CN107219573A - 菲涅尔透镜及眼镜 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种菲涅尔透镜及眼镜，属于透镜领域。菲涅尔透镜包括：第一透明基板和第二透明基板，位于第一透明基板和第二透明基板之间的圆形液晶层，设置于第一透明基板上的多个环状遮光块以及驱动组件；驱动组件用于驱动圆形液晶层中不同位置的液晶偏转不同角度，使得被驱动的圆形液晶层形成锥形液晶棱镜和多个环状液晶棱镜，每个环状液晶棱镜包括第一折射面、第二折射面以及入光面；多个环状遮光块沿第一透明基板的径向排布，且一一对应设置在多个环状液晶棱镜的入光面与第一透明基板之间，每个环状液晶棱镜的第一折射面在入光面的正投影由对应的环状遮光块覆盖。本发明提高的菲涅尔透镜成像清晰。
Description
技术领域
本发明涉及透镜领域，特别涉及一种菲涅尔透镜及眼镜。
背景技术
菲涅尔透镜又称为螺纹透镜，是一种常见的光学元件，具有良好的聚光性能和成像性能，在国防、航空、工业生产等多个领域获得了广泛的应用。
相关技术中，可以使用液晶制备菲涅尔透镜以形成液晶菲涅尔透镜，具体地，液晶菲涅尔透镜通常可以包括一层液晶层，通过给液晶层中不同位置的液晶施加不同大小的电压，可以使得液晶层中不同位置的液晶偏转不同的角度，从而改变液晶层中不同位置的液晶的折射率，进而改变液晶层不同位置的入射光的光程差，使得液晶层可以形成一个菲涅尔透镜。
然而，液晶菲涅尔透镜中液晶层形成的菲涅尔透镜往往并不是理想的菲涅尔透镜，其中，理想的菲涅尔透镜可以包括多个包括两个折射面和一个入光面的环状液晶三棱镜，且，每个环状液晶三棱镜中有一个折射面与入光面垂直，另一个折射面与入光面不垂直，这样就可以保证只有与入光面不垂直的折射面能够对入射光进行折射，从而保证经过折射后的入射光光线方向一致。而实际应用中，液晶层形成的菲涅尔透镜的换装液晶三棱镜中两个折射面均与入光面不垂直，因此，该两个折射面均能够对入射光进行折射，这会导致经过折射后的入射光光线方向不一致，从而导致液晶菲涅尔透镜成像模糊。
发明内容
为了解决现有技术液晶菲涅尔透镜成像模糊的问题，本发明实施例提供了一种菲涅尔透镜及眼镜。所述技术方案如下：
第一方面，提供了一种菲涅尔透镜，所述菲涅尔透镜包括：对盒成形的第一透明基板和第二透明基板，所述第一透明基板和所述第二透明基板为圆形基板，位于所述第一透明基板和所述第二透明基板之间的圆形液晶层，设置于所述第一透明基板上的多个环状遮光块以及驱动组件；
所述驱动组件，用于驱动所述圆形液晶层中不同位置的液晶偏转不同角度，使得被驱动的所述圆形液晶层形成多个液晶棱镜，所述多个液晶棱镜包括位于所述圆形液晶层中心的锥形液晶棱镜和环绕所述锥形液晶棱镜，且沿所述圆形液晶层的径向依次相邻排布的多个环状液晶棱镜，每个所述环状液晶棱镜为三棱镜，包括靠近所述锥形液晶棱镜的第一折射面、远离所述锥形液晶棱镜的第二折射面以及平行于所述第一透明基板的入光面，所述第一折射面与所述第二折射面相交，且第一折射面与所述入光面的夹角大于所述第二折射面与所述入光面的夹角；
所述多个环状遮光块沿所述第一透明基板的径向排布，且一一对应设置在所述多个环状液晶棱镜的入光面与所述第一透明基板之间，每个所述环状液晶棱镜的第一折射面在所述入光面的正投影由对应的环状遮光块覆盖。
可选的，所述第二折射面与所述入光面的夹角大于等于0.03°且小于等于27°。
可选的，所述入光面的宽度大于等于50微米且小于等于100微米。
可选的，被驱动的所述圆形液晶层形成所述多个液晶棱镜的数量大于或等于511。
可选的，所述圆形液晶层的厚度小于或等于10微米。
可选的，所述圆形液晶层的直径大于等于4厘米且小于等于6厘米。
可选的，所述驱动组件包括多个环状第一氧化铟锡ITO电极、第二ITO电极和控制子组件；
所述多个环状第一ITO电极以同心环的形式沿所述圆形液晶层的径向依次排布于所述多个环状遮光块靠近所述圆形液晶层的一侧；
所述第二ITO电极设置于所述第二透明基板靠近所述圆形液晶层的一侧；
所述控制子组件与每个第一ITO电极和所述第二ITO电极分别连接，用于控制所述每个第一ITO电极与所述第二ITO电极之间的电场强度。
可选的，所述第二ITO电极为面状电极，所述第二ITO电极覆盖所述第二透明基板。
第二方面，提供了一种眼镜，所述眼镜包括：镜架和由上述第一方面任一所述的菲涅尔透镜制成的两个镜片；
所述两个镜片对称设置于所述镜架上，在所述眼镜被佩戴时，所述两个镜片均朝向用户的眼睛。
可选的，所述眼镜还包括供电组件，所述供电组件与所述两个镜片分别连接；
所述供电组件用于为所述两个镜片供电。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
通过在液晶菲涅尔透镜中设置多个环状遮光块，使得液晶菲涅尔透镜中的每个环状液晶棱镜的第一折射面在入光面的正投影能够由对应的环状遮光块覆盖，这样由入光面射向第一折射面的入射光可以被环状遮光块遮挡，因此，该第一折射面无法对入射光进行折射，而只能由第二折射面对入射光进行折射，从而保证了经过液晶菲涅尔透镜折射后的入射光光线方向一致，因此使得液晶菲涅尔透镜成像清晰。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是理想菲涅尔透镜的纵截面的示意图。
图2是传统的液晶菲涅尔透镜的纵截面的示意图。
图3是本发明实施例提供的一种菲涅尔透镜的纵截面的示意图。
图4是本发明实施例提供的一种菲涅尔透镜的横截面的示意图。
图5是本发明实施例提供的另一种菲涅尔透镜的纵截面的示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
由液晶制备的菲涅尔透镜(可以称为液晶菲涅尔透镜)在当前的生产生活中已经越来越常见了，实际应用中，液晶菲涅尔透镜可以包括一层液晶层，通过给液晶层中不同位置的液晶施加不同大小的电压可以使液晶层中不同位置的液晶的折射率不同，从而使得液晶层可以形成一个菲涅尔透镜。
图1所示为一个理想的菲涅尔透镜的纵截面的示意图，如图1所示，理想的菲涅尔透镜可以包括多个三棱镜SL，每个三棱镜SL可以包括两个折射面和一个入光面，其中，每个三棱镜SL中有一个折射面Z1与入光面R垂直，另一个折射面Z2与入光面R不垂直。
这样，当入射光G通过各个三棱镜SL的入光面R射向理想菲涅尔透镜时，由于理想菲涅尔透镜中各个三棱镜SL的折射面Z1均与入光面R垂直，因此，各个三棱镜SL的折射面Z1均与入射光G平行，所以，各个三棱镜SL的折射面Z1均不会对入射光G进行折射，而各个三棱镜SL的折射面Z2均与入光面R不垂直，也即是均与入射光G不平行，因此，各个三棱镜SL中的折射面Z2均可以对入射光G进行折射。由于各个三棱镜SL中都只有一个折射面(也即是折射面Z2)能够对入射光G进行折射，因此，入射光G经过理想菲涅尔透镜的各个三棱镜SL折射后形成的折射光线方向一致。
在实际应用中，若要使液晶层形成一个理想的菲涅尔透镜，那么液晶层中某一位置两侧的液晶的折射率需要产生突变以在该某一位置上形成理想菲涅尔透镜中的折射面Z1。然而，实际应用中，液晶层中相邻液晶的折射率无法产生突变，而只能渐变，因此，实际应用中，液晶层不可能形成理想菲涅尔透镜中的折射面Z1，也即是液晶层不可能形成一个理想的菲涅尔透镜，这就导致液晶菲涅尔透镜通常并不是理想的菲涅尔透镜。
图2所示为液晶菲涅尔透镜的纵截面的示意图，如图2所示，实际应用中，液晶菲涅尔透镜可以包括多个液晶三棱镜YS，每个液晶三棱镜YS包括第一折射面M1、第二折射面M2和入光面R1，其中，第一折射面M1和第二折射面M2均与入光面R1不垂直。这样，折射面M1和折射面M2都与入射光G0不平行，从而折射面M1和折射面M2都能够对入射光G0进行折射，如图2所示，由于有两个折射面能够对入射光G0进行折射，因此，入射光G0经过液晶菲涅尔透镜的各个液晶棱镜YS折射后形成的折射光线方向不一致，从而导致液晶菲涅尔透镜成像模糊。
为了解决液晶菲涅尔透镜成像模糊的问题，本发明实施例提供了一种菲涅尔透镜，图3所示为该菲涅尔透镜的纵截面的示意图，如图3所示，该菲涅尔透镜包括对盒成形的第一透明基板301和第二透明基板302以及位于该第一透明基板301和该第二透明基板302之间的液晶层303，此外，该菲涅尔透镜还包括设置于第一透明基板301上的多个环状遮光块BM以及驱动组件(图3中未示出)。图4所示为本发明实施例提供的菲涅尔透镜的横截面的示意图，如图4所示，该第一透明基板301为圆形基板，则与其对盒成型的第二透明基板302也为圆形基板，液晶层303为圆形液晶层。
其中，上述驱动组件用于驱动液晶层303中不同位置的液晶偏转不同的角度，以使液晶层303中不同位置的液晶的折射率不同，在本发明实施例中，液晶层303在驱动组件的驱动下可以形成多个液晶区域，每个液晶区域中液晶的折射率以由低至高再至低的趋势变化，这种情况下，每个液晶区域都可以视为一个液晶棱镜，也即是，驱动组件通过驱动液晶层303中不同位置的液晶偏转不同的角度使得被驱动的液晶层303形成多个液晶棱镜。
如图3所示，该多个液晶棱镜包括位于液晶层303中心的锥形液晶棱镜LZ和环绕该锥形液晶棱镜LZ，且沿液晶层303的径向依次相邻排布的多个环状液晶棱镜LH。每个环状液晶棱镜LH为三棱镜，包括靠近锥形液晶棱镜LZ的第一折射面S1、远离锥形液晶棱镜LZ的第二折射面S2以及平行于第一透明基板301的入光面RG，第一折射面S1与第二折射面S2相交，且第一折射面S1与入光面RG的夹角大于第二折射面S2与入光面RG的夹角。
如图3所示，上述多个环状遮光块BM沿第一透明基板301的径向排布，且，一一对应设置在多个环状液晶棱镜LH的入光面RG与第一透明基板301之间，每个环状液晶棱镜LH的第一折射面S1在入光面RG的正投影由对应的环状遮光块BM覆盖。
由于本发明实施例提供的菲涅尔透镜中设置有多个环状遮光块BM，且，每个环状遮光块BM覆盖了其对应的环状液晶棱镜LH的第一折射面S1在入光面RG的正投影区域，因此，射向第一入射面S1的入射光能够被环状遮光块BM遮挡，这样，第一折射面S1就无法对入射光进行折射了，而只能由第二折射面S2对入射光进行折射，从而保证了经过液晶菲涅尔透镜折射后的入射光光线方向一致，因此使得液晶菲涅尔透镜成像清晰。
此外，如图3所示，本发明实施例提供的菲涅尔透镜还可以包括多个第一环状平坦块P1，每个第一环状平坦块P1均位于环状遮光块BM、液晶层303和第一透明基板301之间的间隙中，用于支撑液晶层303。
综上所述，本发明实施例提供的菲涅尔透镜，通过在液晶菲涅尔透镜中设置多个环状遮光块，使得液晶菲涅尔透镜中的每个环状液晶棱镜的第一折射面在入光面的正投影能够由对应的环状遮光块覆盖，这样由入光面射向第一折射面的入射光可以被环状遮光块遮挡，因此，该第一折射面无法对入射光进行折射，而只能由第二折射面对入射光进行折射，从而保证了经过液晶菲涅尔透镜折射后的入射光光线方向一致，因此使得液晶菲涅尔透镜成像清晰。
在实际应用中，液晶层303形成的环状液晶棱镜LH的形状与该环状液晶棱镜LH对应的液晶区域中液晶折射率的变化率有关，通常情况下，液晶折射率的变化率越大环状液晶棱镜LH的第一折射面S1与入光面RG的夹角以及第二折射面S2与入光面RG的夹角越大，而液晶折射率的变化率越小环状液晶棱镜LH的第一折射面S1与入光面RG的夹角以及第二折射面S2与入光面RG的夹角越小。
在本发明实施例中，可以通过驱动组件控制每个液晶区域中液晶折射率的变化率，从而控制第一折射面S1与入光面RG的夹角以及第二折射面S2与入光面RG的夹角，其中，第二折射面S2与入光面RG的夹角也可以被控制为大于等于0.03°且小于等于27°。
此外，在实际应用中，还可以通过驱动组件控制每个液晶区域的尺寸从而控制每个液晶区域对应的环状液晶棱镜LH的尺寸，在本发明的一个实施例中，每个环状液晶棱镜LH的入光面RG的宽度可以被控制为大于等于50微米且小于等于100微米。
此外，在本发明实施例中，被驱动组件驱动的液晶层303形成多个液晶棱镜的数量可以大于或等于511，也即是，环状液晶棱镜LH的数量大于或等于510。液晶层303的厚度可以小于或等于10微米。圆形液晶层303的直径大于等于4厘米且小于等于6厘米，可选的，圆形液晶层303的直径为5厘米。
请参考图5，图5所示是本发明实施例提供的另一个菲涅尔透镜的纵截面的示意图。如图5所示，上述驱动组件可以包括多个环状第一ITO((Indium Tin Oxides，氧化铟锡)电极D1，该多个环状第一ITO电极D1以同心环的形式沿液晶层303的径向依次排布于多个环状遮光块BM靠近液晶层303的一侧。需要说明的是，图5中所示的每个环状液晶棱镜LH对应于两个环状第一ITO电极D1仅为示例性的示意，在实际应用中，每个环状液晶棱镜LH可以对应于两个或两个以上环状第一ITO电极D1，本发明实施例对此不做具体限定。
此外，如图5所示，上述驱动组件还可以包括第二ITO电极D2和控制子组件(图5中未示出)，其中，第二ITO电极D2设置于第二透明基板302靠近液晶层303的一侧，在实际应用中，第二ITO电极D2可以为面状电极，且，第二ITO电极D2能够覆盖第二透明基板302。
在实际应用中，控制子组件与每个第一ITO电极D1和第二ITO电极D2分别连接，用于控制每个第一ITO电极D1与第二ITO电极D2之间的电场强度，从而给液晶层303中不同位置的液晶施加不同大小的电压，使得液晶层303可以形成菲涅尔透镜。
如图5所示，本发明实施例提供的菲涅尔透镜还可以包括多个第二环状平坦块P2，每个第二环状平坦块P2均位于液晶层303和ITO电极D1之间的间隙中，用于支撑液晶层303。
综上所述，本发明实施例提供的菲涅尔透镜，通过在液晶菲涅尔透镜中设置多个环状遮光块，使得液晶菲涅尔透镜中的每个环状液晶棱镜的第一折射面在入光面的正投影能够由对应的环状遮光块覆盖，这样由入光面射向第一折射面的入射光可以被环状遮光块遮挡，因此，该第一折射面无法对入射光进行折射，而只能由第二折射面对入射光进行折射，从而保证了经过液晶菲涅尔透镜折射后的入射光光线方向一致，因此使得液晶菲涅尔透镜成像清晰。
本发明实施例还提供了一种眼镜，该眼镜包括镜架和由上述实施例中的菲涅尔透镜制成的两个镜片，其中，该两个镜片对称设置于镜架上，在该眼镜被佩戴时，上述两个镜片均朝向用户的眼睛。在本发明的一个实施例中，上述眼镜还可以包括供电组件，该供电组件与上述两个镜片分别连接，用于为上述两个镜片供电。
本发明实施例提供的眼镜中的镜片由上述实施例中的菲涅尔透镜制成，由于菲涅尔透镜相较于普通透镜(一个面为弧面的透镜)而言厚度较小，因此，本发明实施例中的镜片相较于传统的以普通液晶透镜制成的镜片而言，液晶层的厚度较小，所需的液晶较少，因此成本较低，同时，由于液晶层的厚度较小，因此，驱动液晶层所需的电压也较小，从而降低了镜片的能耗。此外，由于本发明实施例提供的菲涅尔透镜成像清晰，因此，由本发明实施例提供的菲涅尔透镜制成的镜片成像也较为清晰。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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。
Claims (10)
1.一种菲涅尔透镜，其特征在于，所述菲涅尔透镜包括：对盒成形的第一透明基板和第二透明基板，所述第一透明基板和所述第二透明基板为圆形基板，位于所述第一透明基板和所述第二透明基板之间的圆形液晶层，设置于所述第一透明基板上的多个环状遮光块以及驱动组件；
所述驱动组件，用于驱动所述圆形液晶层中不同位置的液晶偏转不同角度，使得被驱动的所述圆形液晶层形成多个液晶棱镜，所述多个液晶棱镜包括位于所述圆形液晶层中心的锥形液晶棱镜和环绕所述锥形液晶棱镜，且沿所述圆形液晶层的径向依次相邻排布的多个环状液晶棱镜，每个所述环状液晶棱镜为三棱镜，包括靠近所述锥形液晶棱镜的第一折射面、远离所述锥形液晶棱镜的第二折射面以及平行于所述第一透明基板的入光面，所述第一折射面与所述第二折射面相交，且第一折射面与所述入光面的夹角大于所述第二折射面与所述入光面的夹角；
所述多个环状遮光块沿所述第一透明基板的径向排布，且一一对应设置在所述多个环状液晶棱镜的入光面与所述第一透明基板之间，每个所述环状液晶棱镜的第一折射面在所述入光面的正投影由对应的环状遮光块覆盖。
2.根据权利要求1所述的菲涅尔透镜，其特征在于，所述第二折射面与所述入光面的夹角大于等于0.03°且小于等于27°。
3.根据权利要求1所述的菲涅尔透镜，其特征在于，所述入光面的宽度大于等于50微米且小于等于100微米。
4.根据权利要求1所述的菲涅尔透镜，其特征在于，被驱动的所述圆形液晶层形成所述多个液晶棱镜的数量大于或等于511。
5.根据权利要求1所述的菲涅尔透镜，其特征在于，所述圆形液晶层的厚度小于或等于10微米。
6.根据权利要求1所述的菲涅尔透镜，其特征在于，所述圆形液晶层的直径大于等于4厘米且小于等于6厘米。
7.根据权利要求1所述的菲涅尔透镜，其特征在于，所述驱动组件包括多个环状第一氧化铟锡ITO电极、第二ITO电极和控制子组件；
所述多个环状第一ITO电极以同心环的形式沿所述圆形液晶层的径向依次排布于所述多个环状遮光块靠近所述圆形液晶层的一侧；
所述第二ITO电极设置于所述第二透明基板靠近所述圆形液晶层的一侧；
所述控制子组件与每个第一ITO电极和所述第二ITO电极分别连接，用于控制所述每个第一ITO电极与所述第二ITO电极之间的电场强度。
8.根据权利要求7所述的菲涅尔透镜，其特征在于，所述第二ITO电极为面状电极，所述第二ITO电极覆盖所述第二透明基板。
9.一种眼镜，其特征在于，所述眼镜包括镜架和由如权利要求1至8任一所述的菲涅尔透镜制成的两个镜片；
所述两个镜片对称设置于所述镜架上，在所述眼镜被佩戴时，所述两个镜片均朝向用户的眼睛。
10.根据权利要求9所述的眼镜，其特征在于，所述眼镜还包括供电组件，所述供电组件与所述两个镜片分别连接；
所述供电组件用于为所述两个镜片供电。
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