漫射照明的照明器模块和可操作以在特定视场(FOV)上收集光的光敏组件。在通常操作中，由光敏组件收集的大部分光源自已从场景中的物体反射的漫射照明。在一些情况下，所收集的光的一部分可归因于背景光。照明器可包括漫射器(例如，光学元件或一系列光学元件)和光产生组件(例如，LED、VCSEL，或LED或VCSEL阵列)，可共同操作以产生漫射照明。

照明器可(例如，通过漫射器)调试以产生具有允许光电模块的最佳性能的特定特性的漫射照明。这些特性可包括：1)在特定FOI的漫射照明内的光分布或角度分布(例如，空间功率分布、辐射强度)；2)空间中漫射照明的终止(即，边缘特性)；和3)在漫射照明内的高频分量(即，高频分量存在与否)。

一些照明器可操作以产生具有实质上均匀的光分布(例如，均匀空间功率分布、辐射强度)的漫射照明。其他照明器可操作以产生具有逐渐改变的光分布(例如，线性改变的空间功率分布、辐射强度)的漫射照明。在其边缘附近具有较高功率的漫射照明可在一些应用中提供优势。可操作以在特定FOI上产生均匀光分布或逐渐改变的光分布的照明器可促进(例如)接近和/或测距应用。

一些照明器可操作以产生具有特定高对比度边缘的漫射照明，以有效利用光。例如，由于光学测距系统和接近传感器的光敏组件在特定FOV上收集光，漫射照明仅需在此FOV上延伸。在一些情况下，当FOV大于FOI时，背景光可由光敏组件收集，从而混淆接近和/或测距功能。而在其他情况下，当FOV小于FOI时，落在FOV外的光被浪费。因此，特定有效设置利用匹配的FOI和FOV，其中漫射照明突然终止高对比度边缘，从而允许资源(例如用于驱动光产生组件的电功率)的有效利用。

除上述特性以外，一些照明器产生具有高频分量的漫射照明。高频分量可源自衍射假影和/或干扰假影。通常，高频分量或热点造成资源(例如电功率)浪费。在一些情况下，所述高频分量或热点可不利地影响旨在用于漫射照明的特定应用(例如，接近、测距)的精确度和/或准确度。

一些照明可包括由简单漫射表面(例如喷砂表面)组成的漫射器。此照明器可产生具有逐渐改变的光分布(例如，空间功率分布、辐射强度)的漫射照明；然而，照明通常将不终止于高对比度边缘(例如，照明可具有实质上高斯特性)。此外，此漫射器将展现特定高反向散射(即，在漫射器上的一些入射光将不促成漫射照明)，导致减少可操作效率。

一些照明器包括由微透镜阵列组成的漫射器。微透镜阵列漫射器可克服上文描述的漫射器的一些限制。例如，在微透镜阵列漫射器内的每一微透镜的轮廓可经设置以产生精确地受控光分布，并可经设置以产生具有高对比度边缘的照明。然而，此微透镜阵列漫射器可展现明显的衍射假影和干扰假影，从而导致非最佳性能。通常，由于微透镜的相对小的有效孔径尺寸，由微透镜阵列漫射器内(例如，在每一微透镜的边缘)的每一微透镜产生衍射假影。此外，干扰假影(通常)由此微透镜阵列漫射器内的微透镜的周期性排列产生。

因此，可期望实现可操作产生具有以下特性的漫射照明：1)在特定FOI上的均匀光分布或逐渐改变的光分布、2)高对比度边缘和/或3)最小高频分量。

发明内容