专利名称：配置成对三维内容进行解码的曲面透镜的制作方法
技术领域：
本发明的实施例涉及一种设计成对显示在电视、电影、计算机或类似的屏幕或监视器上的三维内容进行解码的透镜。
背景技术：
用于电影院的三维电影已经出现大约几十年了。随着技术的进步，三维内容正在被开发用于电视、计算机监视器和家用投影机。在过去，甚至今天，特制的眼镜使得用户能够观看三维内容。将红色膜和绿色膜用于透镜的平板眼镜(flat paper eyeglasses)是当今使用的主要眼镜。但是，平板眼镜在形成期望的三维效果方面并不是非常有效。此外，平板眼镜不是很舒适，并且通常被看作新奇的事物。其他平面透镜也存在同样的缺点。用于对三维内容进行解码的线性偏振和圆偏振的发展是一个进步。尽管有进步， 但是透镜技术和眼镜技术仍没有明显的进步。因此，需要透镜在更有效地产生期望的三维效果的同时利用线性偏振技术和圆偏振技术。有利的是，透镜和眼镜应该在为用户提供舒适性和通用性的同时，提供改进的光学器件和对比度。同样有利的是，可以将透镜安装在流行的镜框中。
发明内容
因此，本发明的一个实施例是一种配置成对三维内容进行解码的曲面透镜，包括 在一面或两面上层压有聚合材料层的偏振层；直接层压至偏振层的正面或者层压至聚合材料层以形成薄片的延迟层，所述延迟层被对准以对期望的圆偏振进行解码；以及，其中，使用热成型工艺或高压工艺将由薄片切割成的毛坯弯曲成被配置成对三维内容进行解码的透镜。另一实施例是一种配置成对三维内容进行解码的透镜，包括在一面或两面上层压有聚合材料层的偏振层；直接层压至偏振层的正面或者层压至聚合材料层以形成薄片的延迟层，所述延迟层被对准以对期望的圆偏振进行解码；其中，使用热成型工艺或高压工艺将由薄片切割成的毛坯弯曲成被配置成对三维内容进行解码的光学元件；并且，其中所述光学元件在注入模制工艺中使用，从而向该光学元件添加一个或多个厚度层，以形成所述透镜。本发明的另一实施例是一种制作被配置成对三维内容进行解码的曲面透镜的方法，包括由材料的薄片切割成透镜毛坯，该材料的薄片包括在一面或两面上层压有聚合材料层的偏振层；以及，直接层压至偏振层的正面或者层压至聚合材料层的延迟层，其中，所述延迟层被对准以对期望的圆偏振进行解码，并且，其中所述毛坯被切割成保持与所述薄片相关联的偏振轴的指定的对准；通过以下操作将所述毛坯弯曲成透镜，该操作为 a.将毛坯加热到形变温度，并施加真空吸力和/或压力；或者，b.施加高压。在一个实施例中，延迟剂是降冰片烯共聚树脂(norbornene copolymer resin), 诸如，Arton膜(由JSR公司制造)或Zenor膜(由kon公司制造)。使用传统的粘合剂 (例如，压敏粘合剂)对层进行粘合，以形成透镜。在一个实施例中，向透镜的前表面和后表面施加硬质涂层，以使得能够进行正常的清洗以及延长寿命。在一个实施例中，透镜厚度在 750微米至1500微米之间。在另一实施例中，透镜厚度在250微米至1500微米之间。根据以下详细描述、附图和权利要求，本发明的其他变体、实施例和特征将变得更加明白。
图1和2示出了用于本发明的第一透镜实施例的示例性规格表；图3和4示出了用于本发明的第二透镜实施例的示例性规格表；图5示出了详述制作根据本发明实施例的透镜的一个实施例的流程图；以及图6示出了详述制作根据本发明实施例的透镜的另一个实施例的流程图。
具体实施例方式为了促进对根据本发明的实施例的原理的理解，现在将参考附图中示出的实施例并使用具体的语言来描述实施例。然而，应该理解不是意在由此限制本发明的范围。本文中描述的发明特征的任意替换和另外的修改以及如本文中描述的发明的原理的任意另外的应用——其对于相关领域并且具有本公开内容的普通技术人员通常是可以理解的—— 都将被认为是在所要求的本发明的范围内。传统上，平面透镜和镜框已经用在3D眼镜中。平面3D眼镜的一个问题是透镜距用户的面部、特别是距用户的眼睛较远。因此，光线能够从透镜的顶部、底部和侧面进入用户的眼睛，这降低了视觉敏锐度和对比度，从而降低了 3D体验的效果和舒适度。在家里或黑暗的电影院外面的其他场所时尤其是这样。而且，当前平面3D眼镜的均码 (one-size-fits-all)方式降低了 3D体验的质量，并且在许多情况下对于大多数用户来说造成了不舒适的佩戴。因此，本发明的实施例通过制作与常规曲面透镜和眼镜更加类似的 3D透镜和眼镜来设法克服现有技术的平面3D眼镜的缺点。因此，本文中所描述的透镜通常比传统的平面3D透镜厚并且是弯曲的，以防止周围光线干扰3D体验并使得能够更好地安装眼镜。传统的平面3D透镜的厚度是0. 3mm至0. 4mm,而本发明的实施例的透镜的厚度基本上在0. 75mm至1. 5mm的范围内。在可替换的实施例中，透镜可以在0. 25mm至0. 75mm的范围内，以进行如下所述的注入模制工艺(injection molding process)。弯曲还使得能够在用户的头部上的更好的安装。此外，更厚的透镜使得它们能够安装在人们更习惯的流行的镜框中。图1-4示出了与利用本发明的实施例制作的透镜相关联的规格。图1和2图示了列举根据第一实施例的透镜规格的图表100和图表105。图表100和图表105图示了尺寸，包括宽度110和长度115、偏振角120、延迟角(retardation angle) 125、透射比130、偏振效率135、厚度140以及延迟145。如图表100和图表105中所示，宽度在从495mm到505mm 的范围内；长度在从700mm到710mm的范围内；偏振角在-1. 0度至1. 0度之间；延迟角在 44. 0度至46. 0度(或者134度至136度)之间；透射比在37. 5%至42. 5% ν之间；偏振效率为99%或更大；厚度从1020微米到1080微米(或者1. 02mm到1. 08mm)，延迟从IlOnm 到150nm。上述每个项目都可能有更大的范围。图3和4中示出的图表101和106分别图示了根据本发明的第二实施例的类似的透镜规格。透镜的制作是使用层压技术和热成型技术完成的。图5示出了详述一种制作根据本发明的实施例的透镜的方法的流程图200。在205处，形成薄片，并且，在210处，由材料的薄片切割成透镜毛坯，该材料的薄片包括聚乙烯醇(polyvinylalcohol)偏振膜、 在一面或两面上层压有三醋酸酯(triacetate)的聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate)或类似的材料(即，线性偏振膜)以及层压在正面上以产生圆偏振膜的延迟膜(retarder film)。三醋酸酯是一种可以使用的材料，其他可以使用的材料包括聚碳酸酯(polycarbonate)、聚乙烯(poly)(甲基丙烯酸甲酯(methyl methacrylate))、聚苯乙烯(polystyrene)、聚酰胺(polyamide)、醋酸丁酸纤维素(cellulose acetate butyrate, CAB)、醋酸纤维素(cellulose acetate)、二乙酸纤维素(cellulose diacetate, DAC)或三乙酸纤维素(cellulose triacetate, TAC)、双乙酸酯(diacetate)以及类似的无应力的 (没有双折射)材料。三醋酸酯、双乙酸酯或其他材料也可以层压在偏振膜的背面(底部) 上，以消除任意不需要的延迟效应。层压机形成材料的薄片，以使得偏振膜和延迟膜的轴线严格地对准以达到很小的公差。在一个实施例中，延迟剂是Arton膜(由JSR公司制造) 或knor(由kon公司制造)。其他材料——例如，聚亚安酯(polyurethanes)、二乙酸纤维素和聚碳酸酯——也可以用作延迟膜。粘合剂将材料粘合在一起。毛坯的尺寸由预期的镜框尺寸确定。典型的尺寸是50mmX 70mm。在215处，将毛坯放入热成型机器中，该热成型机器将毛坯加热到形变温度(例如，90°C到130°C)。在220处，使用热成型技术、利用真空吸力和/或压力将加热的毛坯弯曲成光学校正弯曲表面。为了产生期望的基本曲度(例如，4、6和8)，可能需要特别的温度和时间的不同组合。一旦成型，在225处，将弯曲的毛坯冷却并从机器上移除。在230处，可以使用传统的透镜干切机完成毛坯——即现在的透镜。 在235处，将硬质涂层施加在曲面透镜上。硬质涂层在保护形成透镜的操作材料的同时使得能够进行正常的清洗和扩展的使用。也可以在通过使用可热成型的硬质涂层材料的热成型工艺(thermoforming process)之前施加硬质涂层。在240处，施加保护性的、可移除的薄片，以在随后的操作期间保护透镜，这些随后的操作包括将透镜安装到镜框中、包装和运输。也可以在热成型工艺之前向材料的薄片施加保护性的薄片。虽然流程图200中提及了热成型技术，但是，也可以使用超高压来产生曲面透镜。 一种称为“轮子(Wheel)，，的机器或类似的机器产生超高压，并且可以用来将毛坯弯曲成透镜。该工艺称为压光(press polishing)，其中，经由高度抛光的模子的两个面向毛坯施加热和压力。三醋酸酯和双乙酸酯可以包括多层三醋酸酯和双乙酸酯并且具有包括透明度、低的双折射率、强度和轻的重量的性质。此外，三醋酸酯和双乙酸酯与如本文中公开的层压和热成型工艺和技术相对应。
对于本发明的实施例中所使用的圆偏振透镜，将聚乙烯醇偏振膜着色并沿线性方向拉伸，以确定聚合分子的方向。通常使用多碘化合物分子，以使得偏振效率和透射比能够达到可接受的水平(例如，分别>99%和>35%)。可替换地，可以使用二色性染料来提供改进的耐热性和耐湿性，但是，可能具有稍微更低的偏振效率和透射比。两种实施例都可以产生期望的3D解码效果。在本文中所公开的曲面透镜与现有技术的平面3D眼镜相比具有许多优点。曲面透镜提供了具有更高的敏锐度和对比度的3D图像的更清晰、更逼真的视觉效果。更特别地，曲面透镜减少了从眼镜镜框的侧面、顶部或底部进入用户的眼睛的光线，从而提高了所观看的3D图像的舒适度和对比度。可以将曲面透镜安装在商用眼镜镜框中，以制作一副流行的眼镜。在另一实施例中，如图6的流程图300中所示，使用前述的工艺来制作用于在注入模制的透镜中使用的光学元件。除了所得到的毛坯比使用流程图200的步骤所形成的透镜更薄以外，步骤305-330与上述步骤205-230 —致。在335处，毛坯经由注入模制工艺成为最终更厚的透镜的一部分。换句话说，将上述透镜的较薄的版本用作光学元件，以制作低成本的注入模制的聚碳酸酯(或者，聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate)和聚酰亚胺(polymide))透镜。在该实施例中，热成型的光学元件在大约250-750微米的范围内，最终的注入3D透镜在大约1000微米至2200微米的范围内。这样的透镜可以被光学地矫正为具有增加的厚度和硬度。在一个实施例中，透镜背面的聚合物层是与所注入的材料相同的材料，以提供良好的粘附力和可靠性。尽管已经参考若干实施例对本发明进行了详细的描述，但是，如以下权利要求中所描述和限定的那样，在本发明的范围和精神内存在另外的变体和修改。
权利要求
1.一种配置成对三维内容进行解码的透镜，包括偏振层，所述偏振层在一面或两面上层压有聚合材料层；延迟层，所述延迟层直接层压至所述偏振层的正面或者层压至所述聚合材料层以形成薄片，所述延迟层被对准以对期望的圆偏振进行解码；以及其中，使用压光工艺将由所述薄片切割成的毛坯弯曲成被配置成对三维内容进行解码的透镜。
2.根据权利要求1所述的透镜，其中，所述偏振层、所述聚合材料层和所述延迟层具有 250微米至1500微米的组合厚度。
3.一种配置成对三维内容进行解码的透镜，包括偏振层，所述偏振层在一面或两面上层压有聚合材料层；延迟层，所述延迟层直接层压至所述偏振层的正面或者层压至所述聚合材料层以形成薄片，所述延迟层被对准以对期望的圆偏振进行解码；其中，使用压光工艺将由所述薄片切割成的毛坯弯曲成被配置成对三维内容进行解码的光学元件；以及其中，所述光学元件在注入模制工艺中使用，从而向所述光学元件添加一个或更多个厚度层，以形成所述透镜。
4.根据权利要求3所述的透镜，其中，所述偏振层、所述聚合材料层和所述延迟层具有在大约250微米至750微米的范围内的组合厚度。
5.根据权利要求4所述的透镜，其中，所述偏振层、所述聚合材料层、所述延迟层以及一个或多个厚度层具有在大约1000微米至2200微米的范围内的组合厚度。
6.一种制作被配置成对三维内容进行解码的曲面透镜的方法，包括由材料的薄片切割成毛坯，所述材料的薄片包括偏振层，所述偏振层在一面或两面上层压有聚合材料层；延迟层，所述延迟层直接层压至所述偏振层的正面或者层压至所述聚合材料层，所述延迟层被对准以对期望的圆偏振进行解码，并且，其中，所述毛坯被切割成保持与所述薄片相关联的偏振轴的指定的对准；通过以下操作将所述毛坯弯曲成透镜从抛光的模子的两个面、以受控的加热施加高压。
7.根据权利要求6所述的方法，还包括用具有250微米至1500微米的组合厚度的所述偏振层、所述聚合材料层和所述延迟层制作所述透镜。
8.根据权利要求6所述的方法，还包括用具有250微米至750微米的组合厚度的所述偏振层、所述聚合材料层和所述延迟层制作所述透镜。
9.根据权利要求8所述的方法，还包括利用注入模制工艺向所述透镜添加厚度。
10.根据权利要求9所述的方法，还包括用具有1000微米至2200微米的组合厚度的所述偏振层、所述聚合材料层、所述延迟层以及一个或更多个注入模制层制作所述透镜。
全文摘要
一种配置成对三维内容进行解码的曲面透镜及其制作方法。该透镜包括聚乙烯醇偏振膜或类似类型的材料以及延迟膜(例如，降冰片烯共聚树脂)，该偏振膜的一面或两面上层压有三醋酸酯或类似类型材料，其中，该偏振膜具有等于或大于99％的偏振效率以及等于或大于35％的透射比，该延迟膜层压在层压有三醋酸酯的聚乙烯醇偏振膜的正面上，并且，该延迟膜被对准以产生对指定的延迟波长响应的期望的圆偏振。可以使用热成型技术和压光技术，来将毛坯制作/弯曲成透镜。透镜(光学元件)可以在注入模制工艺中使用，以增加厚度。
文档编号B29D11/00GK102472834SQ201080029109
公开日2012年5月23日 申请日期2010年6月30日 优先权日2009年6月30日
发明者大卫·A·约翰逊, 詹姆斯·普里特斯 申请人:Mei3D有限责任公司