[发明专利]一种矩形光斑的闪光灯透镜系统及其设计方法

说明书

本发明系提供一种矩形光斑的闪光灯透镜系统及其设计方法，包括光源，光源的出光面设有微透镜阵列，微透镜阵列包括一体成型的若干微透镜单元，微透镜单元包括棱柱透镜部，棱柱透镜部靠近光源的一端一体成型有入光透镜部，棱柱透镜部远离光源的一端一体成型有出光透镜部；棱柱透镜部与入光透镜部之间设有入光矩形边框，入光矩形边框水平方向的长度和竖直方向的长度分别为a和b，出光透镜部的焦距满足以下方程：f＝(a/2)/(HFOV/2)，棱柱透镜部的厚度为t＝f，出光透镜部的曲率半径为r＝((n‑1)/n)*f。本发明利用大量离散化的矩形物像组成一个足够大的矩形光斑，光能的利用率极高，装配的容错率高，系统的出光口面积小。

技术领域

本发明涉及闪光灯透镜系统，具体公开了一种矩形光斑的闪光灯透镜系统及其设计方法。

背景技术

闪光灯是加强曝光量的方式之一，主要用于拍摄领域，在光线不足的环境下，摄像头需要配合闪光灯才能够获得明亮清晰的拍摄效果。闪光灯被广泛应用于各种电子产品，手机闪光灯、平板电脑闪光灯都是当下主流的应用。

闪光灯一般指整个闪光灯透镜系统，主要包括光源和透镜。现有的闪光灯透镜系统，设置一颗LED灯珠或多颗LED灯珠作为光源，透镜的形状常设置为圆形，也有部分设置为方形，设置单颗LED灯珠的闪光灯透镜系统，无论透镜的形状设置为圆形还是方形，透镜的表面都设置有圆形的菲涅尔纹路，若设置多颗LED灯珠，则透镜的表面都有对应数量的圆形菲涅尔纹路，最终获得的光斑均为接近圆形的对称光斑。手机摄像头的拍摄视场为矩形，圆形的光斑需要完全包裹矩形视场才能满足曝光需求，但这样会存在大量的无效光斑范围，这种闪光灯透镜系统对光能的利用率较低，能源浪费较大。此外，现有闪光灯透镜系统的容错率较小，在装配时，透镜中菲涅尔纹路的圆心必须与LED灯珠的中心对齐，一般要求精度在0.1mm内，否则最终获得的光斑会明显不对称，且光斑的均匀性将明显下降，特别是应用于双色闪光灯，两个透镜的中心如果没有与各自的LED灯珠对齐，则会出现明显的色差。

发明内容

基于此，有必要针对现有技术问题，提供一种矩形光斑的闪光灯透镜系统及其设计方法，光能的利用率极高，装配的容错率高，且系统整体的出光口面积小，满足小型化设计。

为解决现有技术问题，本发明公开一种矩形光斑的闪光灯透镜系统，包括光源，光源的出光面设有微透镜阵列，微透镜阵列包括一体成型的若干微透镜单元，微透镜单元包括棱柱透镜部，棱柱透镜部靠近光源的一端一体成型有入光透镜部，棱柱透镜部远离光源的一端一体成型有出光透镜部；棱柱透镜部与入光透镜部之间设有入光矩形边框，入光矩形边框水平方向的长度和竖直方向的长度分别为a和b，a≠b，出光透镜部的焦距满足以下方程：f＝(a/2)/(HFOV/2)，HFOV为a方向上的视场角，棱柱透镜部的厚度为t＝f，出光透镜部的曲率半径为r＝((n-1)/n)*f，n为微透镜单元的折射率。

进一步的，光源的发光面为k*k的正方形，微透镜阵列包括i*j个微透镜单元，ki*a1.5k，kj*b1.5k。

进一步的，i*a＝1.2k，kj*b＝1.2k。

进一步的，0.05mm≤a≤0.5mm，0.05mm≤b≤0.5mm。

进一步的，入光透镜部的焦距为p＝f，入光透镜部的曲率半径为q＝r。

进一步的，入光透镜部为非球面透镜，入光透镜部中心处的曲率半径为q＝r。

进一步的，出光透镜部为非球面透镜，出光透镜部中心处的曲率半径为r。

进一步的，光源和微透镜阵列之间设有准直透镜。

进一步的，准直透镜为菲涅尔透镜，准直透镜的光轴与光源的光轴共轴。

本发明还公开一种矩形光斑的闪光灯透镜系统的设计方法，包括以下步骤：