[发明专利]观看正在显示的屏幕图像放大用的菲涅尔透镜

说明书

本发明涉及菲涅尔透镜(Fresnel)，特别是涉及适于放置在计算机或电视机显示屏前方以便放大其上供观看所显示图像用的菲涅尔透镜。

图1示出普通菲涅尔透镜的剖面图。图中多个环形棱镜单元Li以预定间距相对于光轴O作共轴排列。环形棱镜单元Li的上表面相对水平面倾斜角度θ_i，从而使所述表面构成具有曲率半径对应菲涅尔透镜焦距“f”的球面的一部分。当距光轴O距离为h_i的环形棱镜的高度用d_i表示时，h_i越小则d_i越小。在光轴O周围的中心部分形成有直径非常小的平坦圆形区域。

在为了放大观看的图像而在计算机或类似的显示屏前放置的菲涅尔透镜内，为避免出现Moire条纹，而使环形棱镜单元的放置间距非常窄小。当把环形棱镜单元间距这样窄小的菲涅尔透镜放置在显示屏前时，在光轴周围中心部分的特定区域内将出现彩虹状图案。当作为菲涅尔透镜组成单元的环形棱镜单元的间距等于或小于0.25毫米时，该彩虹状图案就明显显现地出来。据信由于菲涅尔透镜环形棱镜单元以这种细微间距排列，而形成一种衍射光栅结构，所以产生了这种彩虹状图案。

本发明的目标是提供一种菲涅尔透镜，为放大观看的图像将它放置在计算机或电视机显示屏前方，即使作为所述菲涅尔透镜组成单元的环形棱镜单元以细微的间距排列，也不会产生彩虹状图案。

在本发明中，为了解决上述问题，在光轴周围预设半径限定的圆形区域内形成具有曲率半径对应则菲涅尔环形棱镜单元构成的菲涅尔透镜焦距的球面，在该区域，要不然将由于衍射而出现彩虹状图案。在本发明中，菲涅尔透镜多个环形棱镜单元排列的预设间距等于或小于0.25毫米，而所述圆形区域内环形棱镜单元的高度等于或小于5微米，比较好的是等于或小于7微米。此外，就本发明的特例而言，菲涅尔透镜的焦距为500毫米。

对于图1焦距为500毫米的典型菲涅尔透镜，表2示出了棱镜单元各种排列间距下棱镜角θ_i与棱镜高度d_i之间的关系。根据发明人所作的验证实验结果，在棱镜单元的排列间距等于或小于0.25毫米的条件下，如果棱镜高度di等于或小于7微米，则观察到引起彩虹状图案的衍射，并且发现在棱镜高度等于或小于5微米时就实际上出现扰动效应。

因此按照本发明的菲涅尔透镜通过在光轴周围预设半径限定的圆形区域内形成具有曲率半径对应由环形棱镜单元构成的菲涅尔透镜焦距的球面，而阻止这种衍射以及由此出现的彩虹状图案。例如在焦距为500毫米的菲涅尔透镜中，当棱镜单元的排列间距为0.25毫米时，在光轴周围直径14毫米的圆形区域内，棱镜单元高度d_i等于或小于7微米。

图1为剖面图，它示出按照现有技术结构形成的一菲涅尔透镜例子；

图2为表格，它示出焦距为500毫米的菲涅尔透镜的排列间距、棱镜角与诸棱镜单元棱镜高度之间的关系；以及

图3为按照本发明的菲涅尔透镜实施例的剖面图。

参见图3，将描述本发明具体实施例的结构。按照本发明的菲涅尔透镜包含多个相对光轴O共轴排列的环形棱镜单元Li。棱镜单元Li的放置间距如此细小，以致在光轴周围某一直径限定的圆形区域内出现由衍射引起的彩虹状图案，倘若如此，则听其自然。菲涅尔透镜在光轴O周围预设直径φ限定的圆形区域的中心部分上具有曲率半径对应所述菲涅尔透镜焦距“r”的球面S。形成有球面S的圆形区域的直径φ远远大于图1所示普通菲涅尔透镜中央平坦部分的。具体而言，该球面S覆盖了按照现有技术的菲涅尔透镜结构将会因衍射产生彩虹状图案的区域。特别是使球面S形成在菲涅尔透镜棱镜单元Li的高度“d_i”等于或小于7微米的区域中。

就具体的数值而言，在焦距为500毫米的菲涅尔透镜中，当棱镜单元Li以0.25毫米的间距排列时，光轴O周围直径14毫米限定的圆形区域内棱镜单元Li的高度d_i等于或小于7微米。另外当棱镜单元Li以0.20毫米间距排列时，该区域面积等于由直径17.5毫米所限定的范围。此外，当棱镜单元Li的排列间距分别为0.15毫米、0.10毫米和0.05毫米时，各相应区域面积等于由直径23毫米、34毫米和70毫米所限定的范围。当构成菲涅尔透镜材料的折射率为1.492时，对应500毫米焦距的球面S的曲率半径“r”大约为246毫米。当菲涅尔透镜焦距变化时，棱镜单元角θ_i应有所改变，因此高度“d_i”等于或小于7微米的区域的直径也要改变。所以球面S应于不同直径的区域内形成。与棱镜单元Li高度“d_i”等于或小于7微米的情况相比，等于或小于5微米时的区域面积因此有所减小，且实际中不会有扰动效应发生。