抗反射透镜的制作方法

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抗反射透镜
1.本技术是申请日为2017年7月7日，申请号为201710552693.9，发明名称为“透镜”的专利申请的分案申请。
技术领域
2.本发明涉及一种抗反射透镜。

背景技术：

3.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屏幕上，以于屏幕上形成影像画面。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。
4.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。

技术实现要素：

5.本发明的一实施例提供一种抗反射透镜，包括一曲面及复数个锥型结构。复数个锥型结构设于曲面上，且每一锥型结构设有至少三个实质平面。p为其中两个锥型结构之间的最大节距，h为每一锥型结构与曲面的最大垂直距离，p小于等于350纳米，h小于等于350纳米，且p/h的值小于0.5。抗反射透镜是以射出成型方式制成。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。
6.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
7.图1a为本发明一实施例的锥型结构矩阵的示意图。
8.图1b为本发明一实施例的透镜的示意图。
9.图2为图1b所示的每一锥型结构的立体结构示意图。
10.图3为图1b所示的区域z的放大示意图。
11.图4为图3所示的每一锥型结构的剖面示意图。
12.图5为本发明另一实施例的锥型结构的立体结构示意图。
13.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
14.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。
15.请参照图1a、图1b至图3，图1a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，由至少部分透明或至少部分透射的材料所制成，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。
16.透镜包括至少一个能让至少部分光线通过的曲面。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的任一者。而于本例中，光源为复数枚经封装且可分别发出不同颜的发光二极体模组。
17.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。
18.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。
19.如图2所示，本实施例的透镜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。
20.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。
21.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，其效果更佳。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。
22.此外，上述每一锥型结构11的最大高度与每一锥型结构11的最大宽度的比值(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。
23.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)。
24.图3所示，本实施例的透镜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，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纳米以下时，有基本的抗反射效果；当h在400纳米以下时，其效果较佳，而当h小于350纳米时，其效果较佳。而节距p亦然，节距p在小于500、400及350纳米时，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余纳米及约500纳米。值得一提的是，如图3所示，本实施例两个相邻的锥型结构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。
25.另外，如图1b至图3所示，本实施例的各锥型结构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。
26.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的透镜1的这些锥型结构11的详细构造做更一步的描述。
27.如图1b至图3所示，本实施例的透镜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，这些锥型结构11与透镜1的曲面为相同材料的单一元件形式，换言之，这些锥型结构11与透镜本体为一体成型的结构(one piece formed)，意即，本实施例的这些锥型结构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，上述这些锥型结构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，锥型结构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。
28.请参照图6，其为图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。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％)。
29.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。
30.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技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许之更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。

技术特征：

1.一种抗反射透镜，其特征在于，包括：一曲面；复数个锥型结构，设于该曲面上，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最大节距，且p小于等于350纳米；h为每一该锥型结构与该曲面的最大垂直距离，且h小于等于350纳米；该抗反射透镜是以射出成型方式制成，并且满足以下条件：p/h的值小于0.5。2.一种抗反射透镜，其特征在于，包括：一曲面，及设置在该曲面上的多个锥型结构，且所述多个锥型结构中，每个锥型结构至少包括三个平面；其中，两个锥型结构之间的最大节距，除以所述锥型结构与该曲面的最大垂直距离的值，小于0.5；且所述锥型结构与该曲面的最大垂直距离，小于等于500纳米；同时，该抗反射透镜是以射出成型方式所制造而成。3.如权利要求1或2所述的抗反射透镜，其特征在于，每一该锥型结构具有介于2至100之间的高宽比，且该高宽比为每一该锥型结构的最大高度与最大宽度的比值。4.如权利要求1或2所述的抗反射透镜，其特征在于，每一该锥型结构为平截头体。5.如权利要求1或2所述的抗反射透镜，其特征在于，每一该锥型结构具有一多边形的底部。6.如权利要求1或2所述的抗反射透镜，其特征在于，该些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，且该些锥型结构的延伸方向彼此实质平行。7.如权利要求1或2所述的抗反射透镜，其特征在于，该些平面分别包括一第一斜边与一相对应的第二斜边，且该些平面的该第一斜边分别与另一平面的第二斜边连接。8.如权利要求1或2所述的抗反射透镜，其特征在于，其中该些锥型结构与该曲面为相同材料的单一组件形式。9.如权利要求1或2所述的抗反射透镜，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1或2所述的抗反射透镜，其特征在于，每一该锥型结构的任二平面之最小夹角大于5度且小于25度。

技术总结

本发明揭露了一种抗反射透镜，包括一曲面及复数个锥型结构。复数个锥型结构设于曲面上，且每一锥型结构设有至少三个实质平面。P为其中两个锥型结构之间的最大节距，H为每一锥型结构与曲面的最大垂直距离，P小于等于350纳米，H小于等于350纳米，且P/H的值小于0.5。抗反射透镜是以射出成型方式制成。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。的利用率。的利用率。