光学元件及投影装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种光学元件及投影装置，该光学元件包括第一透镜阵列。第一透镜阵列具有排成阵列的多个微透镜单元。每一微透镜单元的外轮廓呈多边形、圆形或椭圆形。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种元件及光学装置，且特别是涉及一种光学元件及投影装置。
技术介绍
抬头显示器(Head Up Display；HUD)原是军用战斗机上的显示系统，让飞行员不必低头就能够看到飞行任务所需的重要信息，以降低飞行员低头查看仪表板的频率，避免注意力中断。由于抬头显示器能提供高度的安全性，近年来抬头显示器已逐渐运用于汽车市场中。抬头显示器大致上可分为「镜面反射式」与「虚像显示式」。「镜面反射式」抬头显示器是利用低透光的深色反射膜来反射投影单元投射出的影像。然而，「镜面反射式」的影像只能显示在挡风玻璃上，会导致使用者在观看路况与显示器内容时，仍会因看远又看近导致视觉疲劳问题，且无法显示分辨率较高的画面。「虚像显示式」抬头显示器则可解决前述问题，其包括发出影像光束的投影单元、接收影像光束以形成影像的实像成像元件，例如透明扩散片，和将实像影像放大成虚像的虚像成像单元。在现有技术中，多使用毛玻璃做为上述扩散片。然而，毛玻璃是利用机械喷砂、手工研磨或氢氟酸溶蚀等表面处理方法加工平板玻璃而成。毛玻璃的表面粗糙且结构不均，因而以毛玻璃做为投影装置中的扩散片时，所形成的影像会因为表面粗糙的微结构而产生不规则的阴影；此外，若投影单元采用激光作为光源时，会因激光的高同调性(coherence)，而在扩散片表面出现干涉现象(interference)，导致激光光斑噪声(speckle noise)的现象，上述的原因均会使投影装置所产生的虚像影像品质不佳。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种光学元件，其能够抑制光斑噪声。本专利技术的再一目的在于提供一种投影装置，其投射出的光斑噪声低。为达上述目的，本专利技术的实施例提供一种光学元件，包括第一透镜阵列。第一透镜阵列具有排成阵列的多个微透镜单元。每一微透镜单元的外轮廓呈多边形、圆形或椭圆形。每一微透镜单元包含第一光学微结构以及第二光学微结构。第一光学微结构具有呈多边形、圆形或椭圆形的外轮廓。第一光学微结构包围第二光学微结构且与第二光学微结构连接。第二光学微结构的外轮廓的形状与该第一光学微结构的该外轮廓的形状相同或不同。本专利技术的实施例提供一种光学元件包括具有多个微透镜单元的第一透镜阵列。多个微透镜单元排成一阵列。每一微透镜单元的外轮廓呈椭圆形。本专利技术的实施例提供一种光学元件包括具有多个微透镜单元的第一透镜阵列。多个微透镜单元排成阵列。每一微透镜单元的外轮廓呈圆形，而每一该微透镜单元的内部具有圆孔。本专利技术的实施例提供一种投影装置，包括发出影像光束的投影单元以及配置于影像光束的传递路径上的实像成像元件。影像光束在实像成像元件上形成影像。实像成像元件即上述的光学元件。还可选择性地有虚像成像单元，例如凹透镜，上述实像成像元件设置于虚像成像单元的焦距内，可将实像成像元件上的影像转换成虚像。在本专利技术实施例中，上述的第一光学微结构具有呈多边形的外轮廓，第二光学微结构的外轮廓的形状与第一光学微结构的外轮廓的形状不同，而第二光学微结构的外轮廓呈圆形或多边形。在本专利技术实施例中，上述的第一光学微结构以及第二光学微结构向同一侧凸起。在本专利技术实施例中，上述的第二光学微结构为阶梯型结构。在本专利技术实施例中，上述的实像成像元件还包括第二透镜阵列。第二透镜阵列配置于第一透镜阵列旁且具有彼此平行的多个柱状微透镜。在本专利技术实施例中，一个参考平面的法线方向与上述的每一柱状微透镜的延伸方向平行。每一柱状微透镜被参考平面截出一个截面，截面的边缘包括一条弧线。一个柱状微透镜的弧线的曲率半径与另一个柱状微透镜的弧线的曲率半径不同。在本专利技术实施例中，上述的柱状微透镜沿着一个方向排列。每一柱状微透镜在上述方向上具有宽度。一个柱状微透镜在上述方向上的宽度与另一个柱状微透镜在上述方向上的宽度不同。在本专利技术实施例中，上述的每一柱状微透镜被上述参考平面截出截面，截面的边缘包括部分圆弧、部分椭圆或部分三角形。在本专利技术实施例中，上述的每一柱状微透镜具有凸面。在本专利技术实施例中，上述的凸面为非球面。在本专利技术实施例中，上述的每一柱状微透镜具有第一顶点。每一微透镜单元具有第二顶点。每一柱状微透镜的第一顶点与对应的一个微透镜单元的第二顶点之间的距离为D。每一柱状微透镜的焦距为F1。每一微透镜单元的焦距为F2。F1≦D≦(10·F1)、F2≦D≦(10·F2)、或者F1≦D≦(10·F1)且F2≦D≦(10·F2)。在本专利技术实施例中，上述的光学元件可进一步包括第三透镜阵列。第三透镜阵列具有彼此平行的多个柱状微透镜。第二透镜阵列的多个柱状微透镜沿着第一方向排列。第三透镜阵列的多个柱状微透镜沿着第二方向排列。第一方向与第二方向不平行。在本专利技术实施例中，上述的虚像成像单元包括具有凹面的凹透镜。上述的凹面能同时部分反射影像与部分穿透影像。在本专利技术实施例中，上述的虚像成像单元的边缘以及穿透实像成像元件后的影像光场分布均呈矩形。在本专利技术实施例中，上述的虚像成像单元具有凹面。影像在凹面上形成的光场分布在凹面的边缘以内。在本专利技术实施例中，上述的影像光束区分为分别携带不同信息的多个子影像光束。多个子影像光束在投影单元上沿着第一方向排列。上述影像区分为分别由这些子影像光束形成的多个子影像。多个子影像在实像成像元件上沿着第二方向排列。第一方向与第二方向不平行。在本专利技术实施例中，上述的第一透镜阵列还具有多个次微透镜单元。每一次微透镜单元的面积小于每一微透镜单元的面积。多个次微透镜单元穿插于多个微透镜单元之间。在本专利技术实施例中，上述的每一次微透镜单元的外轮廓为圆形。在本专利技术实施例中，上述的多个次微透镜单元不规则地或规则地穿插于多个微透镜单元之间。在本专利技术实施例中，上述的每一微透镜单元与多个次微透镜单元中面积最小的一个次微透镜单元的面积比大于或等于3。在本专利技术实施例中，上述的次微透镜单元包括多个第一次微透镜单元、多个第二次微透镜单元以及多个第三次微透镜单元。每一第一次微透镜单元的面积大于每一第二次微透镜单元的面积。每一第二次微透镜单元的面积大于每一第三次微透镜单元的面积。基于上述，本专利技术的实施例的光学元件通过「第一透镜阵列的每一微透镜单元的外轮廓呈多边形、圆形或椭圆形」的设计能够适当地分散影像光束，以抑制光斑噪声。此外，本专利技术的实施例的投影装置利用上述光学元件做为实像成像元件，而影像光束形成在实像成像元件上的光斑噪声低。由此，投影装置的影像品质能够提升。为让本专利技术能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附的附图作详细说明如下。附图说明图1为本专利技术实施例的投影装置的示意图；图2为本专利技术实施例的投影装置的一种应用方式的示意图；图3为本专利技术实施例的投影装置的另一种应用方式的示意图；图4为本专利技术实施例的光阀的示意图；图5为本专利技术实施例的虚像的示意图；图6为本专利技术实施例的实像成像元件的立体示意图；图7为本专利技术实施例的第一透镜阵列的正视示意图；图8为对应图7的剖线A-A’的第一透镜阵列的剖面示意图；图9为本专利技术实施例的第二透镜阵列的剖面示意图；图10为本专利技术实施例的虚像成像单元的正视示意图及形成在虚像成像单元上的光场分布的示意图；图11为本专利技术另一实施例的第一透镜阵列的正视示意图；图12为对应图11的剖线B-B’的第一透镜阵列的剖面示意图；图13为本专利技术又一实施例的第一透镜阵列的正视示意本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种投影装置，其特征在于，包括：投影单元，发出影像光束；以及实像成像元件，配置于该影像光束的传递路径上，其中该影像光束在该实像成像元件上形成影像，该实像成像元件包括：第一透镜阵列，具有多个微透镜单元，该些微透镜单元排成阵列，且每一该微透镜单元的外轮廓呈多边形、圆形或椭圆形，每一该微透镜单元包含：第一光学微结构，具有呈多边形、圆形或椭圆形的该外轮廓；以及第二光学微结构，该第一光学微结构包围该第二光学微结构且与该第二光学微结构连接，该第二光学微结构的外轮廓的形状与该第一光学微结构的该外轮廓的形状相同或不同。

【技术特征摘要】
2015.03.13 TW 1041081191.一种投影装置，其特征在于，包括：投影单元，发出影像光束；以及实像成像元件，配置于该影像光束的传递路径上，其中该影像光束在该实像成像元件上形成影像，该实像成像元件包括：第一透镜阵列，具有多个微透镜单元，该些微透镜单元排成阵列，且每一该微透镜单元的外轮廓呈多边形、圆形或椭圆形，每一该微透镜单元包含：第一光学微结构，具有呈多边形、圆形或椭圆形的该外轮廓；以及第二光学微结构，该第一光学微结构包围该第二光学微结构且与该第二光学微结构连接，该第二光学微结构的外轮廓的形状与该第一光学微结构的该外轮廓的形状相同或不同。2.如权利要求1所述的投影装置，其特征在于，该第一光学微结构具有呈多边形的该外轮廓，该第二光学微结构的该外轮廓的形状与该第一光学微结构的该外轮廓的形状不同，而该第二光学微结构的该外轮廓呈圆形或多边形。3.如权利要求2所述的投影装置，其特征在于，该第一光学微结构以及该第二光学微结构向同一侧凸起。4.如权利要求2所述的投影装置，其特征在于，该第二光学微结构为阶梯型结构。5.如权利要求1所述的投影装置，其特征在于，该实像成像元件还包括：第二透镜阵列，配置于该第一透镜阵列旁且具有彼此平行的多个柱状微透镜。6.如权利要求5所述的投影装置，其特征在于，参考平面的法线方向与每一该柱状微透镜的延伸方向平行，每一该柱状微透镜被该参考平面截出截面，该截面的边缘包括弧线，而一该柱状微透镜的该弧线的曲率半径与另一该柱状微透镜的该弧线的曲率半径不同。7.如权利要求5所述的投影装置，其特征在于，该些柱状微透镜沿着一方向排列，每一该柱状微透镜在该方向上具有宽度，而一该柱状微透镜在该
\t方向上的宽度与另一该柱状微透镜在该方向上的宽度不同。8.如权利要求5所述的投影装置，其特征在于，参考平面的法线方向与每一该柱状微透镜的延伸方向平行，每一该柱状微透镜被该参考平面截出截面，而该截面的边缘包括圆弧的部分、椭圆的部分或三角形的部分。9.如权利要求5所述的投影装置，其特征在于，每一该柱状微透镜具有凸面。10.如权利要求9所述的投影装置，其特征在于，该凸面为非球面。11.如权利要求5所述的投影装置，其特征在于，每一该柱状微透镜具有第一顶点、每一该微透镜单元具有第二顶点，每一该柱状微透镜的该第一顶点与对应的该微透镜单元的该第二顶点之间的距离为D，每一该柱状微透镜的焦距为F1，每一该微透镜单元的焦距为F2，其中F1≦D≦(10·F1)、F2≦D≦(10·F2)、或者F1≦D≦(10·F1)且F2≦D≦(10·F2)。12.如权利要求5所述的投影装置，其特征在于，该实像成像元件还包括：第三透镜阵列，具有彼此平行的多个柱状微透镜，该第二透镜阵列的该些柱状微透镜沿着第一方向排列，该第三透镜阵列的该些柱状微透镜沿着第二方向排列，而该第一方向与该第二方向不平行。13.如权利要求1所述的投影装置，还包括：虚像成像单元，将该影像放大成虚像。14.如权利要求13所述的投影装置，其特征在于，该虚像成像单元包括：凹透镜，具有凹面，该凹面部分反射部分穿透该影像。15.如权利要求13所述的投影装置，其特征在于，该虚像成像单元的边缘以及该影像的光场分布均呈矩形。16.如权利要求13所述的投影装置，其特征在于，该虚像成像单元具有凹面，该影像在该凹面上形成的光场分布在该凹面的边缘以内。17.如权利要求1所述的投影装置，其特征在于，该影像光束区分为携带不同信息的多个子影像光束，该些子影像光束在该投影单元上沿着第一方向排列，该影像区分为分别由该些子影像光束形成的多个子影像，该些子影像在该实像成像元件上沿着第二方向排列，而该第一方向与该第二方向不平行。18.如权利要求1所述的投影装置，其特征在于，该第一透镜阵列还包
\t括：多个次微透镜单元，每一该次微透镜单元的面积小于每一该微透镜单元的面积，该些次微透镜单元穿插于该些微透镜单元之间。19.如权利要求18所述的投影装置，其特征在于，每一该次微透镜单元的外轮廓为圆形。20.如权利要求18所述的投影装置，其特征在于，该些次微透镜单元不规则地或规则地穿插于该些微透镜单元之间。21.如权利要求18所述的投影装置，其特征在于，每一该微透镜单元与该些次微透镜单元中面积最小的一个次微透镜单元的面积比大于或等于3。22.如权利要求18所述的投影装置，其特征在于，该些次微透镜单元包括多个第一次微透镜单元、多个第二次微透镜单元以及多个第三次微透镜单元，每一该第一次微透镜单元的面积大于每一该第二次微透镜单元的面积，每一该第二次微透镜...

【专利技术属性】
技术研发人员：周明杰，李企桓，陈易呈，
申请(专利权)人：财团法人工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71