专利名称：菲涅耳透镜片的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种菲涅耳透镜片。更具体地，本发明涉及一种具有多个同心布置的棱镜的菲涅耳透镜片。
背景技术：
当光通过具有多个间隔凸/凹结构(例如菲涅耳透镜片或双凸透镜片)的光学部件时，光以一定间隔改变强度。光穿过多个这种间隔改变其强度的光学部件，引起了产生莫尔图样的光干涉。这种波纹降低了图像质量。为了解决波纹问题，传统文件披露，每个光学部件都具有形成图案的结构，这些结构以一定节距布置，使得波纹模糊，例如日本公开专利第1994-250291号中所披露的。
波纹不能被上述现有技术文件中所公开的方法消除。进一步开发消除波纹的方法是必要的。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的第一实施例提供了一种菲涅耳透镜片，其具有多个同心布置的棱镜。多个棱镜包括随机马赛克(random mosaic)形式的不连续同心圆。这种菲涅耳透镜被使用，并且与诸如双凸透镜片的光学部件组合，该光学部件以直条图案发射光，从而可减少波纹。
多个棱镜可以具有不同的圆周宽度。在该种情况下，棱镜不是间隔布置在圆周上，这减少了波纹。
在同心圆中的两个径向相邻棱镜中，一个棱镜的圆周端可以不是另一内部或外部相邻棱镜的圆周端的延伸。在该种情况下，棱镜不是在径向上间隔布置。这可以减少波纹。
在同心圆中的两个圆周方向相邻棱镜中，棱镜到同心圆圆心的距离不同。在该种情况下，棱镜被更随机地布置，使得当具有这种棱镜的菲涅耳透镜片被使用并与光学部件组合时，可以减少波纹。
本发明的上述概要并没有包括所有的必要特征。这些特征的再组合也可以是发明。
图1示出了与本发明相关的背投影显示装置的结构。
图2是屏幕单元500的如图1所示的A区域的部分放大图。
图3是菲涅耳透镜片200的平面图。
图4是菲涅耳透镜片200的截面图。
图5是靠近菲涅耳透镜片200的中心的第一实施例的棱镜22的透视图。
图6是在菲涅耳透镜片200的边缘周围的第一实施例的棱镜22的透视图。
图7是在菲涅耳透镜片200的中心周围的截面图。
图8是在菲涅耳透镜片200的边缘周围的截面图。
图9是靠近菲涅耳透镜片200的中心的第二实施例的棱镜22的透视图。
图10是在菲涅耳透镜片200的边缘周围的第二实施例的棱镜22的透视图。
图11是靠近菲涅耳透镜片200的中心的第三实施例的棱镜22的透视图。
图12是靠近菲涅耳透镜片200的中心的第四实施例的棱镜22的透视图。
图13示出了如何为菲涅耳透镜片200制造负原始模型30。
具体实施例方式
下面的说明使用实施例阐明了本发明。下面描述的实施例在此不用于限制本发明。所有在实施例中描述的组合不是实现本发明所必需的。
图1示出了与本发明相关的背投影显示装置800的结构。该背投影显示装置800包括投影单元700、镜子600、以及屏幕单元500。从投影单元700发射的光学图像在镜子600上被反射，并到达屏幕单元500。屏幕单元500将入射的光学图像展示给可视区中的观看者。
图2示出了如图1所示的屏幕单元500的A区域的细节。屏幕单元500包括菲涅耳透镜片200、双凸透镜片100、以及最外层光学片300，这些片中的每个均彼此平行、并且彼此相邻或彼此接近。菲涅耳透镜片200具有多个棱镜22，以将从投影单元700发射的光校准为在与屏幕单元500近似垂直的方向上。双凸透镜片100具有多个单独的半圆柱透镜10，以透射和散射入射光。最外层光学片300保护双凸透镜片100，并防止在其外表面上反射外部光，其外部表面经过防闪光(AG)涂层或防反射(AR)涂层处理。最外层光学片300可以散射光，以扩大背投影显示装置800的可视区。双凸透镜片100可以是蝇眼透镜片。
保持装置400在菲涅耳透镜片200、双凸透镜片100、以及最外层光学片300边缘将其夹持。菲涅耳透镜片200的棱镜22面对双凸透镜100的单透镜10。作为全反射棱镜，棱镜22和单透镜10面向同一方向。保持装置400布置在屏幕单元500的边缘周围的四个点上。保持装置400由金属或树脂制成，以向屏幕单元施加夹紧力。例如，保持装置可以是可被螺栓固定的框架。
图3示出了菲涅耳透镜片200的平面图。图4示出了菲涅耳透镜片200沿图3中线A-A的截面图。菲涅尔透镜片200具有多个同心布置的棱镜22。多个棱镜22包括随机马赛克形式的不连续同心圆。当沿菲涅耳透镜片200光轴方向俯视其时，同心圆不连续地出现，这些同心圆由图3所示的棱镜的边缘线组成。
菲涅耳透镜片200具有其应用所需的纵横比。例如，当菲涅耳透镜片200用于背投影显示装置800时，如图3所示的其纵向与横向的纵横比近似为16∶9。纵横比的另一个例子近似为4∶3。如图4所示，外部相邻棱镜的高度大于内部相邻棱镜的高度。
图5和图6是多个棱镜22的第一实施例的透视图。图5示出了靠近本实施例的菲涅耳透镜片200的中心的棱镜22。图6示出了在本实施例的菲涅耳透镜片200的边缘周围的棱镜22。图5和图6仅示出了多个棱镜22的一部分。棱镜22的圆周曲率在这些图中被放大。角θ被定义为沿箭头B指示的方向的、棱镜22的斜面或入射/出射表面的法线与平行于菲涅耳透镜片200的光轴的线之间的角度。角θ越大，棱镜的法线与菲涅耳透镜片200的光轴越倾斜。当棱镜22的边缘线远远短于圆周的长度时，图中所示的曲线可以被认为近似地是直线。靠近菲涅耳透镜片200的光轴的棱镜22的斜面几乎与其光轴垂直。靠近其边缘的棱镜22的斜面几乎平行于其光轴。当具有多个不包括完整同心圆的棱镜22的菲涅耳透镜片被使用并且与诸如发出直条图案光的双凸透镜片组合时，可以减少波纹。
在本实施例中，两个圆周方向相邻棱镜22与同心圆的圆心的距离不同。这使得同心圆更不连续，在菲涅耳透镜片200被使用并且与光学部件组合时进一步减少了波纹。
图7和图8示出了菲涅耳透镜片200的截面图。图7示出了靠近菲涅耳透镜片200的中心的截面图。图8示出了在菲涅耳透镜片200的边缘周围的截面图。菲涅耳透镜片200包括透镜部分20和基片(substrate)24。本实施例的透镜部分20是透明的UV可固化聚氨酯丙烯酸酯树脂(urethan acrylate resin)，或2P树脂。基片24是透明塑料片或散射体。菲涅耳透镜片200的不可弯曲度和强度取决于基片24的材料和厚度。例如，菲涅耳透镜片200越大，基片24越厚。
图9和图10是多个棱镜22的第二实施例的透视图。图9示出了靠近本实施例的菲涅耳透镜片200的中心的棱镜22。图10示出了在本实施例的菲涅耳透镜片200的边缘周围的棱镜22。下面描述与实施例1相比的不同点。下面没有描述的其它点与第一实施例相同。对其的描述被省略。本实施例的棱镜22具有底部，该底部的形状为向菲涅耳透镜片200的中心的凸起。这可以减少倾向于产生光的折射的角落，从而可减少环境光的产生。本实施例的棱镜22可以使制造用于模塑棱镜的负原始模型(negative master pattern)30更容易。
图11示出了多个棱镜22的第三实施例的透视图。下面描述与实施例1相比的不同点。下面没有描述的其它点与第一实施例相同。对其的描述被省略。根据本实施例，在两个径向相邻棱镜22中，一个棱镜的圆周端不是另一内部或外部相邻棱镜的圆周端的延伸。在该种情况下，多个棱镜22不是在径向上间隔布置。这可以减少波纹。
图12示出了多个棱镜22的第四实施例的透视图。下面描述与实施例1相比的不同点。下面没有描述的其它点与第一实施例相同。对其的描述被省略。根据本实施例，在一些邻近棱镜22对中，一个棱镜的圆周端不是另一内部或外部邻近棱镜的端的延伸，并且到一个棱镜的同心圆的圆心的距离与右侧棱镜或左侧棱镜不同。在这种情况下，棱镜22不是在径向上间隔布置的。这可以减少波纹。
在图5、9、11、和12所示的实施例中，其上没有棱镜22的剩余空间是平坦的，并且对菲涅耳透镜功能不起作用。因此，优选地，这样平坦的边缘尽可能地小。
菲涅耳透镜片200可以由传统方法制造。该方法包括树脂浇注处理，其中用于透镜部分的树脂被浇注，并填充在铸模与基片24之间；树脂固化处理，其中用于透镜部分的树脂被固化以形成菲涅耳透镜片200；以及脱模处理，其中固化的菲涅耳透镜片200从铸模中脱出。
例如，用于浇铸菲涅耳透镜片200的凹模(negative mold)是通过由金属制成的负原始模型30制造的。例如，由环氧树脂制成的铸模是使用现有技术的从负原始模型30铸造的浇铸方法制成的。图13示出了如何产生菲涅耳透镜片200的负原始模型30。负原始模型30是由金属制成的，并且是由使用加工中心和垂直切削车床、或其它机床的切削工作制造的。用于负原始模型30的工件材料被固定在旋转台50上。旋转台50上的工件以旋转R2相对旋转轴上的工作头40旋转。例如，旋转速度R2大约在10rmp到100rmp之间。工作头40附着更小的切削工具42，该切削工具的刀刃具有小于棱镜22的顶角的角度θ。切削头40以旋转速度R1旋转切削工具42。旋转速度R1大约为100rmp到10000rmp，取决于工件的材料。
机床分别控制三个参数以加工负原始模型30。三个参数是参数D，与从旋转台50的旋转中心到工作头40的距离有关；参数H，与工件到切削工具42的高度有关；以及参数A，与切削工具42的旋转轴与工件之间的角度有关。下面描述在从边缘开始加工负原始模型30时，控制上述参数的过程。切削工具42被设置为具有高度参数H，以与工件分开足够距离。工作头40的角度参数A被调节，使得在边缘周围的棱镜22的斜面平行于切削工具42的刀刃。旋转台50以速度R2旋转。切削工具42以速度R1旋转，并且工作头40向下移动。减小高度参数H。当切削工具42到达工件时，工作头40进一步向下移动等于棱镜22的高度的距离。如果工作头40到达所需的距离并保持一定时间，使得棱镜22具有如图10所示的一定长度的直的边缘线。如果工作头40一到达所需的距离就向上移动，就使得用于浇铸棱镜22的铸型腔具有如图9所示的弯曲边缘线。
重复上述过程直到在同心圆上的所有棱镜被加工。工作头40然后改变径向距离参数D，使得其向旋转台50的旋转轴移动与棱镜22的径向节距相同的距离。工作头40被调节角度参数A，使得棱镜22的斜面平行于切削工具42的刀刃。棱镜22的内部邻近圆通过在上述过程中工作头40控制到工件的高度参数H而被加工。重复过程以完全加工用于浇铸如图9和图10所示的第二实施例的棱镜22的负原始模型30。
上面的实施例解释了如何用加工中心的切削工具制造负原始模型30。激光烧蚀处理也可用于实现上述的目的。
通过上面的描述显而易见，根据本发明的实施例，提供了一种菲涅耳透镜片，其可以通过与诸如发出直条图案光的双凸透镜片的光学部件组合来减少波纹。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种菲涅耳透镜片，包括多个同心布置的棱镜，其中，所述多个棱镜包括随机马赛克形式的不连续同心圆。
2.根据权利要求1所述的菲涅耳透镜片，其中，所述多个棱镜具有不同的圆周宽度。
3.根据权利要求1所述的菲涅耳透镜片，其中，在所述同心圆中的所述多个棱镜的两个径向相邻棱镜中，所述多个棱镜中的一个棱镜的圆周端不是另一内部或外部相邻棱镜的圆周端的延伸。
4.根据权利要求1所述的菲涅耳透镜片，其中，在所述同心圆中的所述多个棱镜的两个圆周方向相邻的棱镜到所述同心圆的圆心的距离彼此不同。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的菲涅耳透镜片，其中，所述同心圆包括所述多个棱镜的边缘线。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的菲涅耳透镜片，其中，所述多个棱镜中的外部相邻棱镜的高度大于内部相邻棱镜的高度。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的菲涅耳透镜片，其中，所述菲涅耳透镜片包括透镜部分和基片。
8.根据权利要求7所述的菲涅耳透镜片，其中，所述基片包括塑料片和散射体中的一种。
9.根据权利要求7所述的菲涅耳透镜片，其中，所述菲涅耳透镜片的不可弯曲度和强度取决于所述基片的材料和厚度。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的菲涅耳透镜片，其中，所述多个棱镜具有底部，所述底部具有向所述菲涅耳透镜片的中心凸起的形状。
全文摘要
菲涅耳透镜片具有多个同心布置的棱镜。多个棱镜包括随机马赛克形式的不连续同心圆。多个棱镜可以具有不同的圆周宽度。在多个棱镜的两个径向相邻棱镜中，一个棱镜的圆周端可以不是另一内部或外部相邻棱镜的端的延伸。多个棱镜的两个圆周方向相邻棱镜到菲涅耳圆的圆心的距离可以彼此不同。
文档编号G02B3/08GK1828340SQ20061005680
公开日2006年9月6日 申请日期2006年3月3日 优先权日2005年3月4日
发明者楚山诚, 布施正人 申请人:株式会社有泽制作所