一种使用微透镜阵列光传输控制的装置的制作方法

本实用新型涉及光学技术领域，具体为一种使用微透镜阵列光传输控制的装置。

背景技术：

交互式和自适应技术正在被应用到建筑物中。自适应建筑都能够实现自我运营的控制，例如：供暖，通风，空调，照明，甚至安保等方面。新技术的崛起使得用户可以通过交互界面控制建筑物。家庭交互技术的一个焦点是窗户。房主和商户一样都渴望新技术来帮助他们实现隐私升级，并环保节能。人们希望有一个方便的解决方案，以帮助他们节省能源，并给予他们所需要的隐私。对于环保主义者而言，因为大窗户是建筑物能量损失的最大来源之一，所以大窗户成为了众矢之的。根据每天的时间段、季节、和窗口的地理位置的不同，配有大窗户的房子会出现过热或过冷的情况。夏季，窗帘阻挡阳光可以降低室温，减少空调成本。在冬季，阳光射入可以被用于帮助加热房间。在过去，解决隐私和灯光控制的传统方法包括百叶窗和窗帘。然而，百叶窗非常难以清洁，因为灰尘会在每个单独的板条上不停堆积。对于内置百叶窗来说，灰尘不是问题，但他们的结构和位置使得它们的维护及维修费用及其昂贵。例如，修复一个或多个破损百叶破损需要整个固定的窗口拆卸。窗帘和卷帘也有许多同样的问题。为了得到一个完整的遮光效果，必须使用厚织物，这样就增加了成本、体积和安装难度。此外，以上设备只有两个选择：遮光和不遮光。调整亮度只能用另外一种轻薄窗帘来完成。这样一来，如果想要不同亮度，则我们必须购买不同的窗帘来切换或层层组合窗帘。这不仅不方便而且不卫生。而且，百叶窗和窗帘不能用于不规则窗户、天窗、或者任何平行于地面的表面。目前可以帮助保护隐私和控制光的交互窗户解决方案包括电致变色玻璃，又称开关玻璃窗。这种玻璃可以通过在lcd的两端施加电压将液晶层在透明状态和一个乳白色不透明状态之间切换。两种状态之间的变化可能需要几分钟时间，并且需要供电，因此在停电过程中这可能会是个问题，并且需要额外的电池单元来维持。这些窗口需要一个非标准的电连接装置的布线，因此复杂且需要专业人员安装的。同时它们也比百叶窗或窗帘更昂贵及更难维护。此外，还存在纳米技术窗帘膜，此产品可吸收特定频率的光，如紫外线、红外线和热能。此产品的问题是其固定的透明度和固定类型的光频率。由于其静态特性，这种薄膜只能阻断一种类型的频率。要改变频率，人们就需要换膜，并且只要薄膜存在改频率就一定会被阻断，因此该产品并不方便使用。在光学中，材料的折射率是描述光通过介质传播重要参数。本质上，折射率决定了有多少光在进入材料时路径弯曲或被反射。当光从一种介质移动到另一个，它会改变方向，即折射。当光进入具有较高折射率的材料时，折射角度将小于入射角且光将朝向正常的表面折射。折射率越高，光的路径改变越少。当进入具有第二折射率的介质时，光将反而从法线折射到表面。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种使用微透镜阵列光传输控制的装置，具有控制光传输的方法和设备有效可靠、成本极低、易于理解和使用，该薄膜可以连接到现有表面来提供全透明，或调节亮度，或完全屏蔽光源的光控效果的优点，解决了现有技术中的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种使用微透镜阵列光传输控制的装置，包括具有镶嵌圆柱阵列的透明第一薄膜和第二薄膜，第一薄膜的底面构成第一薄膜面，第一薄膜面第一边缘弯曲的凸透镜位于第一薄膜内，所述第二薄膜的顶面构成第二薄膜面，第二薄膜面第二边缘弯曲的凸微透镜位于第二薄膜内，所述第一薄膜和第二薄膜连接处的表面上分别连接第一磁性材料和第二磁性材料，第一磁性材料和第二磁性材料极性相反互相吸引互相附着，镶嵌圆柱阵列内的凸透镜和凸微透镜的横截面视图构成一个矩形，并设有一个平凸透镜位于该矩形的顶部或下方，凸透镜和凸微透镜的圆柱形表面以及圆柱形镶嵌部分的侧面不透明，第一薄膜和第二薄膜构造成凸透镜和凸微透镜的焦距，，透出凸透镜和凸微透镜的焦点设在第二薄膜的顶表面上。

优选的，所述凸透镜和凸微透镜材料的折射率比第一薄膜和第二薄膜高。

优选的，所述焦点位于第二薄膜的顶表面区域可以透明或不透明，第二薄膜下方的薄膜区域可以不透明或透明，两者透明程度正好相反。

优选的，所述第一磁性材料和第二磁性材料为薄型结构，不必放置成长的连续条带，不必放置成长的连续条，也可以在膜的表面零星放置，可能的布置包括但不限于，棋盘格点，矩形点网格，随机点，膜的垂直线或水平线，或者膜的边缘点。

优选的，所述第一薄膜和第二薄膜中增加间隙。

优选的，所述间隙之间填充有透明袋，透明袋的进气口连接有气管，气管的另一侧连接到具有控制开关的空气泵，该控制开关切换状态闭和状态开，空气泵与手相接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：

本使用微透镜阵列光传输控制的装置，其包括由空气中分离的两层薄膜，其中每个膜都镶嵌在凸的微透镜阵中，第一薄膜将通过微透镜聚焦入射光，而第二薄膜包含一个不透明区域的网格，这些网格会根据空气层的厚度阻挡或解除阻挡光的焦平面，当光不被阻挡，第二层薄膜中的微透镜阵列将光线分散到薄膜的另一侧，使其看起来透明或半透明，与其连接的空气泵可以控制空气层的厚度，这个控制光传输的方法和设备有效可靠、成本极低、易于理解和使用，该薄膜可以连接到现有表面来提供全透明，或调节亮度，或完全屏蔽光源的光控效果。

附图说明

图1a为本发明的空气分离的双层微透镜阵列膜设计的首选实施例；

图1b是本发明的空气分离的双层微透镜阵列膜设计的替代实施例；

图2a是本发明的手动泵调节空气层的示例性实施例；

图2b为本发明的双凸透镜设计实施例的示例性微透镜阵列；

图3为本发明的棋盘凸透镜设计实施例的替代微透镜阵列；

图中：

102、第一薄膜；104、第二薄膜；106、侧表面；108、圆柱形镶嵌部分；110、凸透镜；112、凸微透镜；120、第一焦距；122、第二焦距；130、第一薄膜面；134、第一磁性材料；136、第二薄膜面；138、间隙；140、焦点；

202、透明区域；204、膜区域；

302、开口；304、气管；306、空气泵；308、总管；310、手；312、状态开；314、状态闭；316、控制开关；320、透明袋。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1(a-b)，一种使用微透镜阵列光传输控制的装置，包括具有镶嵌圆柱阵列的透明第一薄膜102和第二薄膜104，第一薄膜102的底面构成第一薄膜面130，第一薄膜面130第一边缘弯曲的凸透镜110位于第一薄膜102内，第二薄膜104的顶面构成第二薄膜面136，第二薄膜面136第二边缘弯曲的凸微透镜112位于第二薄膜104内，第一薄膜102和第二薄膜104连接处的表面上分别连接第一磁性材料134和第二磁性材料132，第一磁性材料134和第二磁性材料132非常薄的，不必放置成长的连续条带，不必放置成长的连续条，也可以在膜的表面零星放置，可能的布置包括但不限于，棋盘格点，矩形点网格，随机点，膜的垂直线或水平线，或者膜的边缘点，第一磁性材料134和第二磁性材料132极性相反互相吸引互相附着，镶嵌圆柱阵列内的凸透镜110和凸微透镜112的横截面视图构成一个矩形，凸透镜110和凸微透镜112材料的折射率比第一薄膜102和第二薄膜104高得多，并设有一个平凸透镜位于该矩形的顶部或下方，凸透镜110和凸微透镜112的圆柱形表面106以及圆柱形镶嵌部分108的侧面不透明，第一薄膜102和第二薄膜104构造成凸透镜110和凸微透镜112的第一焦距120和第二焦距122，透出凸透镜110和凸微透镜112的焦点140设在第二薄膜104的顶表面上，焦点140位于第二薄膜104的顶表面区域可以是透明或不透明的，第二薄膜104下方的薄膜区域142可以是不透明或透明的，两者透明程度正好相反。

两个第一薄膜102和第二薄膜104通过磁性材料连接时，由于凸透镜110和圆柱形镶嵌部分108的小尺寸，透过透镜的光线本身与薄膜130的表面成90度，所有的入射光基本上都是垂直于第一薄膜102和第二薄膜104的表面，当光线照到第一薄膜102，并通过凸透镜110时，它们都汇聚于每个透镜的焦点140，在此融合位置，第二薄膜104的顶表面是不透明的，光不能穿过该不透明部分，因此基本上没有光可以通过第二薄膜104，这将导致薄膜放置的表面不透光，光无法穿过先前透明或半透明的表面；第一薄膜102和第二薄膜104被间隙138分开，使得当光穿过焦点140时，它不再被第二薄膜104的不透明区域完全阻挡，第二薄膜104与第一薄膜102分开一定距离时，光不再会聚在第二薄膜104的顶表面上，光进入间隙138内的焦平面并在其进入第二薄膜104，间隙138上连接有气管304，气管304的另一侧连接到具有控制开关316的空气泵306，控制间隙138的间距；第二薄膜104的第一表面时开始分散，在第二薄膜104的第一表面中，光被位于第二薄膜104中的凸微透镜112阵列进一步分散，允许光穿过表面，而不透明部分的阻挡可忽略不计；从而产生高度半透明的表面，安装在这个薄膜上的表面现在看起来是完全半透明的，并且根据间隙138的大小而允许透光，间隙138越大，光线越多，直到几乎100％。

实施例二：

请参阅图2(a-b)，当两个膜附接在一起时第一薄膜102镶嵌有圆柱阵列，其底面是从第一薄膜面130的第一边缘弯曲进入的凸透镜110，透明第二薄膜104也镶嵌有圆柱阵列，但是其顶面是从第二薄膜面136的第二边缘弯曲的凸微透镜112，第一薄膜102和第二薄膜104由折射率为n1的第一材料制成，而所有镶嵌的圆柱凸透镜阵列由折射率为n2的第二材料制成，圆柱形镶嵌部分的侧表面106是不透明的，该不透明壁防止进入当前圆柱形镶嵌部分108的光进入其相邻的圆柱形镶嵌部分108，在进入该部分的所有光线中，只有几乎垂直于透镜平面的光线才能通过凸透镜110并会聚到焦点140区域。

由于微透镜，光会聚集在的透明区域202上位于第二薄膜104的顶表面上，该区域是透明的，而膜区域204的其余部分的表面是不透明的，如果焦点104是第二薄膜104表面上的点，则只有该点区域是透明的，而膜的其余部分是不透明的，所有入射光基本上都垂直于薄膜的表面，即90度，当光线照射第一膜102并通过透镜时，它们都会聚在每个透镜的焦点140处，在光通过第二薄膜104上的透明区域202之后，光被位于第二薄膜104中的凸微透镜112再分散，由于在相反的方向上使用两个透镜，光线无阻碍地通过两个薄膜，产生半透明表面的效果。

(b)中，出了当两个膜被一定间隙138隔开时光线是如何被阻挡，膜间的间隙138导致光不再会聚在第二薄膜104的顶表面上，光进入间隙138内的焦平面，当光进入第二薄膜104的第一表面时开始分散，而当光通过第二薄膜104的凸微透镜112阵列时被进一步分散，只有直接通过凸透镜110中心的光线才能通过第二薄膜104的透明区域202，所有其他光线将被不透明的膜区域204阻挡，穿过第二薄膜104的光量与被阻挡的光相比可以忽略不计，因此当两个膜分开一定距离时产生遮光效应，根据两膜距离不同，光线可以完全被阻挡或部分被阻挡，从而可以根据客户需求改变照明效果，间隙138越大，通过的光越少，最后可以达到几乎100％被阻挡

实施例二：

请参阅图3，第一薄膜102和第二薄膜104中增加间隙132、138，间隙138之间填充有透明袋320，透明袋320的进气口连接有气管304，气管304的另一侧连接到具有控制开关316的空气泵306，该控制开关316切换状态闭314和状态开312，空气泵306与手310相接。

该装置由气管304组成，该管连接到在开口302处横跨第一薄膜102和第二薄膜104的整个表面的透明袋320，该袋的功能类似矩形棱柱，它位于两层薄膜之间，覆盖整个膜层的表面区域，气管304的另一侧连接到具有控制开关316的空气泵306，该控制开关316可以随意设计但至少要有两种状态：状态闭314，阀门关闭总管308的末端空气无法释放，这样就可以使用空气泵306将气管304和透明袋320充满空气；以及状态开312，其中空气可以从总管308的末端自由释放，允许气管304和透明袋320放气。

当空气泵306将控制开关316转到状态闭314时，人工可以用手310按压空气泵306来通过气管304给透明袋320充气，由于透明袋320的间隙132通常很小，即使透明袋320的面积可能很大，空气的总体积仍然很小，因此充气需要的力气可以忽略不计，间隙132将由在透明袋320的空气量确定，空气越多，间隙132距离越大。

工作原理：当气管304给透明袋320充满空气时，因为第一薄膜102和第二薄膜104被充气分开，第一磁性材料134和第二磁性材料132会被迫断开，将透明袋320充气到某一点以在两个膜之间产生特定的间隙132，光不再被第二薄膜面136的不透明区域完全阻挡，所以光会通过两个膜，当空气从气管304释放时，因为透明袋320中的空气没有阻力使第一磁性材料134和第二磁性材料132分开，第一磁性材料134和第二磁性材料132逐渐连接，在安装薄膜的表面上产生遮光效果，因为光被阻挡而不能离开第二薄膜104，该光被策略性地放置在第二薄膜104表面上的不透明部分阻挡

综上所述：本使用微透镜阵列光传输控制的装置，其包括由空气中分离的两层薄膜，其中每个膜都镶嵌在凸的微透镜阵中，第一薄膜102将通过微透镜聚焦入射光，而第二薄膜104包含一个不透明区域的网格，这些网格会根据空气层的厚度阻挡或解除阻挡光的焦平面，当光不被阻挡，第二层薄膜中的微透镜阵列将光线分散到薄膜的另一侧，使其看起来透明或半透明，与其连接的空气泵306可以控制空气层的厚度，这个控制光传输的方法和设备有效可靠、成本极低、易于理解和使用，该薄膜可以连接到现有表面来提供全透明，或调节亮度，或完全屏蔽光源的光控效果。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。