專利名稱：菲涅耳透鏡片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種菲涅耳透鏡片。更具體地，本發(fā)明涉及一種具有多個同心布置的棱鏡的菲涅耳透鏡片。
背景技術(shù)：
當(dāng)光通過具有多個間隔凸/凹結(jié)構(gòu)(例如菲涅耳透鏡片或雙凸透鏡片)的光學(xué)部件時，光以一定間隔改變強(qiáng)度。光穿過多個這種間隔改變其強(qiáng)度的光學(xué)部件，引起了產(chǎn)生莫爾圖樣的光干涉。這種波紋降低了圖像質(zhì)量。為了解決波紋問題，傳統(tǒng)文件披露，每個光學(xué)部件都具有形成圖案的結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)以一定節(jié)距布置，使得波紋模糊，例如日本公開專利第1994-250291號中所披露的。
波紋不能被上述現(xiàn)有技術(shù)文件中所公開的方法消除。進(jìn)一步開發(fā)消除波紋的方法是必要的。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明的第一實施例提供了一種菲涅耳透鏡片，其具有多個同心布置的棱鏡。多個棱鏡包括隨機(jī)馬賽克(random mosaic)形式的不連續(xù)同心圓。這種菲涅耳透鏡被使用，并且與諸如雙凸透鏡片的光學(xué)部件組合，該光學(xué)部件以直條圖案發(fā)射光，從而可減少波紋。
多個棱鏡可以具有不同的圓周寬度。在該種情況下，棱鏡不是間隔布置在圓周上，這減少了波紋。
在同心圓中的兩個徑向相鄰棱鏡中，一個棱鏡的圓周端可以不是另一內(nèi)部或外部相鄰棱鏡的圓周端的延伸。在該種情況下，棱鏡不是在徑向上間隔布置。這可以減少波紋。
在同心圓中的兩個圓周方向相鄰棱鏡中，棱鏡到同心圓圓心的距離不同。在該種情況下，棱鏡被更隨機(jī)地布置，使得當(dāng)具有這種棱鏡的菲涅耳透鏡片被使用并與光學(xué)部件組合時，可以減少波紋。
本發(fā)明的上述概要并沒有包括所有的必要特征。這些特征的再組合也可以是發(fā)明。


圖1示出了與本發(fā)明相關(guān)的背投影顯示裝置的結(jié)構(gòu)。
圖2是屏幕單元500的如圖1所示的A區(qū)域的部分放大圖。
圖3是菲涅耳透鏡片200的平面圖。
圖4是菲涅耳透鏡片200的截面圖。
圖5是靠近菲涅耳透鏡片200的中心的第一實施例的棱鏡22的透視圖。
圖6是在菲涅耳透鏡片200的邊緣周圍的第一實施例的棱鏡22的透視圖。
圖7是在菲涅耳透鏡片200的中心周圍的截面圖。
圖8是在菲涅耳透鏡片200的邊緣周圍的截面圖。
圖9是靠近菲涅耳透鏡片200的中心的第二實施例的棱鏡22的透視圖。
圖10是在菲涅耳透鏡片200的邊緣周圍的第二實施例的棱鏡22的透視圖。
圖11是靠近菲涅耳透鏡片200的中心的第三實施例的棱鏡22的透視圖。
圖12是靠近菲涅耳透鏡片200的中心的第四實施例的棱鏡22的透視圖。
圖13示出了如何為菲涅耳透鏡片200制造負(fù)原始模型30。
具體實施例方式
下面的說明使用實施例闡明了本發(fā)明。下面描述的實施例在此不用于限制本發(fā)明。所有在實施例中描述的組合不是實現(xiàn)本發(fā)明所必需的。
圖1示出了與本發(fā)明相關(guān)的背投影顯示裝置800的結(jié)構(gòu)。該背投影顯示裝置800包括投影單元700、鏡子600、以及屏幕單元500。從投影單元700發(fā)射的光學(xué)圖像在鏡子600上被反射，并到達(dá)屏幕單元500。屏幕單元500將入射的光學(xué)圖像展示給可視區(qū)中的觀看者。
圖2示出了如圖1所示的屏幕單元500的A區(qū)域的細(xì)節(jié)。屏幕單元500包括菲涅耳透鏡片200、雙凸透鏡片100、以及最外層光學(xué)片300，這些片中的每個均彼此平行、并且彼此相鄰或彼此接近。菲涅耳透鏡片200具有多個棱鏡22，以將從投影單元700發(fā)射的光校準(zhǔn)為在與屏幕單元500近似垂直的方向上。雙凸透鏡片100具有多個單獨的半圓柱透鏡10，以透射和散射入射光。最外層光學(xué)片300保護(hù)雙凸透鏡片100，并防止在其外表面上反射外部光，其外部表面經(jīng)過防閃光(AG)涂層或防反射(AR)涂層處理。最外層光學(xué)片300可以散射光，以擴(kuò)大背投影顯示裝置800的可視區(qū)。雙凸透鏡片100可以是蠅眼透鏡片。
保持裝置400在菲涅耳透鏡片200、雙凸透鏡片100、以及最外層光學(xué)片300邊緣將其夾持。菲涅耳透鏡片200的棱鏡22面對雙凸透鏡100的單透鏡10。作為全反射棱鏡，棱鏡22和單透鏡10面向同一方向。保持裝置400布置在屏幕單元500的邊緣周圍的四個點上。保持裝置400由金屬或樹脂制成，以向屏幕單元施加夾緊力。例如，保持裝置可以是可被螺栓固定的框架。
圖3示出了菲涅耳透鏡片200的平面圖。圖4示出了菲涅耳透鏡片200沿圖3中線A-A的截面圖。菲涅爾透鏡片200具有多個同心布置的棱鏡22。多個棱鏡22包括隨機(jī)馬賽克形式的不連續(xù)同心圓。當(dāng)沿菲涅耳透鏡片200光軸方向俯視其時，同心圓不連續(xù)地出現(xiàn)，這些同心圓由圖3所示的棱鏡的邊緣線組成。
菲涅耳透鏡片200具有其應(yīng)用所需的縱橫比。例如，當(dāng)菲涅耳透鏡片200用于背投影顯示裝置800時，如圖3所示的其縱向與橫向的縱橫比近似為16∶9。縱橫比的另一個例子近似為4∶3。如圖4所示，外部相鄰棱鏡的高度大于內(nèi)部相鄰棱鏡的高度。
圖5和圖6是多個棱鏡22的第一實施例的透視圖。圖5示出了靠近本實施例的菲涅耳透鏡片200的中心的棱鏡22。圖6示出了在本實施例的菲涅耳透鏡片200的邊緣周圍的棱鏡22。圖5和圖6僅示出了多個棱鏡22的一部分。棱鏡22的圓周曲率在這些圖中被放大。角θ被定義為沿箭頭B指示的方向的、棱鏡22的斜面或入射/出射表面的法線與平行于菲涅耳透鏡片200的光軸的線之間的角度。角θ越大，棱鏡的法線與菲涅耳透鏡片200的光軸越傾斜。當(dāng)棱鏡22的邊緣線遠(yuǎn)遠(yuǎn)短于圓周的長度時，圖中所示的曲線可以被認(rèn)為近似地是直線?？拷颇哥R片200的光軸的棱鏡22的斜面幾乎與其光軸垂直?？拷溥吘壍睦忡R22的斜面幾乎平行于其光軸。當(dāng)具有多個不包括完整同心圓的棱鏡22的菲涅耳透鏡片被使用并且與諸如發(fā)出直條圖案光的雙凸透鏡片組合時，可以減少波紋。
在本實施例中，兩個圓周方向相鄰棱鏡22與同心圓的圓心的距離不同。這使得同心圓更不連續(xù)，在菲涅耳透鏡片200被使用并且與光學(xué)部件組合時進(jìn)一步減少了波紋。
圖7和圖8示出了菲涅耳透鏡片200的截面圖。圖7示出了靠近菲涅耳透鏡片200的中心的截面圖。圖8示出了在菲涅耳透鏡片200的邊緣周圍的截面圖。菲涅耳透鏡片200包括透鏡部分20和基片(substrate)24。本實施例的透鏡部分20是透明的UV可固化聚氨酯丙烯酸酯樹脂(urethan acrylate resin)，或2P樹脂。基片24是透明塑料片或散射體。菲涅耳透鏡片200的不可彎曲度和強(qiáng)度取決于基片24的材料和厚度。例如，菲涅耳透鏡片200越大，基片24越厚。
圖9和圖10是多個棱鏡22的第二實施例的透視圖。圖9示出了靠近本實施例的菲涅耳透鏡片200的中心的棱鏡22。圖10示出了在本實施例的菲涅耳透鏡片200的邊緣周圍的棱鏡22。下面描述與實施例1相比的不同點。下面沒有描述的其它點與第一實施例相同。對其的描述被省略。本實施例的棱鏡22具有底部，該底部的形狀為向菲涅耳透鏡片200的中心的凸起。這可以減少傾向于產(chǎn)生光的折射的角落，從而可減少環(huán)境光的產(chǎn)生。本實施例的棱鏡22可以使制造用于模塑棱鏡的負(fù)原始模型(negative master pattern)30更容易。
圖11示出了多個棱鏡22的第三實施例的透視圖。下面描述與實施例1相比的不同點。下面沒有描述的其它點與第一實施例相同。對其的描述被省略。根據(jù)本實施例，在兩個徑向相鄰棱鏡22中，一個棱鏡的圓周端不是另一內(nèi)部或外部相鄰棱鏡的圓周端的延伸。在該種情況下，多個棱鏡22不是在徑向上間隔布置。這可以減少波紋。
圖12示出了多個棱鏡22的第四實施例的透視圖。下面描述與實施例1相比的不同點。下面沒有描述的其它點與第一實施例相同。對其的描述被省略。根據(jù)本實施例，在一些鄰近棱鏡22對中，一個棱鏡的圓周端不是另一內(nèi)部或外部鄰近棱鏡的端的延伸，并且到一個棱鏡的同心圓的圓心的距離與右側(cè)棱鏡或左側(cè)棱鏡不同。在這種情況下，棱鏡22不是在徑向上間隔布置的。這可以減少波紋。
在圖5、9、11、和12所示的實施例中，其上沒有棱鏡22的剩余空間是平坦的，并且對菲涅耳透鏡功能不起作用。因此，優(yōu)選地，這樣平坦的邊緣盡可能地小。
菲涅耳透鏡片200可以由傳統(tǒng)方法制造。該方法包括樹脂澆注處理，其中用于透鏡部分的樹脂被澆注，并填充在鑄模與基片24之間；樹脂固化處理，其中用于透鏡部分的樹脂被固化以形成菲涅耳透鏡片200；以及脫模處理，其中固化的菲涅耳透鏡片200從鑄模中脫出。
例如，用于澆鑄菲涅耳透鏡片200的凹模(negative mold)是通過由金屬制成的負(fù)原始模型30制造的。例如，由環(huán)氧樹脂制成的鑄模是使用現(xiàn)有技術(shù)的從負(fù)原始模型30鑄造的澆鑄方法制成的。圖13示出了如何產(chǎn)生菲涅耳透鏡片200的負(fù)原始模型30。負(fù)原始模型30是由金屬制成的，并且是由使用加工中心和垂直切削車床、或其它機(jī)床的切削工作制造的。用于負(fù)原始模型30的工件材料被固定在旋轉(zhuǎn)臺50上。旋轉(zhuǎn)臺50上的工件以旋轉(zhuǎn)R2相對旋轉(zhuǎn)軸上的工作頭40旋轉(zhuǎn)。例如，旋轉(zhuǎn)速度R2大約在10rmp到100rmp之間。工作頭40附著更小的切削工具42，該切削工具的刀刃具有小于棱鏡22的頂角的角度θ。切削頭40以旋轉(zhuǎn)速度R1旋轉(zhuǎn)切削工具42。旋轉(zhuǎn)速度R1大約為100rmp到10000rmp，取決于工件的材料。
機(jī)床分別控制三個參數(shù)以加工負(fù)原始模型30。三個參數(shù)是參數(shù)D，與從旋轉(zhuǎn)臺50的旋轉(zhuǎn)中心到工作頭40的距離有關(guān)；參數(shù)H，與工件到切削工具42的高度有關(guān)；以及參數(shù)A，與切削工具42的旋轉(zhuǎn)軸與工件之間的角度有關(guān)。下面描述在從邊緣開始加工負(fù)原始模型30時，控制上述參數(shù)的過程。切削工具42被設(shè)置為具有高度參數(shù)H，以與工件分開足夠距離。工作頭40的角度參數(shù)A被調(diào)節(jié)，使得在邊緣周圍的棱鏡22的斜面平行于切削工具42的刀刃。旋轉(zhuǎn)臺50以速度R2旋轉(zhuǎn)。切削工具42以速度R1旋轉(zhuǎn)，并且工作頭40向下移動。減小高度參數(shù)H。當(dāng)切削工具42到達(dá)工件時，工作頭40進(jìn)一步向下移動等于棱鏡22的高度的距離。如果工作頭40到達(dá)所需的距離并保持一定時間，使得棱鏡22具有如圖10所示的一定長度的直的邊緣線。如果工作頭40一到達(dá)所需的距離就向上移動，就使得用于澆鑄棱鏡22的鑄型腔具有如圖9所示的彎曲邊緣線。
重復(fù)上述過程直到在同心圓上的所有棱鏡被加工。工作頭40然后改變徑向距離參數(shù)D，使得其向旋轉(zhuǎn)臺50的旋轉(zhuǎn)軸移動與棱鏡22的徑向節(jié)距相同的距離。工作頭40被調(diào)節(jié)角度參數(shù)A，使得棱鏡22的斜面平行于切削工具42的刀刃。棱鏡22的內(nèi)部鄰近圓通過在上述過程中工作頭40控制到工件的高度參數(shù)H而被加工。重復(fù)過程以完全加工用于澆鑄如圖9和圖10所示的第二實施例的棱鏡22的負(fù)原始模型30。
上面的實施例解釋了如何用加工中心的切削工具制造負(fù)原始模型30。激光燒蝕處理也可用于實現(xiàn)上述的目的。
通過上面的描述顯而易見，根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供了一種菲涅耳透鏡片，其可以通過與諸如發(fā)出直條圖案光的雙凸透鏡片的光學(xué)部件組合來減少波紋。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種菲涅耳透鏡片，包括多個同心布置的棱鏡，其中，所述多個棱鏡包括隨機(jī)馬賽克形式的不連續(xù)同心圓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的菲涅耳透鏡片，其中，所述多個棱鏡具有不同的圓周寬度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的菲涅耳透鏡片，其中，在所述同心圓中的所述多個棱鏡的兩個徑向相鄰棱鏡中，所述多個棱鏡中的一個棱鏡的圓周端不是另一內(nèi)部或外部相鄰棱鏡的圓周端的延伸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的菲涅耳透鏡片，其中，在所述同心圓中的所述多個棱鏡的兩個圓周方向相鄰的棱鏡到所述同心圓的圓心的距離彼此不同。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的菲涅耳透鏡片，其中，所述同心圓包括所述多個棱鏡的邊緣線。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的菲涅耳透鏡片，其中，所述多個棱鏡中的外部相鄰棱鏡的高度大于內(nèi)部相鄰棱鏡的高度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的菲涅耳透鏡片，其中，所述菲涅耳透鏡片包括透鏡部分和基片。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的菲涅耳透鏡片，其中，所述基片包括塑料片和散射體中的一種。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的菲涅耳透鏡片，其中，所述菲涅耳透鏡片的不可彎曲度和強(qiáng)度取決于所述基片的材料和厚度。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項所述的菲涅耳透鏡片，其中，所述多個棱鏡具有底部，所述底部具有向所述菲涅耳透鏡片的中心凸起的形狀。
全文摘要
菲涅耳透鏡片具有多個同心布置的棱鏡。多個棱鏡包括隨機(jī)馬賽克形式的不連續(xù)同心圓。多個棱鏡可以具有不同的圓周寬度。在多個棱鏡的兩個徑向相鄰棱鏡中，一個棱鏡的圓周端可以不是另一內(nèi)部或外部相鄰棱鏡的端的延伸。多個棱鏡的兩個圓周方向相鄰棱鏡到菲涅耳圓的圓心的距離可以彼此不同。
文檔編號G02B3/08GK1828340SQ20061005680
公開日2006年9月6日 申請日期2006年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月4日
發(fā)明者楚山誠, 布施正人 申請人:株式會社有澤制作所