CN101881848B - 一种双折射透镜光栅的制造及检测装置以及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种双折射透镜光栅的制造及检测装置以及方法。其中，检测装置包括：投影图案，与双折射透镜光栅相邻设置；照明光源，用于对投影图案和双折射透镜光栅进行照明；图像采集装置，用于采集经投影图案和双折射透镜光栅作用后的光线，进而获得投影图案图像；控制器，用于比较投影图案图像与参考基准，并根据比较结果确定双折射透镜光栅的折射率匹配程度。通过上述方式，本发明提供了一种简单且快捷的双折射透镜光栅制造及检测装置及方法，由此提高了工作效率，降低了成本。

Description

一种双折射透镜光栅的制造及检测装置以及方法
【技术领域】
本发明涉及一种光学元件的制造工艺，特别涉及一种双折射透镜光栅的制造及检测装置以及方法。
【背景技术】
双折射透镜光栅是2D/3D切换式立体显示装置的关键组成部分，目前，常见的双折射透镜光栅是由透镜阵列基板与液晶材料构成。其中，液晶材料具有双折射特性，其对寻常光的折射率为no，对非寻常光的折射率为ne，透镜阵列基板优选为折射率np的单折射材料。在上述双折射透镜光栅的制造过程中，一般需要保证液晶材料的折射率ne和no中的一个与单折射透镜阵列基板的折射率np相一致，以使得一种偏振态的线偏振光在液晶材料与透镜阵列基板的交界处不发生折射，而另一种偏振态的线偏振光在液晶材料与透镜阵列基板的交界处发生折射。
现有技术确定液晶材料与透镜阵列基板的折射率是否匹配的方法主要通过将制成的双折射透镜光栅放在扭转相列液晶盒和显示装置之上，并保持双折射透镜光栅与显示装置之间的距离等于光栅焦距的条件下观察2D效果，根据所显示的2D效果判断液晶材料与透镜阵列基板的折射率匹配程度。然而，上述方法需要耗费大量的时间及实验材料。此外，一旦改变双折射透镜光栅的制程条件，则需要对液晶材料与透镜阵列基板的折射率进行重新匹配，导致工作效率很低。
【发明内容】
本发明解决的技术问题是提供一种能够方便且快捷地检测双折射透镜光栅的折射率匹配程度进而调整相应制程条件的双折射透镜光栅的制造及检测装置以及方法。
本发明为解决技术问题而采用的技术方案是：提供一种双折射透镜光栅的制造装置，双折射透镜光栅包括一透镜阵列基板以及与透镜阵列基板接触的液晶材料，该制造装置包括：载物台，用于支撑双折射透镜光栅；固化辐射源，用于固化双折射透镜光栅的液晶材料；温度调节装置，用于调节液晶材料的固化温度；投影图案，与双折射透镜光栅相邻设置；照明光源，用于对投影图案和双折射透镜光栅进行照明；图像采集装置，用于采集经投影图案和双折射透镜光栅作用后的光线，进而获得投影图案图像；控制器，用于比较投影图案图像与参考基准，并根据比较结果控制温度调节装置对固化温度进行调节。
根据本发明一优选实施例，照明光源和图像采集装置分别位于透明载物台的相对两侧，投影图案放置于照明光源与双折射透镜光栅之间或者双折射透镜光栅与图像采集装置之间。
根据本发明一优选实施例，载物台为透明载物台，投影图案放置于透明载物台与双折射透镜光栅之间。
根据本发明一优选实施例，投影图案和双折射透镜光栅上分别设置有对位标记。
根据本发明一优选实施例，投影图案包括一直线阵列，直线阵列包括多个具有预定宽度且平行设置的遮光或透光直线，透镜阵列基板包括一凹槽阵列，凹槽阵列包括多个平行设置的柱状凹槽，液晶材料填充于柱状凹槽内且液晶材料中的液晶分子沿预定方向排列，遮光或透光直线与柱状凹槽对应设置。
根据本发明一优选实施例，遮光或透光直线的延伸方向与柱状凹槽的延伸方向相同，遮光或透光直线的宽度小于凹槽阵列的节距，直线阵列的节距等于凹槽阵列的节距。
根据本发明一优选实施例，参考基准根据遮光或透光直线的宽度、液晶材料固化前后的折射率差以及透镜阵列基板的折射率计算获得。
根据本发明一优选实施例，照明光源提供平行线偏振光照明。
根据本发明一优选实施例，控制器根据比较结果确定透镜阵列基板与液晶材料的折射率匹配程度，并根据折射率匹配程度对固化温度进行调节。
本发明为解决技术问题而采用的技术方案是：提供一种双折射透镜光栅的制造方法，包括：提供一双折射透镜光栅，双折射透镜光栅包括一透镜阵列基板以及与透镜阵列基板接触的液晶材料；通过一投影图案对双折射透镜光栅进行照明；采集经投影图案和双折射透镜光栅作用后的光线，进而获得投影图案图像；比较投影图案图像与参考基准，并根据比较结果对液晶材料的固化温度进行调节。
根据本发明一优选实施例，透镜阵列基板包括一凹槽阵列，凹槽阵列包括多个平行设置的柱状凹槽，液晶材料填充于柱状凹槽内且液晶材料中的液晶分子沿预定方向排列，投影图案包括一直线阵列，直线阵列包括多个具有预定宽度且平行设置的遮光或透光直线，遮光或透光直线的宽度小于凹槽阵列的节距，直线阵列的节距等于凹槽阵列的节距，并且设置投影图案包括将遮光或透光直线与柱状凹槽对应设置，以使遮光或透光直线的延伸方向与柱状凹槽的延伸方向相同。
根据本发明一优选实施例，参考基准设置成将固化温度调节为使得液晶材料固化前与透镜阵列基板的折射率差等于液晶材料固化前后的折射率差。
本发明为解决技术问题而采用的技术方案是：提供一种双折射透镜光栅的检测装置，包括：投影图案，与双折射透镜光栅相邻设置；照明光源，用于对投影图案和双折射透镜光栅进行照明；图像采集装置，用于采集经投影图案和双折射透镜光栅作用后的光线，进而获得投影图案图像；控制器，用于比较投影图案图像与参考基准，并根据比较结果确定双折射透镜光栅的折射率匹配程度。
根据本发明一优选实施例，投影图案包括一直线阵列，直线阵列包括多个具有预定宽度且平行设置的遮光或透光直线，双折射透镜光栅包括一透镜阵列基板以及与透镜阵列基板接触的液晶材料，透镜阵列基板包括一凹槽阵列，凹槽阵列包括多个平行设置的柱状凹槽，液晶材料填充于柱状凹槽内且液晶材料中的液晶分子沿预定方向排列，遮光或透光直线与柱状凹槽对应设置。
根据本发明一优选实施例，遮光或透光直线的延伸方向与柱状凹槽的延伸方向相同，遮光或透光直线的宽度小于凹槽阵列的节距，直线阵列的节距等于凹槽阵列的节距。
根据本发明一优选实施例，参考基准根据遮光或透光直线的宽度、液晶材料固化前后的折射率差以及透镜阵列基板的折射率计算获得。
本发明为解决技术问题而采用的技术方案是：提供一种双折射透镜光栅的检测方法，包括：提供一双折射透镜光栅；在双折射透镜光栅附近设置一投影图案；对投影图案和双折射透镜光栅进行照明；采集经投影图案和双折射透镜光栅作用后的光线，进而获得投影图案图像；比较投影图案图像与参考基准，并根据比较结果确定双折射透镜光栅的折射率匹配程度。
根据本发明一优选实施例，双折射透镜光栅包括一透镜阵列基板以及与透镜阵列基板接触的液晶材料，透镜阵列基板包括一凹槽阵列，凹槽阵列包括多个平行设置的柱状凹槽，液晶材料填充于柱状凹槽内且液晶材料中的液晶分子沿预定方向排列，投影图案包括一直线阵列，直线阵列包括多个具有预定宽度且平行设置的遮光或透光直线，遮光或透光直线的宽度小于凹槽阵列的节距，直线阵列的节距等于凹槽阵列的节距，并且设置投影图案包括将遮光或透光直线与柱状凹槽对应设置，以使遮光或透光直线的延伸方向与柱状凹槽的延伸方向相同。
根据本发明一优选实施例，参考基准根据遮光或透光直线的宽度、液晶材料固化前后的折射率差以及透镜阵列基板的折射率计算获得。
通过上述方式，本发明提供了一种简单且快捷的双折射透镜光栅制造及检测装置及方法，由此提高了工作效率，降低了成本。
【附图说明】
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是根据本发明一优选实施例的双折射透镜光栅的制造装置的示意框图；
图2是根据本发明一优选实施例的双折射透镜光栅的制造方法的流程图；
图3是根据本发明一优选实施例的双折射透镜光栅的检测装置的示意框图；以及
图4是根据本发明一优选实施例的双折射透镜光栅的检测方法的流程图。
【具体实施方式】
如图1所示，图1是根据本发明一优选实施例的双折射透镜光栅的制造装置的示意框图。在本实施例中，双折射透镜光栅10包括透镜阵列基板11以及与透镜阵列基板11接触的液晶材料12。在本实施例中，透镜阵列基板11包括一由多个平行设置的柱状凹槽111形成的凹槽阵列。液晶材料12填充于柱状凹槽111内且通过摩擦配向或电场配向方式使得液晶材料12中的液晶分子沿预定方向排列。
该双折射透镜光栅制造装置包括载物台21、固化辐射源22以及温度调节装置23。其中，载物台21用于支撑双折射透镜光栅10。固化辐射源22用于提供一定波长的辐射(例如，UV光)，以对双折射透镜光栅10的液晶材料12进行固化。温度调节装置23用于调节液晶材料12的固化温度。在本实施例中，温度调节装置23优选将固化温度控制在20-40℃，并可根据需要进行调节。
此外，该双折射透镜光栅制造装置进一步包括投影图案24、照明光源25、图像采集装置26以及控制器27。
投影图案24与双折射透镜光栅10相邻设置。在本实施例中，投影图案24包括一由多个具有预定宽度且平行设置的遮光或透光直线241形成的直线阵列。遮光或透光直线241的宽度d1小于柱状凹槽111所形成的凹槽阵列的节距p1，并且遮光或透光直线241所形成的直线阵列的节距P2等于凹槽阵列的节距P1。投影图案24可利用菲林显影获得。遮光或透光直线241与柱状凹槽111对应设置，以使遮光或透光直线241的延伸方向与柱状凹槽111的延伸方向相同。此外，遮光或透光直线241的中心优选与柱状凹槽111的中心对齐。
照明光源25用于对投影图案24和双折射透镜光栅10进行照明。照明光源25优选提供平行线偏振光照明。根据液晶材料12和透镜阵列基板11之间折射率以及设计需要，照明光源25可产生不同偏振方向的线偏振光。例如，线偏振光的偏振方向可以垂直或平行于液晶材料12的液晶分子的光轴方向。
图像采集装置26用于采集经投影图案24和双折射透镜光栅10作用后的光线，进而获得投影图案图像。在本实施例中，载物台21为透明载物台21，照明光源25和图像采集装置26分别位于透明载物台21的相对两侧，投影图案24放置于透明载物台21与双折射透镜光栅10之间。在优选实施例中，投影图案24和双折射透镜光栅10上分别设置有对位标记242和13，以便于投影图案24和双折射透镜光栅10在设置过程中精确对准。
照明光源25发出的光线照射到投影图案24上，遮光或透光直线241对光线进行遮挡或透射，使得光线仅部分透过。部分透过的光线进一步照射到双折射透镜光栅10上。此时，如果双折射透镜光栅10的液晶材料12与透镜阵列基板11对该光线的折射率相一致，则该光线不发生折射，图像采集装置26所采集到的投影图案图像的宽度与不经过双折射透镜光栅10时采集到的投影图案图像的宽度相同，并且在采用平行线偏振光照明的情况下，投影图案图像的宽度与遮光或透光直线241的宽度相同。如果双折射透镜光栅10的液晶材料12与透镜阵列基板11对该光线的折射率存在差异，则该光线发生折射，图像采集装置26所采集到的投影图案图像的宽度与不经过双折射透镜光栅10时采集到的投影图案图像的宽度不同，并且在采用平行线偏振光的情况下，投影图案图像的宽度与遮光或透光直线241的宽度不相同。
控制器27用于比较图像采集装置26所获取的投影图案图像与预先存储的参考基准，并根据比较结果确定双折射透镜光栅10的液晶材料12与透镜阵列基板11对该光线的折射率匹配程度，进而通过温度调节装置23对液晶材料12的固化温度进行调节。此时，液晶材料12的折射率会随着固化温度发生一定改变，从而改变液晶材料12与透镜阵列基板11的折射率匹配程度。
一般来说，液晶材料12的折射率在固化前后会发生变化。在20-40℃的固化温度下，液晶材料12的固化前后折射率差是几乎相同的。因此，在优选实施例中，可根据遮光或透光直线241的宽度、液晶材料12固化前后的折射率差以及透镜阵列基板11的折射率，并根据光学成像原理，预先计算出在透镜阵列基板11与液晶材料12之间的折射率差为液晶材料12固化前后的折射率差的情况下，图像采集装置26所应该获取到的投影图案图像的宽度，并将该计算出的宽度作为参考基准存储于控制器27中。因此，在实际应用中，在液晶材料12固化前，通过控制器27对液晶材料12的固化温度进行调节，使得采集到的投影图案图像的宽度与参考基准保持一致，进而保证液晶材料12在固化前与透镜阵列基板11的折射率差等于液晶材料12固化前后的折射率差。这样，可使得液晶材料12在固化后的折射率与透镜阵列基板11的折射率相一致。
在本发明中，也可以采用非线偏振光或非平行光来提供照明。当采用非线偏振光(例如，自然光)，可通过在图像采集装置26上增加检偏装置来获得所需偏振方向的投影图案图像，甚至可以通过对自然光形成的投影图案图像的亮度分布进行检测并与亮度分布基准进行比较来确定折射率匹配程度。当采用非平行光时，则需要进一步根据光线的发射角度计算出参考基准。
当然，在其他实施例中，投影图案24可以放置于照明光源25与双折射透镜光栅10之间或者双折射透镜光栅10与图像采集装置26之间的任何适当位置，只需要通过比较投影图案图像与参考基准能够体现出液晶材料12与透镜阵列基板11之间的折射率配合程度即可。
如图2所示，图2是根据本发明一优选实施例的双折射透镜光栅的制造方法的流程图。
在本实施例中，首先在步骤S1中，提供一如图1所示的双折射透镜光栅10，该双折射透镜光栅10包括一透镜阵列基板11以及与透镜阵列基板11接触的液晶材料12。
随后，在步骤S2中，在双折射透镜光栅10附近设置一投影图案24。其中，双折射透镜光栅10和投影图案24的具体结构以及配置方式已经在上文参照图1描述的实施例中进行了详细描述，在此不再赘述。
接着，在步骤S3中，利用照明光源25对投影图案24和双折射透镜光栅10进行照明。在步骤S4中，利用图像采集装置26采集经投影图案24和双折射透镜光栅10作用后的光线，进而获得投影图案图像。在步骤S5中，利用控制器27比较投影图案图像与参考基准，并根据比较结果对液晶材料12的固化温度进行调节。
最后，在步骤S6中，在调节后的固化温度下，利用固化辐射源22对液晶材料12进行辐射固化。
本发明进一步公开了一种双折射透镜光栅的检测装置及检测方法。
如图3所示，图3是根据本发明一优选实施例的双折射透镜光栅的检测装置的示意框图。在本实施例中，该双折射透镜光栅的检测装置包括投影图案34、照明光源35、图像采集装置36以及控制器37。上述装置与图1所示的投影图案24、照明光源25、图像采集装置26以及控制器27基本一致，区别仅在于控制器37不再控制温度调节装置进行固化温度调节，而是根据投影图案图像与参考基准的比较结果直接确定双折射透镜光栅的折射率匹配程度。
同理，如图4所示，图4是根据本发明一优选实施例的双折射透镜光栅的检测方法的流程图。在本实施例中，该双折射透镜光栅的检测装置所包括步骤S11-S15与图2所描述步骤S1-S5基本一致，区别仅在于在步骤15中不再控制温度调节装置进行固化温度调节，而是根据投影图案图像与参考基准的比较结果直接确定双折射透镜光栅的折射率匹配程度。
本领域技术人员可以完全理解，图3和图4所描述的检测装置及检测方法不仅可用于检测图1所示的双折射透镜光栅10，而是完全可以用于检测其他类型的双折射透镜光栅的折射率匹配程度。
通过上述方式，本发明提供了一种简单且快捷的双折射透镜光栅制造及检测装置以及方法，由此提高了工作效率，降低了成本。
在上述实施例中，仅对本发明进行了示范性描述，但是本领域技术人员在阅读本专利申请后可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下对本发明进行各种修改。

Claims (19)

1.一种双折射透镜光栅的制造装置，所述双折射透镜光栅包括一透镜阵列基板以及与所述透镜阵列基板接触的液晶材料，其特征在于，所述制造装置包括：
载物台，用于支撑所述双折射透镜光栅；
固化辐射源，用于固化所述双折射透镜光栅的所述液晶材料；
温度调节装置，用于调节所述液晶材料的固化温度；
投影图案，与所述双折射透镜光栅相邻设置；
照明光源，用于对所述投影图案和所述双折射透镜光栅进行照明；
图像采集装置，用于采集经所述投影图案和所述双折射透镜光栅作用后的光线，进而获得投影图案图像；
控制器，用于比较所述投影图案图像与参考基准，并根据比较结果控制所述温度调节装置对所述固化温度进行调节。
2.根据权利要求1所述的双折射透镜光栅的制造装置，其特征在于，所述照明光源和所述图像采集装置分别位于所述载物台的相对两侧，所述投影图案放置于所述照明光源与所述双折射透镜光栅之间或者所述双折射透镜光栅与所述图像采集装置之间。
3.根据权利要求2所述的双折射透镜光栅的制造装置，其特征在于，所述载物台为透明载物台，所述投影图案放置于所述透明载物台与所述双折射透镜光栅之间。
4.根据权利要求3所述的双折射透镜光栅的制造装置，其特征在于，所述投影图案和所述双折射透镜光栅上分别设置有对位标记。
5.根据权利要求1所述的双折射透镜光栅的制造装置，其特征在于，所述投影图案包括一直线阵列，所述直线阵列包括多个具有预定宽度且平行设置的遮光或透光直线，所述透镜阵列基板包括一凹槽阵列，所述凹槽阵列包括多个平行设置的柱状凹槽，所述液晶材料填充于所述柱状凹槽内且所述液晶材料中的液晶分子沿预定方向排列，所述遮光或透光直线与所述柱状凹槽对应设置。
6.根据权利要求5所述的双折射透镜光栅的制造装置，其特征在于，所述遮光或透光直线的延伸方向与所述柱状凹槽的延伸方向相同，所述遮光或透光直线的宽度小于所述凹槽阵列的节距，所述直线阵列的节距等于所述凹槽阵列的节距。
7.根据权利要求6所述的双折射透镜光栅的制造装置，其特征在于，所述参考基准根据所述遮光或透光直线的宽度、所述液晶材料固化前后的折射率差以及所述透镜阵列基板的折射率计算获得。
8.根据权利要求1所述的双折射透镜光栅的制造装置，其特征在于，所述照明光源提供平行线偏振光照明。
9.根据权利要求1所述的双折射透镜光栅的制造装置，其特征在于，所述控制器根据所述比较结果确定所述透镜阵列基板与所述液晶材料的折射率匹配程度，并根据所述折射率匹配程度对所述固化温度进行调节。
10.一种双折射透镜光栅的制造方法，其特征在于，所述双折射透镜光栅的制造方法包括：
提供一双折射透镜光栅，所述双折射透镜光栅包括一透镜阵列基板以及与所述透镜阵列基板接触的液晶材料；
通过一投影图案对所述双折射透镜光栅进行照明；
采集经所述投影图案和所述双折射透镜光栅作用后的光线，进而获得投影图案图像；
比较所述投影图案图像与参考基准，并根据比较结果对所述液晶材料的固化温度进行调节。
11.根据权利要求10所述的双折射透镜光栅的制造方法，其特征在于，所述透镜阵列基板包括一凹槽阵列，所述凹槽阵列包括多个平行设置的柱状凹槽，所述液晶材料填充于所述柱状凹槽内且所述液晶材料中的液晶分子沿预定方向排列，所述投影图案包括一直线阵列，所述直线阵列包括多个具有预定宽度且平行设置的遮光或透光直线，所述遮光或透光直线的宽度小于所述凹槽阵列的节距，所述直线阵列的节距等于所述凹槽阵列的节距，并且设置所述投影图案包括将所述遮光或透光直线与所述柱状凹槽对应设置，以使所述遮光或透光直线的延伸方向与所述柱状凹槽的延伸方向相同。
12.根据权利要求10所述的双折射透镜光栅的制造方法，其特征在于，所述参考基准设置成将所述固化温度调节为使得所述液晶材料固化前与所述透镜阵列基板的折射率差等于所述液晶材料固化前后的折射率差。
13.一种双折射透镜光栅的检测装置，其特征在于，所述检测装置包括：
投影图案，与双折射透镜光栅相邻设置；
照明光源，用于对所述投影图案和所述双折射透镜光栅进行照明；
图像采集装置，用于采集经所述投影图案和所述双折射透镜光栅作用后的光线，进而获得投影图案图像；
控制器，用于比较所述投影图案图像与参考基准，并根据比较结果确定所述双折射透镜光栅的折射率匹配程度。
14.根据权利要求13所述的双折射透镜光栅的检测装置，其特征在于，所述投影图案包括一直线阵列，所述直线阵列包括多个具有预定宽度且平行设置的遮光或透光直线，所述双折射透镜光栅包括一透镜阵列基板以及与所述透镜阵列基板接触的液晶材料，所述透镜阵列基板包括一凹槽阵列，所述凹槽阵列包括多个平行设置的柱状凹槽，所述液晶材料填充于所述柱状凹槽内且所述液晶材料中的液晶分子沿预定方向排列，所述遮光或透光直线与所述柱状凹槽对应设置。
15.根据权利要求14所述的双折射透镜光栅的检测装置，其特征在于，所述遮光或透光直线的延伸方向与所述柱状凹槽的延伸方向相同，所述遮光或透光直线的宽度小于所述凹槽阵列的节距，所述直线阵列的节距等于所述凹槽阵列的节距。
16.根据权利要求14所述的双折射透镜光栅的检测装置，其特征在于，所述参考基准根据所述遮光或透光直线的宽度、所述液晶材料固化前后的折射率差以及所述透镜阵列基板的折射率计算获得。
17.一种双折射透镜光栅的检测方法，其特征在于，所述双折射透镜光栅的检测方法包括：
提供一双折射透镜光栅；
在所述双折射透镜光栅附近设置一投影图案；
对所述投影图案和所述双折射透镜光栅进行照明；
采集经所述投影图案和所述双折射透镜光栅作用后的光线，进而获得投影图案图像；
比较所述投影图案图像与参考基准，并根据比较结果确定所述双折射透镜光栅的折射率匹配程度。
18.根据权利要求17所述的双折射透镜光栅的检测方法，其特征在于，所述双折射透镜光栅包括一透镜阵列基板以及与所述透镜阵列基板接触的液晶材料，所述透镜阵列基板包括一凹槽阵列，所述凹槽阵列包括多个平行设置的柱状凹槽，所述液晶材料填充于所述柱状凹槽内且所述液晶材料中的液晶分子沿预定方向排列，所述投影图案包括一直线阵列，所述直线阵列包括多个具有预定宽度且平行设置的遮光或透光直线，所述遮光或透光直线的宽度小于所述凹槽阵列的节距，所述直线阵列的节距等于所述凹槽阵列的节距，并且设置所述投影图案包括将所述遮光或透光直线与所述柱状凹槽对应设置，以使所述遮光或透光直线的延伸方向与所述柱状凹槽的延伸方向相同。
19.根据权利要求18所述的双折射透镜光栅的检测方法，其特征在于，所述参考基准根据所述遮光或透光直线的宽度、所述液晶材料固化前后的折射率差以及所述透镜阵列基板的折射率计算获得。
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