【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及光學，特別是一種光學器件及光學器件的制備方法。
技術介紹
1、透鏡是由透明物質(如玻璃、水晶等)制成的一種光學元件。透鏡通過其獨特的折射性質和對光的控制能力，在光學系統重發揮著不可或缺的作用。但是通常透鏡可能導致光效損失，影響整體能效，光能的利用率可能受到限制、透鏡上的微結構技術受限于工作距離和勻光角度。而現有的解決方案通常需要增加整體光學器件的尺寸，這限制了其在某些應用場合的使用。并且，現有的光學器件的勻光角度通常較小，這導致了照明效果不佳的問題。
技術實現思路
1、本專利技術的目的是提供一種光學器件及光學器件的制備方法，以解決現有技術中的不足，能夠實現光學器件的小型化并且提高了光學器件的勻光效果。
2、為了實現上述目的之一，本專利技術提供了一種光學器件，包括沿o－z方向依次設置的led光源、第一透鏡、第二透鏡以及微型陣列結構，所述led光源發出的光經由第一透鏡后發光角度變小，所述第一透鏡的折射率不大于所述第二透鏡的折射率。
3、作為本專利技術一實施方式的進一步改進，所述第一透鏡的折射率小于所述第二透鏡的折射率，所述第一透鏡折射率與所述第二透鏡的折射率的差值范圍為：0.1-0.2。
4、作為本專利技術一實施方式的進一步改進，所述第一透鏡朝向所述光源的一側設置有入光凹面，所述光源沿所述o－z方向在所述第一透鏡上的投影位于所述入光凹面的范圍內。
5、作為本專利技術一實施方式的進一步改進，所述第一透鏡具有靠近所述光源的第一側
6、作為本專利技術一實施方式的進一步改進，所述第一透鏡與第二透鏡設置為一體成型結構。
7、作為本專利技術一實施方式的進一步改進，所述第二透鏡與所述第一透鏡的第二側面連接，所述微型陣列結構設置于所述第二透鏡的出光面。
8、作為本專利技術一實施方式的進一步改進，所述第一透鏡與第二透鏡通過粘合劑相粘接，所述粘合劑的折射率不小于所述第一透鏡的折射率且不大于所述第二透鏡的折射率。
9、作為本專利技術一實施方式的進一步改進，所述入光凹面設置為二次曲面，所述入光凹面、第一透鏡、第二透鏡的中心共線。
10、作為本專利技術一實施方式的進一步改進，所述led光源的中心點與所述入光凹面的中心點共線。
11、作為本專利技術一實施方式的進一步改進，所述led光源容置于所述入光凹面形成的安裝空間內，所述led光源的表面不超過所述第一側面。
12、作為本專利技術一實施方式的進一步改進，所述led光源與所述入光凹面的中心點之間的距離為0.2mm－0.5mm。
13、作為本專利技術一實施方式的進一步改進，所述第一透鏡與所述第二透鏡的厚度之比為：1.1－1.6∶1。
14、為了實現上述目的之一，本專利技術一實施方式提供一種前述的光學器件的制備方法，包括如下步驟：
15、在所述第一透鏡的第一側面上制備所述入光凹面；
16、在所述第二透鏡的其中一表面上制備所述微型陣列結構；
17、將所述第一透鏡的第二側面和所述第二透鏡與微型陣列結構相對的另一表面相粘接；
18、將led光源粘接于所述入光凹面內。
19、作為本專利技術一實施方式的進一步改進，在所述第一透鏡上制備所述入光凹面包括：
20、s11設置初始曲面，根據所述初始曲面制備初始透鏡；
21、s12在所述第一透鏡和所述第二透鏡的交界面上模擬led光源經過所述初始透鏡后的初始光斑；
22、s13依據所述初始光斑并使用全局優化算法迭代所述初始全面以獲得優化曲面；
23、s14根據所述優化曲面在所述第一透鏡上制備入光凹面。
24、作為本專利技術一實施方式的進一步改進，所述全局優化算法包括：使用偶次多項式完成對所述初始曲面的擬合；
25、所述偶次多項式表示為：
26、
27、其中，i0為光源沿光軸方向的發光強度，θ為光線與光軸夾角，r為目標光斑半徑，e為初始光斑的照度；
28、進而，可得出光斑內半徑r與光線出射角θ的曲線表達式為：
29、r＝r*sinθ
30、根據所述曲線表達式獲取所述優化曲面的初始解。
31、作為本專利技術一實施方式的進一步改進，在所述第二透鏡上制備所述微型陣列結構包括：
32、s21設定一初始相位
33、s22以led光源的光源振幅u0乘以初始相位分布獲得led光源的復振幅信息；
34、s23將led光源的復振幅信息通過正向傳播到目標平面，獲得目標平面的復振幅信息；
35、s24利用目標平面的復振幅信息替換掉傳播得到的復振幅分布中的復振幅圖像；
36、s25以修改后的復振幅圖像反向傳播到微型陣列結構的入射面獲得新的復振幅圖像；
37、重復步驟s22－s25，直至微型陣列結構的相位分布滿足目標光斑的光強信息。
38、作為本專利技術一實施方式的進一步改進，以所述led光源經過所述第一透鏡后到達所述第二透鏡入射面上的光源振幅作為所述光源振幅u0。
39、作為本專利技術一實施方式的進一步改進，在步驟s23后需要利用評價函數評價目標平面的復振幅信息是否滿足目標光斑的光強信息，所述評價函數為：
40、e＝λ1ea+λ2η+λ3emse
41、其中，ea為當前迭代中目標平面的復振幅信息的幅值誤差，η為衍射效率，emse為當前振幅幅值與目標光斑之間的誤差。
42、與現有技術相比，本專利技術中led光源的光束通過第一透鏡和第二透鏡匯聚后傳輸至微型陣列結構上，使光束充分傳輸至微型陣列結構中，充分利用led光源的光強，并且微型陣列結構可以針對不同類型的光源進行勻光優化，可以實現自由角度和形狀的勻光設計，因此能夠使光學器件達到最優的光強分布和最大的勻光角度。
43、并且，第一透鏡上采用內凹的球面或橢球面結構，便于安裝led光源，在加工上更有優勢。并且球面或橢球面的內凹透鏡設置，可以使光強盡可能多的進入到第二透鏡，可以有效地縮短折射光的工作距離，也能夠對led光源的出射的光進行充分的利用，保證光學器件的光強。
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1.一種光學器件，其特征在于：包括沿O－Z方向依次設置的LED光源(1)、第一透鏡(2)、第二透鏡(3)以及微型陣列結構(4)，所述LED光源(1)發出的光經由所述第一透鏡(2)后發光角度變小，所述第一透鏡(2)的折射率不大于所述第二透鏡(3)的折射率。
2.根據權利要求1所述的光學器件，其特征在于：所述第一透鏡(2)的折射率小于所述第二透鏡(3)的折射率，所述第一透鏡(2)折射率與所述第二透鏡(3)的折射率的差值范圍為：0.1-0.2。
3.根據權利要求1所述的光學器件，其特征在于：所述第一透鏡(2)朝向所述光源的一側設置有入光凹面(6)，所述光源沿所述O－Z方向在所述第一透鏡(2)上的投影位于所述入光凹面(6)的范圍內。
4.根據權利要求3所述的光學器件，其特征在于：所述第一透鏡(2)具有靠近所述光源的第一側面、與所述第一側面相對設置的第二側面，所述入光凹面(6)自所述第一側面朝向所述第二側面方向凹陷形成。
5.根據權利要求1所述的光學器件，其特征在于：所述第一透鏡(2)與第二透鏡(3)設置為一體成型結構。
6.根據
7.根據權利要求6所述的光學器件，其特征在于：所述第一透鏡(2)與第二透鏡(3)通過粘合劑相粘接，所述粘合劑的折射率不小于所述第一透鏡(2)的折射率且不大于所述第二透鏡(3)的折射率。
8.根據權利要求4所述的光學器件，其特征在于：所述入光凹面(6)設置為二次曲面，所述入光凹面(6)、第一透鏡(2)、第二透鏡(3)的中心共線。
9.根據權利要求4所述的光學器件，其特征在于：所述LED光源(1)的中心點與所述入光凹面(6)的中心點共線。
10.根據權利要求9所述的光學器件，其特征在于：所述LED光源(1)容置于所述入光凹面(6)形成的安裝空間內，所述LED光源(1)的表面不超過所述第一側面。
11.根據權利要求4或10所述的光學器件，其特征在于：所述LED光源(1)與所述入光凹面(6)的中心點之間的距離為0.2mm－0.5mm。
12.根據權利要求1所述的光學器件，其特征在于：所述第一透鏡(2)與所述第二透鏡(3)的厚度之比為：1.1－1.6∶1。
13.一種如權利要求1－12中任一所述的光學器件的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
14.根據權利要求13所述的光學器件制備方法，其特征在于，在所述第一透鏡(2)上制備所述入光凹面(6)包括：
15.根據權利要求14所述的光學器件制備方法，其特征在于，所述全局優化算法包括：使用偶次多項式完成對所述初始曲面的擬合；
16.根據權利要求13所述的光學器件的制備方法，其特征在于，在所述第二透鏡(3)上制備所述微型陣列結構(4)包括：
17.根據權利要求16所述的光學器件的制備方法，其特征在于：以所述LED光源(1)經過所述第一透鏡(2)后到達所述第二透鏡(3)入射面上的光源振幅作為所述光源振幅U0。
18.根據權利要求16所述的光學器件制備方法，其特征在于，在步驟S23后需要利用評價函數評價目標平面(5)的復振幅信息是否滿足目標光斑的光強信息，所述評價函數為：
...【技術特征摘要】
1.一種光學器件，其特征在于：包括沿o－z方向依次設置的led光源(1)、第一透鏡(2)、第二透鏡(3)以及微型陣列結構(4)，所述led光源(1)發出的光經由所述第一透鏡(2)后發光角度變小，所述第一透鏡(2)的折射率不大于所述第二透鏡(3)的折射率。
2.根據權利要求1所述的光學器件，其特征在于：所述第一透鏡(2)的折射率小于所述第二透鏡(3)的折射率，所述第一透鏡(2)折射率與所述第二透鏡(3)的折射率的差值范圍為：0.1-0.2。
3.根據權利要求1所述的光學器件，其特征在于：所述第一透鏡(2)朝向所述光源的一側設置有入光凹面(6)，所述光源沿所述o－z方向在所述第一透鏡(2)上的投影位于所述入光凹面(6)的范圍內。
4.根據權利要求3所述的光學器件，其特征在于：所述第一透鏡(2)具有靠近所述光源的第一側面、與所述第一側面相對設置的第二側面，所述入光凹面(6)自所述第一側面朝向所述第二側面方向凹陷形成。
5.根據權利要求1所述的光學器件，其特征在于：所述第一透鏡(2)與第二透鏡(3)設置為一體成型結構。
6.根據權利要求4所述的光學器件，其特征在于：所述第二透鏡(3)與所述第一透鏡(2)的第二側面連接，所述微型陣列結構(4)設置于所述第二透鏡(3)的出光面。
7.根據權利要求6所述的光學器件，其特征在于：所述第一透鏡(2)與第二透鏡(3)通過粘合劑相粘接，所述粘合劑的折射率不小于所述第一透鏡(2)的折射率且不大于所述第二透鏡(3)的折射率。
8.根據權利要求4所述的光學器件，其特征在于：所述入光凹面(6)設置為二次曲面，所述入光凹面(6)、第一...
【專利技術屬性】
技術研發人員：王宇輝，傅江華，
申請(專利權)人：蘇州山河光電科技有限公司，
類型：發明
國別省市：
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