CN108802865A - 透镜 - Google Patents

Abstract

本发明揭露了一种透镜，包括一曲面。曲面上形成有复数个锥型结构，每一锥型结构设有至少三个实质平面。P小于等于500奈米，H小于等于500奈米；P为其中两个锥型结构之间的节距，H为每一锥型结构与曲面之最大垂直距离。本发明实施例之透镜的曲面具有渐变折射率(Graded Index)，进一步增加透镜的曲面的抗反射效果，有效降低透镜在可见光波长范围内的反射率，进而增加光线的利用率。

Description

透镜

技术领域

本发明涉及一种透镜，且特别是涉及一种具有抗反射功能的一种透镜。

背景技术

现行投影机的架构主要包括照明系统、光阀以及投影镜头，其中照明系统用以提供照明光束，而光阀用以将照明光束转换成影像光束，投影镜头则用以将影像光束投影于萤幕上，以于萤幕上形成影像画面。在投影机的照明系统中，通常会在入射光的传递路径上配置多个透镜，用以提升入射光的利用效率。由于入射光会因为不同介质间的折射率的差异及入射角等因素，导致会有一部分的光因为全反射的现象而损失。

为了解决上述问题，业界已发表各种在透镜上制作微结构以增加透镜抗反射效果的技术，举例而言，以光刻电铸模造制程(LIGA)或是电子束制程(E-Beam)来进行为微结构模仁的加工。然而，上述加工微结构模仁的制程除了加工成本昂贵外，且仅能在平面或平缓的曲面上进行微结构的制作，因此，透过上述制程所制作出来的透镜在抗反射效果的效益不佳。如何针对上述问题进行改善，实为本领域相关人员所关注的焦点。

发明内容

本发明的一实施例提供一种透镜，包括一曲面。曲面上形成有复数个锥型结构，每一锥型结构设有至少三个实质平面。P小于等于500奈米，H小于等于500奈米；P为其中两个锥型结构之间的节距，H为每一锥型结构与曲面之最大垂直距离。由于本发明实施例之透镜具有P小于等于500奈米与H小于等于500奈米的复数个锥型结构，因此能够于透镜的曲面形成渐变折射率(Graded Index)，进一步增加透镜的曲面的抗反射效果，有效降低透镜在可见光波长范围内的反射率，进而增加光线的利用率。

为让本发明之上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

附图说明

图1A为本发明一实施例的锥型结构矩阵的示意图。

图1B为本发明一实施例的透镜的示意图。

图2为图1B所示的每一锥型结构的立体结构示意图。

图3为图1B所示的区域Z的放大示意图。

图4为图3所示的每一锥型结构的剖面示意图。

图5为本发明另一实施例的锥型结构的立体结构示意图。

图6为图1B至图4所示的锥型结构与其它抗反射结构的反射率比较示意图。

具体实施方式

有关本发明之前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考图式之一较佳实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。

请参照图1A、图1B至图3，图1A系分别为本发明的一实施例中，锥型结构层的示意图。图1B为本发明的一实施例中，透镜的示意图。图2为图1B所示之每一锥型结构11的立体结构示意图。图3为图1B所示之区域Z的放大示意图。如图1B所示，本实施例为一投影机，设置有一照明光源100以及设置在其光线行进路径的透镜1。本发明所谓的透镜是一种光学元件，由至少部份透明或至少部份透射的材料所制成，例如是塑胶或玻璃。于本例中，透镜系由塑胶以射出成型制程制造而成。

透镜包括至少一个能让至少部份光线通过的曲面。而本发明的光源100系指雷射光源或是发光二极体光源或其他例如是电热光源之任一者。而于本例中，光源为复数枚经封装且可分别发出不同颜色的发光二极体模组。

在本实施例中，透镜1具有靠近光源100的入光面101、远离光源100的出光面102以及连接入光面101及出光面102的侧沿103。于本例中，入光面101、出光面102及侧缘103均分别为一曲面。而于本例中，抗反射结构层系至少由复数个以矩阵排列的锥型结构11所组成。入光面101上的曲面上系形成有一抗反射结构层。但就抗反射结构层的位置，本发明并不以此为限，在其它的实施例中，除了设置在入光面101外，抗反射结构层亦可设于出光面102上，亦即出光面102亦可形成有复数个锥型结构11。又或者，只有出光面102设有抗反射结构层亦可。另外，抗反射结构层亦可以形成在前述各种设计中的侧缘上，或是只形成在侧缘上亦可。

此外，请参照图1A，举例来说，于本例中，透镜上例如是入光面101的曲面上包括有一组以矩阵排列的复数个锥型结构11，各锥型结构11底部为矩型，如图2所绘述者，即为一例。而当以A-A为剖面线时，其形状的示意图可参酌图3及图4所绘述者。

如图2所示，本实施例之透镜1的每一锥型结构11设有至少三个实质的平面(简称实质平面)R以及邻接于这些实质平面R之间的底部B，底部B连接于例如是入光面101的曲面处。在本实施例中，每一锥型结构11例如是设有四个实质平面R1～R4且底部B的形状呈多边型的角锥结构。具体而言，本实施例的这些实质平面R1～R4是朝彼此倾斜的斜面，且锥型结构11的底部B例如是四边型，但本发明并不以此为限，在其它的实施例中，每一锥型结构11也可以仅设三个实质平面R，且锥型结构11的底部B例如是三角型。

更明确的说，如图2所示，本实施例的每一锥型结构11的每一实质平面R1～R4包括彼此相连的第一斜边L1与第二斜边L2，且每一实质平面R的第一斜边L1与相邻之实质平面R的第二斜边L2彼此连接。而于本例中，各实质平面依序顺时针方向为第一实质平面R1、第二实质平面R2、第三实质平面R3及第四实质平面R4。而第一实质平面R1的第一斜边L1与第四实质平面R4的第二斜边L2连接。

由图4可见，第一实质平面R1与第三实质平面R3之间具有最小夹角θ，且最小夹角θ大于等于5度且小于等于120度。而当最小夹角θ小于100度时，例如是90度，其抗反射效果较佳。而当最小夹角θ小于50度时，例如是45度，其效果更较。而当最小夹角θ小于25度时，其效果最佳。而于本例中，最小夹角约为45度。

此外，上述每一锥型结构11的最大高度与每一锥型结构11的最大高度的比值(亦即每一锥型结构11的高宽比或者ASPECT RATIO)介于0.5至100之间。于高宽比大于等于0.5时，例如是0.5，其高度为宽度的0.5倍，已有基本的抗反射效果；在高宽比大等于2时，其效果较佳。在高宽比介于2至10时，其效果更佳。而当高宽比介于10至100时，其效果最佳。举例而言，在本例中，每一锥型结构11的高度与每一锥型结构11的宽度的比值约为2.41。

需特别说明的是，本例中，每一锥型结构11为具有四个实质平面R1～R4且底部B的形状呈多边型的角锥结构仅为本发明的其中之一实施例，本发明并不以此为限，在其它的实施例中，如图5所示，每一锥型结构11a包括连接于曲面的底部B以及与底部相对的头部T，这些实质平面R位于底部B与头部T之间，且每一锥型结构11a的头部T为平坦表面，也就是说，在本实施例中，每一锥型结构11a例如是底部B的形状呈多边型的锥台结构(也可以称之为平截头体结构)。

图3所示，本实施例之透镜1的各个锥型结构11中二相邻的锥型结构11之间设有节距P，节距P为二相邻的锥型结构11的头部的尖端处之间的最小直线距离。且每一锥型结构11与例如是入光面101的曲面之间设有最大垂直距离H，也就是每一锥型结构11的头部至其底部(假设为平面)的垂直距离，意即锥型结构11的高度。本发明的锥型结构11的最大垂直距离H在500奈米以下时，有基本的抗反射效果；当H在400奈米以下时，其效果较佳，而当H小于350奈米时，其效果较佳。而节距P亦然，节距P在小于500、400及350奈米时，其分别具有基本、较佳及最较的改善效果。而于本例中，节距P及最大垂直距离分别约为400余奈米及约500奈米。值得一提的是，如图3所示，本实施例之二相邻的锥型结构11之间的节距P以及每一锥型结构11与曲面之间的最大垂直距离H可以依照实际情况的需求来进行调整，当节距P与最大垂直距离H的比值小于三时，亦即锥型结构11与另一锥型结构之间的距离为锥型结构11高度的三倍，其已有基本的抗反射效果。而当比值小于1.5时，其效果较佳，而当比值小于0.5时，其效果最佳。而于本例中，P/H之比值约为0.8。而当各锥型结构的最小夹角均为90度且为相连时，考量透镜的曲率半径，其P/H值接近1。

另外，如图1B至图3所示，本实施例之各锥型结构11分别具有朝远离其所处表面的方向延伸的延伸方向，且这些延伸方向彼此实质平行。举例而言，这些锥型结构11的其中之一(如图3所示右边第一个锥型结构)具有朝远离曲面的方向延伸的第一延伸方向D1，这些锥型结构11的其中之另一(如图3所示右边第二个锥型结构)具有朝远离曲面的方向延伸的第二延伸方向D2，且第一延伸方向D1平行于第二延伸方向D2。而于本例中，第一方向D1及第二方向D2与锥型结构11所处平面的法向量方向非为平行。

利用上述形成于透镜1的曲面上的这些锥型结构11能够于透镜1的曲面上形成渐变折射率(Graded Index)，进一步增加透镜1的曲面的抗反射效果，有效降低透镜1在可见光波长范围内的反射率，使得大部分的光线L能够从透镜1的出光面102出射，进而增加光线L的利用率。以下再针对本实施例之透镜1的这些锥型结构11的详细构造做更一步的描述。

如图1B至图3所示，本实施例之透镜1例如是以车刀于模仁的曲面上车出多个金字塔型结构，再以具有多个金字塔型结构的模仁进行射出成型制程，藉以制作出具有这些锥型结构11的透镜1，也就是说，这些锥形结构11与透镜1的曲面为相同材料的单一元件形式，换言之，这些锥形结构11与透镜本体为一体成型的结构(ONE PIECE FORMED)，意即，本实施例之这些锥形结构11并非以例如是膜层的形式黏着配置于透镜1的各个曲面上的。需特别说明的是，上述这些锥形结构11与透镜1的曲面为相同材料的单一元件形式仅为本发明的其中之一实施例，本发明并不以此为限。而于另一实施例中，锥形结构11是以例如是膜层的形式黏着配置于透镜1的各个曲面上的。

请参照图6，其为图1B至图4所示之锥型结构与其它抗反射结构的反射率比较示意图。如图6所示，图表上的曲线1000代表本实施例所述之位于透镜1的曲面上且尺寸为300nm*300nm的这些锥型结构11于特定可见光波长范围内的反射率；曲线2000代表尺寸为300nm*300nm的V沟微结构(V-Groove)于特定可见光波长范围内的反射率；曲线3000代表未经加工的超精平面于特定可见光波长范围内的反射率。从图6所示之图表可知，本实施例之这些锥型结构11于可见光波长范围400nm～700nm内的反射率为0.8％～2.75％；V沟微结构(V-Groove)于可见光波长范围400nm～700nm内的反射率为17.4％～26.1％；未经加工的超精平面于可见光波长范围400nm～700nm内的反射率为32.2％～46.4％，由此可知，在相同的可见光波长范围下，本实施例之这些锥型结构11的反射率(0.8％～2.75％)明显低于V沟微结构的反射率(17.4％～26.1％)以及未经加工的超精平面的反射率(32.2％～46.4％)。

综上所述，本发明中的其中一实施例的透镜能够于透镜的曲面形成渐变折射率(Graded Index)，进一步增加透镜的曲面的抗反射效果，有效降低透镜在可见光波长范围内的反射率，使得大部分的光线能够从透镜的出光面出射，进而增加光线的利用率。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明之精神和范围内，当可作些许之更动与润饰，因此本发明之保护范围当视后附之权利要求所界定者为准。

Claims (10)

1.一透镜，包括一曲面，该曲面上形成有复数个锥型结构，每一该锥型结构设有至少三个实质平面，其中，P为其中两个锥型结构之间的节距，H为每一该锥型结构与该曲面之最大垂直距离，P小于等于500奈米，H小于等于500奈米。

2.如权利要求1所述的透镜，其特征在于，P与H的比值小于等于3。

3.一透镜，包括复数个锥型结构，设于该透镜的一曲面上，二相邻的该锥型结构设有小于500奈米的节距，每一该锥型结构的底部为多边型，每一该锥型结构之高度小于500奈米，该复数个锥型结构与该曲面为相同材料的单一元件形式。

4.如权利要求1或3任一项所述的透镜，其特征在于，该复数个锥型结构分别为一底部为多边型的锥台。

5.如权利要求1或3任一项所述的透镜，其特征在于，该复数个锥型结构分别具有朝一远离该曲面的方向延伸的延伸方向，且该复数个锥型结构的延伸方向彼此实质平行。

6.如权利要求3所述的透镜，其特征在于，每个该锥型结构具有至少三个实质平面。

7.如权利要求1或6任一项所述的透镜，其特征在于，该锥型结构的该复数个实质平面分别包括一第一斜边与一相对应的第二斜边，其中，该复数个实质平面的该第一斜边分别与另一实质平面的第二斜边连接。

8.如權利要求1或6任一项所述的透镜，其中该复数个锥型结构与该曲面为相同材料的单一元件形式。

9.如权利要求1或3任一项所述的透镜，其特征在于，包括有一入光面以及一出光面，该入光面设置有该曲面。

10.如权利要求3所述的透镜，其特征在于，该锥型结构之高宽比介于0.5至100之间。