匀光元件和匀光系统技术方案

本技术提供了一种匀光元件和匀光系统。匀光元件包括：进光面、出光面和周侧面，进光面与出光面相对设置，周侧面的两侧分别与进光面和出光面连接以围成匀光腔，进光面和/或出光面具有独立的多个透镜，图像传感器的像面被分成M*N个区块，其中，进光面上的多个透镜与M*N个区块一一对应且尺寸匹配；和/或出光面上的多个透镜与M*N个区块一一对应且尺寸匹配。本技术解决了现有技术中的匀光元件存在小型化和匀光效果难以同时兼顾的问题。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及光学成像设备，具体而言，涉及一种匀光元件和匀光系统。

技术介绍

1、目前，分光一直都是在光谱相机、成像光谱仪等光学系统中比较关键的部分。传统的色散元件如光栅和分光棱镜等造价昂贵，需要高精度加工和制造，因此商用制造较少。一般更倾向于使用滤光片处理，再通过后期图像处理算法进行图片的光谱信息的获取。但是现有的光谱仪等光学系统的视场会比较小，假如想完成大视场的探测，就必须将一个图片的视场划平分成多个视场，并进行多次测量计算，导致花费大量时间。除此以外，常用的bayer滤光片，多色滤光片轮等方式会在机械结构与制造配准精度要求高，在机械装配上有较高要求。

2、在照明光学里，匀光是比较关键的问题，需要通过匀光元件，将不同波长的光在目标区域内混合均匀。常用的匀光元件包括漫反射混光腔、导光柱等，然而这些结构体积较大，若压缩体积则匀光均匀性大大下降，同时不利于应用在小型光学模组中。

3、也就是说，现有技术中的匀光元件存在小型化和匀光效果难以同时兼顾的问题。

技术实现思路

1、本技术的主要目的在于提供一种匀光元件和匀光系统，以解决现有技术中的匀光元件存在小型化和匀光效果难以同时兼顾的问题。

2、为了实现上述目的，根据本技术的一个方面，提供了一种匀光元件，包括：进光面、出光面和周侧面，进光面与出光面相对设置，周侧面的两侧分别与进光面和出光面连接以围成匀光腔，进光面和/或出光面具有独立的多个透镜，图像传感器的像面被分成m*n个区块，其中，进光面上的多个透镜与m*n个区块一一对应且尺寸匹配；和/或出光面上的多个透镜与m*n个区块一一对应且尺寸匹配。

3、进一步地，一个区块对应多种颜色的像素，一个透镜上对应同种颜色的区域的面型相同，一个透镜上对应不同种颜色的区域的面型不同。

4、进一步地，透镜沿光轴呈轴对称结构，轴对称结构包括半球结构、四棱台和四棱锥中的一种。

5、进一步地，轴对称结构还包括多层棱台结构，多层棱台结构由多个四棱台堆叠而成，多个四棱台的尺寸沿远离进光面或者出光面的方向逐渐减小。

6、进一步地，透镜的中心部分沿光轴呈轴对称结构，且透镜的外周缘部分沿光轴呈非对称结构以形成异形结构。

7、进一步地，透镜的表面为曲面或者曲面和平面的组合。

8、进一步地，透镜由多个子透镜组成，多个子透镜呈矩形阵列设置，呈矩形阵列的多个子透镜沿远离透镜的中心轴的方向相对于中心轴逐渐倾斜设置。

9、进一步地，多个子透镜的光轴与透镜的中心轴之间的夹角由透镜的中心至边缘逐渐增大，以形成阵列结构。

10、进一步地，透镜包括圆形结构和多个环形结构，圆形结构位于透镜的中心位置，多个环形结构依序套设在圆形结构的外周侧，且圆形结构与多个环形结构同心设置以形成菲涅尔结构。

11、进一步地，进光面上的多个透镜包括轴对称结构、异形结构、阵列结构、菲涅尔结构中的一种或多种；和/或出光面上的多个透镜包括轴对称结构、异形结构、阵列结构、菲涅尔结构中的一种或多种。

12、根据本技术的另一方面，提供了一种匀光系统，包括：光源，光源具有像素板，像素板被分成a*b个像素区域，各像素区域均包括多种颜色的像素；上述的匀光元件，匀光元件用于对光源发射的光进行匀光，并在图像传感器的像面进行成像，像面的m*n个区块与a*b个像素区域一一对应设置。

13、应用本技术的技术方案，匀光元件包括进光面、出光面和周侧面，进光面与出光面相对设置，周侧面的两侧分别与进光面和出光面连接以围成匀光腔，进光面和/或出光面具有独立的多个透镜，图像传感器的像面被分成m*n个区块，其中，进光面上的多个透镜与m*n个区块一一对应且尺寸匹配；和/或出光面上的多个透镜与m*n个区块一一对应且尺寸匹配。

14、进光面和/或出光面具有独立的多个透镜，进光面上的多个透镜与m*n个区块一一对应且尺寸匹配；和/或出光面上的多个透镜与m*n个区块一一对应且尺寸匹配。也就是说，在本申请的一种可选实施例中，仅进光面上设置有多个独立的透镜，此时进光面上的多个透镜与m*n个区块一一对应且尺寸匹配；或者在本申请的另一种可选实施例中，仅出光面上设置有多个独立的透镜，此时出光面上的多个透镜与m*n个区块一一对应且尺寸匹配；或者在本申请的另一种可选实施例中，进光面和出光面上均具有多个独立的透镜，以使得匀光元件为双面具有透镜的结构，此时，进光面上的多个透镜与m*n个区块一一对应且尺寸匹配；且出光面上的多个透镜与m*n个区块一一对应且尺寸匹配。

15、本申请根据图像传感器的图像处理能力，将像面划分成m*n个区块，然后使用对应的透镜将每个区域的光混合均匀，通过图像传感器对每个匀光后的区域进行图像处理，这样可以大幅度减少运行时间，进行高速有效的拍摄分析。本申请通过使得图像传感器的像面的区块与匀光元件的透镜对应且尺寸匹配，使得本申请的匀光元件的一个面上的多个透镜是根据像面的区块排列和数量进行设计，使得一个区块对应一个透镜，以使得一个透镜对与之对应的区块中不同波长的光进行混合，最后所有区块、不同波长的光均被混合均匀，且不受相邻区块光线的串扰，进入图像传感器处理，大大提高了匀光效率和匀光效果。

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【技术保护点】

1.一种匀光元件，其特征在于，包括：进光面(10)、出光面(20)和周侧面(30)，所述进光面(10)与所述出光面(20)相对设置，所述周侧面(30)的两侧分别与所述进光面(10)和所述出光面(20)连接以围成匀光腔，

2.根据权利要求1所述的匀光元件，其特征在于，一个所述区块(60)对应多种颜色的像素，一个所述透镜(50)上对应同种颜色的区域的面型相同，一个所述透镜(50)上对应不同种颜色的区域的面型不同。

3.根据权利要求1所述的匀光元件，其特征在于，所述透镜(50)沿光轴呈轴对称结构(51)，所述轴对称结构(51)包括半球结构、四棱台和四棱锥中的一种。

4.根据权利要求3所述的匀光元件，其特征在于，所述轴对称结构(51)还包括多层棱台结构(52)，所述多层棱台结构(52)由多个所述四棱台堆叠而成，多个所述四棱台的尺寸沿远离所述进光面(10)或者所述出光面(20)的方向逐渐减小。

5.根据权利要求1所述的匀光元件，其特征在于，所述透镜(50)的中心部分沿光轴呈轴对称结构(51)，且所述透镜(50)的外周缘部分沿光轴呈非对称结构以形成异形结构(53)。

6.根据权利要求1所述的匀光元件，其特征在于，所述透镜(50)的表面为曲面或者曲面和平面的组合。

7.根据权利要求1所述的匀光元件，其特征在于，所述透镜(50)由多个子透镜(541)组成，多个所述子透镜(541)呈矩形阵列设置，呈矩形阵列的多个所述子透镜(541)沿远离所述透镜(50)的中心轴(40)的方向相对于所述中心轴(40)逐渐倾斜设置。

8.根据权利要求7所述的匀光元件，其特征在于，多个所述子透镜(541)的光轴与所述透镜(50)的中心轴(40)之间的夹角由所述透镜(50)的中心至边缘逐渐增大，以形成阵列结构(54)。

9.根据权利要求1所述的匀光元件，其特征在于，所述透镜(50)包括圆形结构(551)和多个环形结构(552)，所述圆形结构(551)位于所述透镜(50)的中心位置，多个所述环形结构(552)依序套设在所述圆形结构(551)的外周侧，且所述圆形结构(551)与多个所述环形结构(552)同心设置以形成菲涅尔结构(55)。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的匀光元件，其特征在于，

11.一种匀光系统，其特征在于，包括：

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【技术特征摘要】

1.一种匀光元件，其特征在于，包括：进光面(10)、出光面(20)和周侧面(30)，所述进光面(10)与所述出光面(20)相对设置，所述周侧面(30)的两侧分别与所述进光面(10)和所述出光面(20)连接以围成匀光腔，

2.根据权利要求1所述的匀光元件，其特征在于，一个所述区块(60)对应多种颜色的像素，一个所述透镜(50)上对应同种颜色的区域的面型相同，一个所述透镜(50)上对应不同种颜色的区域的面型不同。

3.根据权利要求1所述的匀光元件，其特征在于，所述透镜(50)沿光轴呈轴对称结构(51)，所述轴对称结构(51)包括半球结构、四棱台和四棱锥中的一种。

4.根据权利要求3所述的匀光元件，其特征在于，所述轴对称结构(51)还包括多层棱台结构(52)，所述多层棱台结构(52)由多个所述四棱台堆叠而成，多个所述四棱台的尺寸沿远离所述进光面(10)或者所述出光面(20)的方向逐渐减小。

5.根据权利要求1所述的匀光元件，其特征在于，所述透镜(50)的中心部分沿光轴呈轴对称结构(51)，且所述透镜(50)的外周缘部分沿光轴呈非对称结构以形成异形结构(53)。

【专利技术属性】
技术研发人员：黄哲，程治明，明玉生，王聪，贾敏，陈远，
申请(专利权)人：宁波舜宇奥来技术有限公司，
类型：新型
国别省市：