一种光学透镜及其采用该光学透镜的光源器件的制作方法

本技术属于半导体发光，具体而言，涉及一种光学透镜及其采用该光学透镜的光源器件。

背景技术：

1、随着vcsel芯片问世，vcsel芯片的应用从智能硬件到激光雷达，在将vcsel阵列应用为车载激光雷达的投射光源时，在扫描被测目标时，vcsel阵列需分区点亮以逐步扫描被测目标的外表面。从早期的单点 vcsel 、单线 vcsel ，到现在的可寻址 vcsel ，即面阵列的出光孔，每个出光孔或者每条出光孔单独出光，能在光场上 fov 区域对应的区域形成分布，且能一一对应。

2、vcsel芯片可寻址的应用方案一，采用多个单点光源器件陈列，每个光源器件指向不同方向，拼接成一个大的 fov 视场。这种方法，中间拼接处容易呈现暗区，虽能实现3d可寻址，但是大的 fov 视场内拼接效果不好，亮度分布不均匀。

3、vcsel芯片可寻址的应用方案二，采用一个线激光光源，通过线激光光源，将发射的线光源进行扫射，形成一个大 fov 的视场，能实现2d可寻址，但是单个线激光能量有限，远距离的应用场景不适用，且无法满足ns级别的响应速度。尤其是像激光雷达的应用场景，需要更快的响应速度，需要更远的照射距离，且芯片的发光孔与光场像素点要一一对应，以上两个方案均无法满足应用。

4、基于上述，目前要解决的问题：提供一种可寻址、响应速度快、亮度高、出光均匀的光学透镜及其光源器件。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于提供一种光学透镜及其采用该光学透镜的光源器件，旨在解决现有技术中，可寻址的光源的出光不均匀、亮度不高、响应速度慢和精准度不高的问题。

2、本实用新型是这样实现的光学透镜，包括彼此分离、从下到上依次设置的第一棱镜和第二棱镜；

3、所述第一棱镜自下而上包括输入光线的第一光学界面和输出光线的第二光学界面；

4、所述第二棱镜自下而上包括输入光线的第三光学界面和输出光线的第四光学界面；

5、所述第二光学界面与所述第三光学界面靠近、对应设置；

6、所述第一棱镜为所述第一光学界面、所述第二光学界面沿左右延伸形成的狭长的透镜，所述第二棱镜为所述第三光学界面、所述第四光学界面沿左右延伸形成的狭长的透镜；所述第一棱镜在其狭长方向的中心线与所述第二棱镜在其狭长方向的中心线呈一定夹角α设置，0°<α<180°。

7、进一步的， 所述第一光学界面、所述第三光学界面为自由曲面；所述第一光学界面在xz平面的轮廓线为第一曲线，所述第三光学界面在yz平面的轮廓线为第二曲线；所述第一曲线、所述第二曲线分别为向所述第一棱镜、所述第二棱镜的外部凸起的曲线；

8、x轴、y轴、z轴为空间直角坐标轴，定义x轴、y轴组成的平面为xy平面，x轴、z轴组成的平面为xz平面，y轴、z轴组成的平面为yz平面。

9、进一步的， 所述第一棱镜为所述第一曲线沿y轴平移形成的柱状透镜；所述第二棱镜为所述第二曲线沿x轴平移形成的柱状透镜。

10、进一步的， 所述第一曲线、所述第二曲线分别为轴对称曲线。

11、进一步的，所述第一光学界面在y z平面的轮廓线为第三曲线，所述第三曲线为向所述第一棱镜外部凸起的曲线。

12、进一步的，所述第三曲线的曲率小于所述第一曲线的曲率。

13、进一步的，所述第三光学界面在xz平面的轮廓线为第四曲线，所述第四曲线为向所述第二棱镜内部凹陷的曲线。

14、进一步的，所述第四曲线的曲率小于所述第二曲线的曲率。

15、进一步的，所述第一棱镜在x轴、y轴方向的长度分别为l1、l2，所述第二棱镜在x轴、y轴方向的长度分别为w1、w2，满足l1<w1、l2<w2。

16、一种光源器件，包括所述光学透镜，还包括发光芯片，所述发光芯片设于所述第一光学界面下方，所述发光芯片上设置若干发光孔，所述发光孔呈规则阵列分布或者随机分布。

17、与现有技术相比，本实用新型提供的光学透镜及其采用该光学透镜的光源器件具有如下有益效果：

18、一、本用新型的两个分离的透镜组合与同时具有第一光学界面和第三光学界面的面型的类圆锥界面的光学透镜相比，本实用新型在保证不同方向的光学整形效果的同时，适用发光芯片的尺寸范围更大，特别适用布置若干发光孔的发光芯片，边缘的光能利用率更高，实现发光的可寻址。

19、二、第一棱镜和第二棱镜分别与xz平面、yz平面相交第一曲线、第二曲线，第一曲线、第二曲线为凸曲线。第一曲线、第二曲线的形状设置使发光芯片的中心区域的光经第一棱镜、第二棱镜折射对应于视场角中心区域；使发光芯片的边缘区域的光经第一棱镜、第二棱镜折射对应视场角的另一侧边缘区域，参照图8-11，实现每个发光孔与光场相应区域形成一一对应的关系，充分实现3d可寻址和2d可寻址功能。整个 fov 视场内，控光更加精准，响应速度快，更加匹配激光雷达的应用场景。发光芯片与光场实现点对点，线对线，面对面的控制，大大降低了发光芯片的发光功率。

20、三、本实用新型的光源器件的发光芯片、第一棱镜和第二棱镜的尺寸关系设置为s1<l1<w1，s2<l2<w2，使整个光学透镜完全覆盖发光芯片，保证发光芯片的边缘光被光学透镜整形利用，提高光能利用率和亮度均匀性，精准度高且实现可寻址功能。

技术特征：

1.一种光学透镜，其特征在于，包括彼此分离、从下到上依次设置的第一棱镜（1）和第二棱镜（2）；

2.如权利要求1所述的光学透镜，其特征在于， 所述第一光学界面（11）、所述第三光学界面（21）为自由曲面；所述第一光学界面（11）在xz平面的轮廓线为第一曲线（111），所述第三光学界面（21）在yz平面的轮廓线为第二曲线（211）；所述第一曲线（111）、所述第二曲线（211）分别为向所述第一棱镜（1）、所述第二棱镜（2）的外部凸起的曲线；

3.如权利要求2所述的光学透镜，其特征在于， 所述第一棱镜（1）为所述第一曲线（111）沿y轴平移形成的柱状透镜；所述第二棱镜（2）为所述第二曲线（211）沿x轴平移形成的柱状透镜。

4.如权利要求2所述的光学透镜，其特征在于， 所述第一曲线（111）、所述第二曲线（211）分别为轴对称曲线。

5.如权利要求2所述的光学透镜，其特征在于，所述第一光学界面（11）在yz平面的轮廓线为第三曲线（112），所述第三曲线（112）为向所述第一棱镜（1）的外部凸起的曲线。

6.如权利要求5所述的光学透镜，其特征在于，所述第三曲线（112）的曲率小于所述第一曲线（111）的曲率。

7.如权利要求2所述的光学透镜，其特征在于，所述第三光学界面（21）在xz平面的轮廓线为第四曲线（212），所述第四曲线（212）为向所述第二棱镜（2）的内部凹陷的曲线。

8.如权利要求7所述的光学透镜，其特征在于，所述第四曲线（212）的曲率小于所述第二曲线（211）的曲率。

9.一种光源器件，其特征在于，包括权利要求1-8中任一所述光学透镜，还包括发光芯片（3），所述发光芯片（3）设于所述第一光学界面（11）下方，所述发光芯片（3）上设置若干发光孔（31），所述发光孔（31）呈规则阵列分布或者随机分布。

10.如权利要求9所述的光源器件，其特征在于，所述第一棱镜（1）在x轴、y轴方向的长度分别为l1、l2，所述第二棱镜（2）在x轴、y轴方向的长度分别为w1、w2，所述发光芯片（3）在x轴、y轴方向的长度分别为s1、s2，满足s1<l1<w1、s2<l2<w2。

技术总结
本技术涉及半导体发光技术领域，公开了一种光学透镜及其采用该光学透镜的光源器件。光学透镜包括彼此分离、从下到上依次设置的第一棱镜和第二棱镜。第一棱镜包括第一光学界面和第二光学界面。第二棱镜包括第三光学界面和第四光学界面。第二光学界面与第三光学界面靠近、对应设置。第一棱镜、第二棱镜为狭长的透镜，第一棱镜在其狭长方向的中心线与第二棱镜在其狭长方向的中心线呈一定夹角α设置，0°<α<180°。本技术通过第一棱镜、第二棱镜的面型设置和交叉放置，使阵列的发光孔进行成像，每个发光孔与光场形成一一对应的关系，充分实现可寻址功能。整个FOV视场内，控光更加精准，响应更快，实现点对点，线对线，面对面的控制。

技术研发人员：曹宇星,黄伟,杨道群,汪洋,李向阳
受保护的技术使用者：深圳循光科技有限公司
技术研发日：20231115
技术公布日：2024/7/11