大散射角激光整形元件

本申请涉及激光微器件，尤其涉及大散射角激光整形元件。

背景技术：

1、随着现代光学技术的飞速发展，激光整形元件的小型化、智能化和集成化已成为当前主流的发展趋势。激光整形元件，例如，微透镜阵列作为微光学元件，体积小、重量轻，被广泛应用于激光显示、光束整形、照明和三维成像等方面。通常，可基于折射/衍射原理，采用电化学刻蚀、超精密切削、飞秒激光刻蚀、灰度激光直写等技术加工形成阵列微透镜阵列。在进行照明或者三维成像时，通常采用激光作为光源，在实际应用中，通常将一束激光经过微透镜阵列后射出光斑，光斑用于投屏显示或者是照明领域。

2、相关技术中，微透镜阵列是由多个子单元密铺形成，在进行照明或者三维成像时，通常采用激光作为光源，在实际应用中，通常将一束激光经过组成微透镜阵列的所有子单元后射出光斑，光斑用于投屏显示或者是照明领域。

3、然而，当每个子单元的形状、尺寸完全一致时，会导致极大的相干性，而激光的高相干性则会使得以激光为光源的设备中会产生散斑现象，造成光斑分布不均匀。

技术实现思路

1、本申请实施例提供了一种大散射角激光整形元件，通过使每个子单元的入射面的正投影的形状进行随机变换，能够避免每个子单元的形状一致，减小了光线经过微透镜后产生光斑的相干性，从而提高了微透镜阵列所产生光斑的均匀性。

2、本申请实施例提供一种大散射角激光整形元件，包括：

3、多个相互邻接设置的子单元；

4、每个子单元的入射面正投影的形状均设置为多边形；

5、多边形的每条边均与邻接的子单元共用边长；

6、每个多边形的顶点位置为随机偏移形成，以使每个子单元的入射面正投影的多边形随机分布。

7、在一种可行的实现方式中，多边形设置有n边形，其中：

8、

9、其中n>3，且z表示整数集。

10、在一种可行的实现方式中，多边形的顶点位置在进行随机偏移之前设置为基础形状；

11、基础形状的至少四个内角在拼接时能够构成360°。

12、在一种可行的实现方式中，组成同一微透镜阵列的基础形状的形状和尺寸均相同。

13、在一种可行的实现方式中，根据微透镜的能量利用率，分别计算基础形状的面积，以及与基础形状相互对应的多边形的面积。

14、在一种可行的实现方式中，基础形状的面积，以及与基础形状相互对应的多边形的面积的计算公式如下：

15、

16、

17、其中，p为微透镜阵列的能量利用率；s0为基础形状的面积；sij为基础形状对应的每个多边形的面积；nx×ny为假定具有nx×ny个子单元。

18、在一种可行的实现方式中，根据基础形状的顶点的偏移量，计算多边形的边长与对应的基础形状的边长之间的比例。

19、在一种可行的实现方式中，基础形状设置有n条边，每条边与对应基础形状中心点另一侧的边长平行且相等；

20、以基础形状的径向方向为x轴，以基础形状的轴向方向为y轴，则基础形状的顶点位置记作xi，yi，多边形的顶点位置为

21、基础形状的n条边的边长分别为l1，l2…ln，多边形的边长分别为l’1，l’2…l’n，设置边长随机比为kn，则有：

22、

23、

24、

25、

26、其中，knmin≤kn≤knmax；knmin为最小随机边长比；knmax为最大随机边长比。

27、在一种可行的实现方式中，每一个子单元包括第一透镜和第二透镜，第一透镜的入射面和第二透镜的入射面共同形成每个子单元的入射面，第一透镜的出射面和第二透镜的出射面共同形成每个子单元的出射面；

28、第二透镜环绕第一透镜的侧壁设置，且光线的入射角达到临界角的部分位于第二透镜内，第一透镜的出射面设置为向外弯曲的弧形面，第二透镜的出射面设置为向内弯曲的弧形面；

29、当光线从所有子单元的入射面入射时，其中，一部分光线经由第一透镜向外弯曲的弧形面在投射面上形成实心的主光斑，另一部分光线经由第二透镜向内弯曲的弧形面在投射面上形成空心的补偿光斑，补偿光斑的内圈形状和主光斑的形状相互适配，其中，一部分光线的入射角小于临界角，另一部分光线的入射角大于或者等于临界角。

30、本申请实施例提供的一种大散射角激光整形元件，通过使得微透镜阵列包括多个相互邻接的子单元，且每个子单元入射面正投影的形状均设置为多边形，通过使多边形的每条边均与邻接的子单元共用边长，每个多边形的顶点位置为随机偏移形成，能够使得每个子单元的入射面的正投影的形状进行随机变换，从而避免每个子单元的形状一致，减小了光线经过微透镜后产生光斑的相干性，从而提高了微透镜阵列所产生光斑的均匀性。

技术特征：

1.一种大散射角激光整形元件，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的大散射角激光整形元件，其特征在于，所述多边形(100a)设置有n边形，其中：

3.根据权利要求2所述的大散射角激光整形元件，其特征在于，所述多边形(100a)的顶点位置在进行随机偏移之前设置为基础形状(100b)；

4.根据权利要求3所述的大散射角激光整形元件，其特征在于，组成同一微透镜阵列(1)的所述基础形状(100b)的形状和尺寸均相同。

5.根据权利要求3或4任一项所述的大散射角激光整形元件，其特征在于，根据微透镜的能量利用率，分别计算所述基础形状(100b)的面积，以及与所述基础形状(100b)相互对应的所述多边形(100a)的面积。

6.根据权利要求5所述的大散射角激光整形元件，其特征在于，所述基础形状(100b)的面积，以及与所述基础形状(100b)相互对应的所述多边形(100a)的面积的计算公式如下：

7.根据权利要求3或4任一项所述的大散射角激光整形元件，其特征在于，根据所述基础形状(100b)的顶点的偏移量，计算所述多边形(100a)的边长与对应的所述基础形状(100b)的边长之间的比例。

8.根据权利要求7所述的大散射角激光整形元件，其特征在于，所述基础形状(100b)设置有n条边，每条边与对应所述基础形状(100b)中心点另一侧的边长平行且相等；

9.根据权利要求1-4任一项所述的大散射角激光整形元件，其特征在于，每一个所述子单元(100)包括第一透镜(101)和第二透镜(102)，所述第一透镜(101)的入射面和所述第二透镜(102)的入射面共同形成每个所述子单元(100)的入射面，所述第一透镜(101)的出射面和所述第二透镜(102)的出射面共同形成每个所述子单元(100)的出射面；

技术总结
本申请实施例提供一种大散射角激光整形元件，多个相互邻接设置的子单元；每个子单元的入射面正投影的形状均设置为多边形；多边形的每条边均与邻接的子单元共用边长；每个多边形的顶点位置为随机偏移形成，以使每个子单元的入射面正投影的多边形随机分布，通过使每个子单元的入射面的正投影的形状进行随机变换，能够避免每个子单元的形状一致，减小了光线经过微透镜后产生光斑的相干性，从而提高了微透镜阵列所产生光斑的均匀性。

技术研发人员：刘民哲,刘华,李峰,翟瑞占,贾中青,赵坤,刘梦霖,王丽莎,田晓琳,孙丽媛
受保护的技术使用者：山东省科学院激光研究所
技术研发日：20230303
技术公布日：2024/1/12