CN207924277U - 透镜光栅组件及眼镜 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种透镜光栅组件，包括：第一透镜光栅，用于仅对自然光中的第一光线起汇聚作用，第一光线为自然光中偏振方向为第一方向的分量；第二透镜光栅，用于仅对自然光中的第二光线起汇聚作用，第一光线为自然光中偏振方向为第二方向的分量，第一方向与第二方向不同；负透镜，设置于第一透镜光栅和第二透镜光栅之间，用于对从第一透镜光栅出射的光线起到发散作用；正透镜，设置于正透镜和第二透镜光栅之间，用于对从负透镜出射的光线起到汇聚作用；其中,第一方向为水平偏振方向和第二方向为垂直偏振方向。本实用新型还涉及一种眼镜。

Description

透镜光栅组件及眼镜

技术领域

本实用新型涉及3D显示制作技术领域，尤其涉及一种透镜光栅组件及眼镜。

背景技术

为了实现3D观看效果，一般采用具有不同偏振态的透镜光栅的眼镜，需要眼镜在视场32°范围内成像良好，但是大视场大口径带来了成像缺陷，通常情况下，大视场大孔径下，由于透镜子午面与弧矢面成像不对称性带来了像散现象，造成透镜子午面与弧矢面两个垂直面的聚焦不重合，其中垂直面焦距相对较大，水平面焦距相对较短，所以在成像面上便会产生较大光斑，并且光斑水平方向的面积比垂直方向的面积大，这样便造成成像模糊。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种透镜光栅组件及眼镜，解决由于透镜子午面与弧矢面两个垂直面的聚焦不重合造成的成像模糊的问题。

为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种透镜光栅组件，包括：

第一透镜光栅，用于仅对自然光中的第一光线起汇聚作用，所述第一光线为所述自然光中偏振方向为第一方向的分量；

第二透镜光栅，用于仅对自然光中的第二光线起汇聚作用，所述第一光线为所述自然光中偏振方向为第二方向的分量，所述第一方向与所述第二方向不同；

负透镜，设置于所述第一透镜光栅和所述第二透镜光栅之间，用于对从所述第一透镜光栅出射的光线起到发散作用；

正透镜，设置于所述正透镜和所述第二透镜光栅之间，用于对从所述负透镜出射的光线起到汇聚作用；

其中，所述第一方向为水平偏振方向和所述第二方向为垂直偏振方向。

进一步的，所述负透镜的阿贝数小于50，所述正透镜的阿贝数大于50。

进一步的，所述负透镜为平凹透镜，所述正透镜为平凸透镜，所述负透镜的凹面与所述正透镜的凸面相适配，且所述负透镜的凹面与所述正透镜的凸面贴合。

进一步的，所述凸面为球面或非球面。

进一步的，所述正透镜和所述负透镜均为菲涅尔透镜。

进一步的，所述正透镜和所述负透镜之间设置有透明胶层。

进一步的，所述正透镜与所述负透镜成对设置，所述透镜光栅组件包括至少一对所述正透镜和所述负透镜。

进一步的，至少一对所述正透镜和所述负透镜的总厚度的和为0.5mm-5.5mm。

进一步的，所述第一透镜光栅包括相对设置的两个第一基板，以及位于两个所述第一基板之间的第一液晶层，

一个所述第一基板上设置有第一面状电极；

另一个所述第一基板上间隔且平行设置有多个第一条状电极；

所述第一液晶层的初始取向为所述第一方向；

所述第一面状电极和多个所述第一条状电极上施加不同的电压时，所述第一液晶层中的液晶分子发生不同角度的偏转，形成包括多个第一透镜区域的柱状透镜结构，以使所述第一光线汇聚为第一聚焦点。

进一步的，所述第二透镜光栅包括相对设置的两个第二基板，以及位于两个所述第二基板之间的第二液晶层，

一个所述第二基板上设置有第二面状电极；

另一个所述第二基板上间隔且平行设置有多个第二条状电极；

所述第二液晶层的初始取向为所述第二方向；

对所述第二面状电极和多个所述第二条状电极施加不同的电压，使所述第二液晶层中的液晶分子发生不同角度的偏转，形成包括多个第二透镜区域的柱状透镜结构，使得所述第二光线汇聚为第二聚焦点。

本实用新型还提供一种眼镜，包括上述的透镜光栅组件。

本实用新型的有益效果是，缩短透镜两个垂直面形成的焦点之间的距离，起到消像散的作用，减小光斑大小，提高成像清晰度。

附图说明

图1表示透镜两个垂直面成像原理示意图；

图2表示本实用新型实施例中透镜光栅组件结构示意图；

图3表示本实用新型实施例中正透镜和负透镜结构示意图一；

图4表示本实用新型实施例中正透镜和负透镜结构示意图二。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的特征和原理进行详细说明，所举实施例仅用于解释本实用新型，并非以此限定本实用新型的保护范围。

如图1所示，由于透镜子午面与弧矢面成像不对称性带来了像散现象，造成透镜子午面与弧矢面两个垂直面的聚焦不重合，其中垂直面焦距(长轴焦距)相对较大，聚焦于F_V点，水平面焦距(短轴焦距)相对较短，聚焦于F_H点，聚焦点不重合，成像面上具有较大的光斑，同理，具有水平偏振态的透镜光栅和具有垂直偏振态的透镜光栅的聚焦点不同，具有水平偏振态的透镜光栅的聚焦距离比具有垂直偏振态的透镜光栅的聚焦距离长，焦点不重合，从而造成成像模糊。

为了解决上述问题，本实施例提供一种透镜光栅组件，如图2所示，包括：

第一透镜光栅1，用于仅对自然光中的第一光线起汇聚作用，所述第一光线为所述自然光中偏振方向为第一方向的分量；

第二透镜光栅2，用于仅对自然光中的第二光线起汇聚作用，所述第一光线为所述自然光中偏振方向为第二方向的分量，所述第一方向与所述第二方向不同；

具有第一折射率的负透镜3，设置于所述第一透镜光栅1和所述第二透镜光栅2之间，用于对从所述第一透镜光栅1出射的光线起到发散作用；

具有第二折射率的正透镜4，设置于所述正透镜4和所述第二透镜光栅2之间，用于对从所述负透镜3出射的光线起到汇聚作用；

其中，所述第一方向为水平偏振方向和所述第二方向为垂直偏振方向。

需要说明的是，本实施例中的水平偏振方向为图示中箭头X的方向，垂直偏振方向为垂直于箭头X的方向，且垂直偏振方向垂直于竖直Y方向。

正透镜4和负透镜3的设置，缩短了从具有水平偏振态的第一透镜光栅1出射的光线的聚焦点，减小了从具有所述水平偏振态的第一透镜光栅1出射的光线的聚焦点与从具有垂直偏振态的第二透镜光栅2出射的光线的聚焦点之间的距离(即缩短第一光线经所述第一透镜光栅1汇聚后的焦点与第二光线经所述第二透镜光栅2汇聚后的焦点之间的距离)，甚至可以实现第一光线经所述第一透镜光栅1汇聚后的焦点与第二光线经所述第二透镜光栅2汇聚后的聚焦点重合，消像散和色差，减小光斑的大小，提高成像清晰度。

本实施例中，所述负透镜具有第一折射率，所述正透镜具有第二折射率，所述第一折射率和所述第二折射率可以相同，也可以不同。

所述第一折射率和所述第二折射率相同时，通过所述正透镜和所述负透镜的厚度实现减小从具有所述水平偏振态的第一透镜光栅1出射的光线的聚焦点与从具有垂直偏振态的第二透镜光栅2出射的光线的聚焦点之间的距离的目的；

所述第一折射率和所述第二折射率不同时，决定从所述第一透镜光栅的光线汇聚的焦点、与从所述第二透镜光栅出射的光线汇聚的焦点之间的距离的因素，除了所述正透镜和所述负透镜的厚度外，还需要设计所述正透镜和所述负透镜的曲率半径参数，以及调节所述第一透镜光栅和所述第二透镜光栅的曲率及等效厚度(通过调节所述第一透镜光栅和所述第二透镜光栅的电极电压及所述第一透镜光栅和所述第二透镜光栅的电极的线宽)，来保证两个焦点之间的距离缩短，甚至重合。

需要说明的是，在实际使用中，很难找到折射率相同的材料以制作所述正透镜和所述负透镜，所以在实际使用中，所述正透镜和所述负透镜的折射率是不同的，但为了节省成本以及降低工艺难度，所述负透镜的第一折射率与所述正透镜的所述第二折射率的差值的绝对值小于预设值(该预设值的设置尽量小，使得所述第一折射率与所述第二折射率相近)。

所述正透镜和所述负透镜对不同颜色的单色光的偏折不同，从而可以实现减小色差、甚至消除色差的目的。

本实施例中，所述负透镜3的阿贝数小于50，所述正透镜4的阿贝数大于50，但并不以此为限，在实际使用中，根据不同的色散程度，选择具有不同的阿贝数的所述正透镜或所述负透镜，且所述负透镜与所述正透镜的色散系数(阿贝数)相匹配，以有效的消除色散。

本实施例中，所述负透镜3为平凹透镜，所述正透镜4为平凸透镜，所述负透镜3的凹面与所述正透镜4的凸面相适配，且所述负透镜3的凹面与所述正透镜4的凸面贴合。

所述正透镜4和所述负透镜3之间的接触面的具体形状可以有多种，即所述正透明的凸面的形状和所述负透镜3的凹面的形状均可以有多种，本实施例的一实施方式中，所述凸面为球面或非球面，例如，所述凸面可以为曲面、双曲面、抛物面、椭球面等。图3中所示为所述凸面为球面结构。

本实施例的另一实施方式中，所述正透镜4和所述负透镜3均为菲涅尔透镜，如图4所示，所述凸面为衍射面形状。

本实施例中，所述正透镜4和所述负透镜3之间设置有透明胶层。

本实施例中，所述正透镜4与所述负透镜3成对设置，所述透镜光栅组件包括至少一对所述正透镜4和所述负透镜3。

进一步的，至少一对所述正透镜4和所述负透镜3的总厚度的和为0.5mm-5.5mm，但并不以此为限，可以根据所述正透镜和所述负透镜的焦距以及所述第一透镜光栅和所述第二透镜光栅的色散差异设定。

利用正透镜4和负透镜3的厚度差正透镜4和负透镜3的数量为两对及两对以上时，至少一对正透镜4和负透镜3的的厚度可以不同)、面型(凸面的形状)及材料选择差异，可以起到消像散以及消色差的作用，同时通过调节各对正透镜4和负透镜3的厚度及各材料折射率及曲率半径参数，可以达到消球差作用，大大降低了光斑大小及不对称现象。

需要说明的是，不同波长的单色光在同种材质中的折射率是不同的，在各色单色光中，绿光为中心波段波长，各色单色光光线通过第一透镜光栅或第二透镜光栅，各单色光焦距从短到长依次为R(红光)、G(绿光)、B(蓝光)，而所述正透镜和所述负透镜的设置，由于且形成材料的色散性质决定各单色光焦距调整为从短到长依次为B、G、R，所以所述正透镜和所述负透镜的设置可以起到消色散作用。对于中心波段G光来说，中心不偏折最好，如果中心波段不同，光线发生偏折，则需要所述正透镜和所述负透镜的曲率及厚度加以设计匹配，会增加成本，所以优选的，针对绿色单色光而言，所述第一折射率和所述第二折射率相同。

本实施例中，所述第一透镜光栅1包括相对设置的两个第一基板11，以及位于两个所述第一基板11之间的第一液晶层14，

一个所述第一基板11上设置有第一面状电极12；

另一个所述第一基板11上间隔且平行设置有多个第一条状电极13；

所述第一液晶层14的初始取向为所述第一方向；

所述第一面状电极12和多个所述第一条状电极13上施加不同的电压时，所述第一液晶层14中的液晶分子发生不同角度的偏转，形成包括多个第一透镜区域的柱状透镜结构，以使所述第一光线汇聚为第一聚焦点。

进一步的，所述第二透镜光栅2包括相对设置的两个第二基板21，以及位于两个所述第二基板21之间的第二液晶层24，

一个所述第二基板21上设置有第二面状电极22；

另一个所述第二基板21上间隔且平行设置有多个第二条状电极23；

所述第二液晶层24的初始取向为所述第二方向；

对所述第二面状电极22和多个所述第二条状电极23施加不同的电压，使所述第二液晶层24中的液晶分子发生不同角度的偏转，形成包括多个第二透镜区域的柱状透镜结构，使得所述第二光线汇聚为第二聚焦点。

本实用新型还提供一种眼镜，包括上述的透镜光栅组件。

通过所述正透镜4和所述负透镜3的设置，缩短了第一光线经过具有水平偏振态的第一透镜光栅1的的汇聚后，形成的第一聚焦点的聚焦距离，即缩短了第一聚焦点和第二聚焦点之间的距离，通过调节所述正透镜4和所述负透镜3的数量、以及折射率等参数，甚至可以实现使得所述第一聚焦点的位置与所述第二聚焦点的位置重合，消除像散、色差以及球差，提高成像清晰度。

以上为本实用新型较佳实施例，需要说明的是，对于本领域普通技术人员来说，在不脱离本实用新型所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型保护范围。

Claims (11)

1.一种透镜光栅组件，其特征在于，包括：

第一透镜光栅，用于仅对自然光中的第一光线起汇聚作用，所述第一光线为所述自然光中偏振方向为第一方向的分量；

第二透镜光栅，用于仅对自然光中的第二光线起汇聚作用，所述第一光线为所述自然光中偏振方向为第二方向的分量，所述第一方向与所述第二方向不同；

负透镜，设置于所述第一透镜光栅和所述第二透镜光栅之间，用于对从所述第一透镜光栅出射的光线起到发散作用；

正透镜，设置于所述正透镜和所述第二透镜光栅之间，用于对从所述负透镜出射的光线起到汇聚作用；

其中，所述第一方向为水平偏振方向和所述第二方向为垂直偏振方向。

2.根据权利要求1所述的透镜光栅组件，其特征在于，所述负透镜的阿贝数小于50，所述正透镜的阿贝数大于50。

3.根据权利要求1所述的透镜光栅组件，其特征在于，所述负透镜为平凹透镜，所述正透镜为平凸透镜，所述负透镜的凹面与所述正透镜的凸面相适配，且所述负透镜的凹面与所述正透镜的凸面贴合。

4.根据权利要求3所述的透镜光栅组件，其特征在于，所述凸面为球面或非球面。

5.根据权利要求1所述的透镜光栅组件，其特征在于，所述正透镜和所述负透镜均为菲涅尔透镜。

6.根据权利要求1所述的透镜光栅组件，其特征在于，所述正透镜和所述负透镜之间设置有透明胶层。

7.根据权利要求1所述的透镜光栅组件，其特征在于，所述正透镜与所述负透镜成对设置，所述透镜光栅组件包括至少一对所述正透镜和所述负透镜。

8.根据权利要求7所述的透镜光栅组件，其特征在于，至少一对所述正透镜和所述负透镜的总厚度的和为0.5mm-5.5mm。

9.根据权利要求1所述的透镜光栅组件，其特征在于，所述第一透镜光栅包括相对设置的两个第一基板，以及位于两个所述第一基板之间的第一液晶层，

一个所述第一基板上设置有第一面状电极；

另一个所述第一基板上间隔且平行设置有多个第一条状电极；

所述第一液晶层的初始取向为所述第一方向；

所述第一面状电极和多个所述第一条状电极上施加不同的电压时，所述第一液晶层中的液晶分子发生不同角度的偏转，形成包括多个第一透镜区域的柱状透镜结构，以使所述第一光线汇聚为第一聚焦点。

10.根据权利要求1所述的透镜光栅组件，其特征在于，所述第二透镜光栅包括相对设置的两个第二基板，以及位于两个所述第二基板之间的第二液晶层，

一个所述第二基板上设置有第二面状电极；

另一个所述第二基板上间隔且平行设置有多个第二条状电极；

所述第二液晶层的初始取向为所述第二方向；

对所述第二面状电极和多个所述第二条状电极施加不同的电压，使所述第二液晶层中的液晶分子发生不同角度的偏转，形成包括多个第二透镜区域的柱状透镜结构，使得所述第二光线汇聚为第二聚焦点。

11.一种眼镜，其特征在于，包括权利要求1-10任一项所述的透镜光栅组件。