CN211857123U

CN211857123U - 一种微型投影用的匀光透镜

Info

Publication number: CN211857123U
Application number: CN202020212048.XU
Authority: CN
Inventors: 魏威; 王作红; 姜玥伊; 贺银波
Original assignee: Shenzhen Eviewtek Technology Co ltd
Current assignee: Shenzhen Eviewtek Technology Co ltd
Priority date: 2020-02-26
Filing date: 2020-02-26
Publication date: 2020-11-03
Anticipated expiration: 2030-02-26

Abstract

本申请公开了一种微型投影用的匀光透镜，包括：第一基材层、第二基材层、第一电极层、第二电极层以及由多个一一用于等效复眼透镜中的微透镜单元的液晶材料单元组成的液晶材料层；第一基材层叠设于第二基材层上，且第一基材层与第二基材层相向的一面上铺设有第一电极层；第二基材层与第一基材层相向的一面上铺设有第二电极层；液晶材料层封装于第一电极层以及第二电极层之间。较于传统的树脂材料制备的微透镜来说，不局限于低折射率材料选择，折射率选择空间大；而且加工工艺上难度低，制造成本低。

Description

一种微型投影用的匀光透镜

技术领域

本申请涉及投影技术领域，尤其涉及一种微型投影用的匀光透镜。

背景技术

随着技术水平的成熟，投影设备被越来越多的领域所使用，例如家庭影音、广告投影、工业投影检测等。其中小体积、高亮度、高分辨率的投影光机需求也愈加强烈。

微型投影仪的研究也越来越被重视，投影的最终的成像效果除了与成像镜头有密切关系外，也与照明系统有密切关系。微型投影仪的照明系统决定了投影系统在投屏后照度均匀性的上限，而照明系统的匀光元件主要为复眼透镜。复眼透镜(Fly eyes Lens)在微型投影当中，主要以树脂材料为主；复眼透镜系统的应用原理主要是将光源做微分处理后再于目标面进行积分，微分处理的情况主要由复眼透镜的微透镜数量决定。而微透镜数量越多，匀光效果越好，但树脂材料制备的微透镜的折射率往往局限于材料的选择，无法灵活改变，而且微透镜数量多的情况下，制造难度以及制造成本也越大。

实用新型内容

有鉴于此，本申请的目的是提供一种微型投影用的匀光透镜，折射率选择空间大，制造成本低。

为达到上述技术目的，本申请提供了一种微型投影用的匀光透镜，包括：第一基材层、第二基材层、第一电极层、第二电极层以及由多个一一用于等效复眼透镜中的微透镜单元的液晶材料单元组成的液晶材料层；

所述第一基材层叠设于所述第二基材层上，且所述第一基材层与所述第二基材层相向的一面上铺设有所述第一电极层；

所述第二基材层与所述第一基材层相向的一面上铺设有所述第二电极层；

所述液晶材料层封装于所述第一电极层以及所述第二电极层之间。

进一步地，多个所述液晶材料单元阵列封装于所述第一电极层与所述第二电极层之间。

进一步地，所述第一基材层由多个与所述液晶材料单元一一对应的第一基材单元组成；

所述第二基材层由多个与所述液晶材料单元一一对应的第二基材单元组成；

所述第一电极层由多个与所述液晶材料单元一一对应的第一电极单元组成；

所述第二电极层由多个与所述液晶材料单元一一对应的第二电极单元组成；

每一所述液晶材料单元分别与一所述第一电极单元、一所述第二电极单元、一所述第一基材单元以及一所述第二基材单元配合形成匀光透镜单元；

所述匀光透镜单元的所述第一电极单元设置于所述第一基材单元上；

所述匀光透镜单元的所述第二电极单元设置于所述第二基材单元上；

所述匀光透镜单元的所述液晶材料单元分别封装于所述第一电极单元与所述第二电极单元之间；

多个所述匀光透镜单元阵列拼接形成所述匀光透镜。

进一步地，所述第一基材层设置有第一电极层的一面与所述第二基材层设置有第二电极层的一面均为抛光面。

进一步地，所述第一基材层以及所述第二基材层具体均为H-H9L玻璃材料层。

进一步地，所述第一基材层以及所述第二基材层的厚度相同。

进一步地，所述第一电极层以及所述第二电极层具体均为ITO电极层。

进一步地，所述第一电极层与所述第二电极层的厚度相同。

从以上技术方案可以看出，本申请通过设置第一基材层、第二基材层、第一电极层、第二电极层以及由多个一一用于等效复眼透镜中的微透镜单元的液晶材料单元组成的液晶材料层，以构建匀光透镜；第一电极层以及第二电极层分别设于第一基材层以及第二基材层上，液晶材料层封装在第一电极层以及第二电极层之间，利用第一电极层以及第二电极层给各个液晶材料单元施加电场，以实现液晶材料单元能够等效复眼透镜中的微透镜单元；较于传统的树脂材料制备的微透镜来说，不局限于低折射率材料选择，折射率选择空间大；而且加工工艺上难度低，制造成本低。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本申请中提供的一种微型投影用的匀光透镜的第一结构示意图；

图2为本申请中提供的一种微型投影用的匀光透镜的第二结构示意图；

图3为本申请中提供的一种微型投影用的匀光透镜的匀光透镜单元示意图；

图4为本申请中提供的一种微型投影用的匀光透镜的液晶透镜单元加电压时的状态示意图；

图5为本申请中提供的一种微型投影用的匀光透镜的液晶透镜单元不加电压时的状态示意图；

图6为本申请中提供的一种微型投影用的匀光透镜的液晶材料分子的各向异性光学特性示意图；

图中：11、第一基材层；111、第一基材单元；12、第二基材层；121、第二基材单元；21、第一电极层；211、第一电极单元；22、第二电极层；221、第二电极单元；3、液晶材料层；31、液晶材料单元。

具体实施方式

下面将结合附图对本申请实施例的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请实施例中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请实施例保护的范围。

在本申请实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可更换连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请实施例中的具体含义。

本申请实施例公开了一种微型投影用的匀光透镜。

请参阅图1以及图2，本申请实施例中提供的一种微型投影用的匀光透镜的一个实施例包括：

第一基材层11、第二基材层12、第一电极层21、第二电极层22以及由多个一一用于等效复眼透镜中的微透镜单元的液晶材料单元31组成的液晶材料层3；第一基材层11叠设于第二基材层12上，且第一基材层11与第二基材层12相向的一面上铺设有第一电极层21；第二基材层12与第一基材层11 相向的一面上铺设有第二电极层22；液晶材料层3封装于第一电极层21以及第二电极层22之间。

具体来说，本实施例中的第一基材层11、第二基材层12、第一电极层21、第二电极层22以及液晶材料层3均为透明材料层。第一电极层21以及第二电极层22分别设于第一基材层11以及第二基材层12上，液晶材料层3封装在第一电极层21以及第二电极层22之间，利用第一电极层21以及第二电极层22给各个液晶材料单元31施加电场，以实现液晶材料单元31能够等效复眼透镜中的微透镜单元；较于传统的树脂材料制备的微透镜来说，不局限于低折射率材料选择，折射率选择空间大；而且加工工艺上难度低，制造成本低。另外，本实施例中的第一基材层11、第二基材层12可以均为板状结构层，加工制造出来的匀光透镜整体为平板状透明元件，质量体积小，方便安装，有利于降低系统复杂程度。

以上为本申请实施例提供的一种微型投影用的匀光透镜的实施例一，以下为本申请实施例提供的一种微型投影用的匀光透镜的实施例二，具体请参阅图1至图6。

一种微型投影用的匀光透镜，包括：第一基材层11、第二基材层12、第一电极层21、第二电极层22以及由多个一一用于等效复眼透镜中的微透镜单元的液晶材料单元31组成的液晶材料层3；第一基材层11叠设于第二基材层 12上，且第一基材层11与第二基材层12相向的一面上铺设有第一电极层21；第二基材层12与第一基材层11相向的一面上铺设有第二电极层22；液晶材料层3封装于第一电极层21以及第二电极层22之间。

具体来说，第一基材层11以及第二基材层12具体可以均为H-H9L玻璃材料层。为了同一加工规格，第一基材层11以及第二基材层12的厚度可以相同。第一电极层21以及第二电极层22具体均为ITO电极层。同理，第一电极层21与第二电极层22的厚度也可以相同。在进行第一电极层21以及第二电极层22的镀层加工前，可以先对第一基材层11用于设置第一电极层21 的一面与第二基材层12用于设置第二电极层22的一面进行抛光处理，以使得第一电极层21以及第二电极层22的镀层更加均匀，对于液晶材料层3的电场控制更加稳定。

本申请中，利用液晶材料单元31等效复眼透镜中微透镜单元的原理例如下，液晶材料具备各向异性，液晶分子的折射率分布满足公式：

n_eff(θ)＝n_en_o/((n_ocosθ)²+(n_esinθ))^1/2

如图1所示，其中：n_e表示入射光的偏振方向平行于液晶分子的长轴方向时的折射率；n_o表示入射光的偏振方向垂直于液晶分子长轴方向时的折射率；θ表示入射光的偏振方向与液晶分子长轴的夹角。

如图4所示，当液晶材料被施加电压/电场时，液晶分子在电场的作用下，克服边界锚定作用的影响，沿电场线转动，形成一个类似透镜的折射率梯度分布，改变了光经过其不同位置时的折射率，最终达到类似透镜弯折光线的目的。如图5所示，而当液晶材料不被施加电压/电场时，液晶分子仅受到边界锚定作用和分子间相互作用力的影响，液晶透镜相当于平行平板结构，无聚焦作用。基于液晶分子的工作原理，液晶材料单元31在一定温度、一定电压条件下，其孔径半径r与折射率n(r)之间的关系为：

n(r)＝n_max-r²/2df’

其中，f’为焦距，可以由常规的微透镜单元等效过来，d为液晶层厚度， r为孔径半径，n_max为液晶折射率的最大值，材料选取时可以获得的特征参数。使用某型号参数的液晶材料制备液晶材料分子单元以等效单微透镜时，结合已知要等效的单微透镜的焦距等参数，在液晶材料单元31添加电场时，其液晶材料单元31的孔径半径r与折射率n(r)之间的关系也就随之确定，从而实现需要的等效操作。

本申请中，第一基材层11以及第二基材层12不宜过厚，太厚的话，将容易造成较大的球差以及色差，也不易过薄，太薄的第一基材层11以及第二基材层12强度不够，容易导致制成的匀光透镜元件发生破裂。具体应用中可以选择厚度例如0.5mm～0.8mm。而第一电极层21以及第二电极层22厚度可以为0.1mm～0.2mm。以上厚度实施方式具体不做限制，本领域技术人员可以根据实际加工需要做适当的调整变换。

进一步地，如图1所示，本实施中的第一基材层11、第二基材层12、第一电极层21以及第二电极层22可以均为整体板状结构层，加工制造时，先将多个液晶材料单元31按需要等效的复眼透镜的微透镜单元阵列方式进行阵列拼接，形成液晶材料层3，再将液晶材料层3封装于第一电极层21以及第二电极层22之间。

进一步地，如图2以及图3所示，本实施例中第一基材层11可以由多个与液晶材料单元31一一对应的第一基材单元111组成；第二基材层12可以由多个与液晶材料单元31一一对应的第二基材单元121组成；第一电极层21 可以由多个与液晶材料单元31一一对应的第一电极单元211组成；第二电极层22可以由多个与液晶材料单元31一一对应的第二电极单元221组成；每一液晶材料单元31分别与一第一电极单元211、一第二电极单元221、一第一基材单元111以及一第二基材单元121配合形成匀光透镜单元；匀光透镜单元的第一电极单元211设置于第一基材单元111上；匀光透镜单元的第二电极单元221设置于第二基材单元121上；匀光透镜单元的液晶材料单元31分别封装于第一电极单元211与第二电极单元221之间；多个匀光透镜单元阵列拼接形成匀光透镜。其制成结构可以是先制备出单个匀光透镜单元，再将多个匀光透镜单元阵列拼接形成匀光透镜。

从以上技术方案可以看出，本申请通过设置第一基材层11、第二基材层 12、第一电极层21、第二电极层22以及由多个一一用于等效复眼透镜中的微透镜单元的液晶材料单元31组成的液晶材料层3，以构建匀光透镜；第一电极层21以及第二电极层22分别设于第一基材层11以及第二基材层12上，液晶材料层3封装在第一电极层21以及第二电极层22之间，利用第一电极层21以及第二电极层22给各个液晶材料单元31施加电场，以实现液晶材料单元31能够等效复眼透镜中的微透镜单元；较于传统的树脂材料制备的微透镜来说，不局限于低折射率材料选择，折射率选择空间大；而且加工工艺上难度低，制造成本低。

以上对本申请所提供的一种微型投影用的匀光透镜进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本申请实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims

1.一种微型投影用的匀光透镜，其特征在于，包括：第一基材层、第二基材层、第一电极层、第二电极层以及由多个一一用于等效复眼透镜中的微透镜单元的液晶材料单元组成的液晶材料层；

2.根据权利要求1所述的一种微型投影用的匀光透镜，其特征在于，多个所述液晶材料单元阵列封装于所述第一电极层与所述第二电极层之间。

3.根据权利要求1所述的一种微型投影用的匀光透镜，其特征在于，所述第一基材层由多个与所述液晶材料单元一一对应的第一基材单元组成；

多个所述匀光透镜单元阵列拼接形成所述匀光透镜。

4.根据权利要求1所述的一种微型投影用的匀光透镜，其特征在于，所述第一基材层设置有第一电极层的一面与所述第二基材层设置有第二电极层的一面均为抛光面。

5.根据权利要求1所述的一种微型投影用的匀光透镜，其特征在于，所述第一基材层以及所述第二基材层具体均为H-H9L玻璃材料层。

6.根据权利要求5所述的一种微型投影用的匀光透镜，其特征在于，所述第一基材层以及所述第二基材层的厚度相同。

7.根据权利要求1所述的一种微型投影用的匀光透镜，其特征在于，所述第一电极层以及所述第二电极层具体均为ITO电极层。

8.根据权利要求7所述的一种微型投影用的匀光透镜，其特征在于，所述第一电极层与所述第二电极层的厚度相同。