[发明专利]平板透镜以及棱镜

说明书

技术领域

本发明通常涉及一种透镜并且其主要目的是消除透镜和其焦点之间通常所需的间隔。

背景技术

透镜通常用来聚焦准直光线到一个点，比如在照相机中，或准直从一个点发出的光线，比如在汽车前灯中。焦点位于透镜后某个距离处，并需要间隔以使得光线从焦点散开到透镜直径，或者反之亦然。这使得传统光学系统体积庞大。

这类问题的一个例子是在背投电视的设计中，背投电视比等离子电视和液晶电视便宜，但体积大。WO01/72037描述了怎样通过将视频投影仪对准朝向楔型光导的厚端部来制作一种薄型投影显示装置。当光向尖端部传输时，其在楔形部分的两个面之间发生全内反射，以逐渐增大的角度跳动。在某一点全内反射不再发生并且光线出射。光线的入射角和临界角之间的差别越大，光线在光导面上要反射的次数越多，因此，其出射之前传输到更接近于薄端部。因而入射角决定当光线从光导面出射时离入射点多远，这样投影图像的放大型出现在光导面上。

光路是可逆的，因此，上述的显示装置可以反向作为平板相机工作，如WO02/45413中的描述。以适当角度入射到光导面的光线通过全内反射可被引导到厚端部，光线从厚端部出射的角度由它们进入到光导的位置决定。由于当光线进入光导时它们是大致平行的，所以朝向光导厚端部的传统相机可以捕获在光导面前面的任何东西的平行投影。

当图像通过一个锥形光导时它们变成带状的，因为由跳跃n次的光线形成的图像部分和由跳跃n+1次形成的图像部分之间存在间隔。WO03/013151描述了怎样通过成形光导形状，而不是具有简单的直锥形，来避免带状。从具有该形状的光导出射的光线几乎是准直的因此其可以作为天然平板透镜使用；例如，如果聚光灯放置在光导的厚端部，则其就可以作为在汽车中的平板前灯使用。这种形状的问题是它在斜光线时工作不理想，即在光线具有垂直于锥形的光导轴线和反射面的法线的方向的分量，并且如果偏斜度比较大时，则图像变成带状。偏斜度可通过保持使入射光线的散开角度较窄来保持在可接受的程度，但是这会增加显示器的重量和厚度。第二个问题是沿平行于其中光导横截面是均匀的轴，出射光线具有发散的分量，因此光线并不是真正准直的。

发明内容

因此在这里描述一种平板透镜，其具有一种关于光入射点或出射点极性对称的锥形光导。优选地，所述光导包括锥形输出部分，在透镜的宽度上用于扩散点光源产生的光的平坦的、平行面厚板形输入部分，以及过渡部分。这些部分可以是全部集成的。输入部分(输出给相机型装置)可以是扇形的形式，见平面图，即从可布置有投影仪、光源或相机的小端部扩展到与锥形波导的宽度(在平面图中)相配合的宽的部分。在上述两部分之间应该具有一过渡区域以避免不连续。优选地，输入部分在输出部分上折叠以使得透镜更加紧凑。这可以通过具有厚度沿其长度变化来考虑极性对称的特殊棱镜来实现。该透镜可以用于投影仪、灯、相机，或其它的光学装置。

附图说明

为了更好地理解本发明，现在将参考附图通过例子来描述实施例，其中：

图1示出了锥形光导在它未折叠状态时的平面图和轮廓图，等厚线用虚线表示；

图2示出了具有极性对称棱形板的锥形光导在它未折叠状态时的平面图和轮廓图；

图3示出了怎样折叠一张具有楔形部分的截面的纸；

图4示出了怎样设计一对棱镜的角度来折叠锥形光导；

图5示出了围绕折叠的锥形光导的光路；以及

图6示出了可以用来抛光折叠极性对称锥形光导所需的具有不同厚度的折叠棱镜的夹盘。

具体实施方式

图1示出了通常用1表示的平透镜，包括圆扇形输入区域4和锥形输出区域3。对于反向使用，比如在相机中，这两部分的角色颠倒但为了方便仍用传统的“输入”和“输出”来标记。光线在通常用2表示的点处输入(或输出，取决于方向)，该处是一个在输入区域4的梢端上的小斜面。该输入区域在平面图中是平行面厚板并具有等腰三角形或圆扇形形状。具有输出面3a的输出区域3邻接此输入区域，最初与上述输入区域4具有相同的厚度，但是根据距输入点2的径向距离r而锥形下降，如剖视图中所示。该锥形可以是均匀的，如WO01/72037中描述的，或者，优选地，具有保持跳跃(bounce)总数为常数的形状，如WO03/13151中描述的。输入区域和输出区域4和3可由诸如玻璃或丙烯酸树脂的相同材料的一片制作，或可以是通过适当结合的不同片。