DE3832406A1

DE3832406A1 - Plane-parallel refracting lens, also used as supplementary unit for a display device and method for their production

Info

Publication number: DE3832406A1
Application number: DE19883832406
Authority: DE
Inventors: Hans-Ulrich Augustin; Michael Burkhardt
Original assignee: AUGUSTIN HANS ULRICH
Current assignee: AUGUSTIN HANS ULRICH
Priority date: 1988-09-23
Filing date: 1988-09-23
Publication date: 1990-03-29

Abstract

A plane-parallel refracting lens (1) has structures (2) which are arranged parallel to each other on an optically transparent carrier (substrate). These structures form on the originally level (flat) surface with a single reflection normal an optically transmitting surface, the inclination angle and consequently the reflection normal of the surface always remaining the same in one direction of expansion and only changing, for example periodically, in the direction which is perpendicular thereto. By the form of the structure it is achieved that the reflection normals at all locations of the surface and the original main normal form planes which are parallel to each other. Due to this surface form, it becomes possible to view an object, located under the carrier and having a reflecting surface, also at such angles which would normally lead to a large part of the light beams being reflected from the surface of the object. The structures can be incorporated into the surface of the carrier or the object or applied thereon. A plane-parallel refracting lens makes it possible to read easily, also from the side, surfaces without antireflection coating, for example in display devices. The disadvantage of loss intensity due to an antireflection-coated surface is thus avoided. <IMAGE>

Description

Die Erfindung ist eine planparallel brechende Linse, die als ein System aus vielen kleinen zueinander parallelen, halbzy linderähnlichen Elementen oder lichtbrechenden Flächen zusammengesetzt ist.The invention is a plane-parallel refractive lens, which as a system of many small, parallel, half-zygos linder-like elements or refractive surfaces is composed.

Um Gegenstände, welche sich unter einer durchsichtigen Ober fläche befinden, auch unter einem seitlichen Blickwinkel beobachten zu können, um also beispielsweise eine Anzeigeein richtung auch von der Seite her ablesen zu können, wird eine Entspiegelung der dem Betrachter zugewandten Oberfläche vor genommen. Dabei wird die ursprünglich glatte Oberfläche so bearbeitet, daß in sehr kleinen Flächenelementen verschiedene Flächenneigungen gegen die Hauptebene auftreten. Daher wird das austretende Licht an jedem dieser Flächenelemente diffus gestreut. Die Oberfläche erscheint dem Betrachter stumpf, darunter liegende Zeichen können auch noch unter größeren Winkeln von der Seite abgelesen werden.Objects that are under a transparent upper surface, also from a side perspective to be able to observe, for example, an advertisement Being able to read the direction from the side is a Antireflection coating of the surface facing the viewer taken. The originally smooth surface becomes like this edited that in very small area elements different Surface inclinations occur against the main level. Therefore the emerging light diffuse on each of these surface elements scattered. The surface appears dull to the viewer, characters underneath can also be used under larger ones Angles can be read from the side.

Ein Nachteil der diffusen Streuung ist jedoch der hiermit einhergehende Intensitätsverlust. Das Licht wird nicht nur nach links oder rechts, sondern auch nach oben oder unten gestreut. Oft ist es aber nur die Streuung nach der Seite gewünscht, wodurch Intensität ungenutzt verloren geht. Aber gerade auf die Intensität kommt es an, wenn beispielsweise Flüssigkristallanzeigen bei schlechten Lichtverhältnissen abgelesen werden sollen.However, a disadvantage of diffuse scattering is that of this accompanying loss of intensity. The light will not only left or right, but also up or down scattered. Often, however, it is only the scattering to the side desired, whereby intensity is lost unused. But It's the intensity that counts, for example Liquid crystal displays in poor lighting conditions should be read.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den unerwünschten Intensitätsverlust durch Streuung in unerwünschte Richtungen zu beheben.The invention has for its object the undesirable Loss of intensity due to scattering in undesired directions to fix.

Erreicht wird dieses Ziel dadurch, daß die diffuse Streuung des Lichtes nach allen Richtungen an kleinen Flächenelementen durch eine koordinierte Brechung des durchtretenden Lichtes in zueinander parallelen Ebenen ersetzt wird. Diese Art der Brechung bewirkt, daß das Licht beispielsweise nur zu den Seiten, nicht aber nach oben oder unten, gebrochen wird. Dazu wird ein optisches Trägermedium mit parallelen Strukturen versehen, welche senkrecht zu der Ebene angeordnet sind, in der die Brechung erfolgen soll.This goal is achieved in that the diffuse scattering of light in all directions on small surface elements through a coordinated refraction of the light passing through is replaced in parallel planes. That kind of Refraction causes the light, for example, only to the Sides, but not up or down. To becomes an optical carrier medium with parallel structures provided, which are arranged perpendicular to the plane, in that the refraction should take place.

Auf einer ebenen Oberfläche steht das Ausfallslot stets senk recht. Dieses soll das Hauptlot genannt werden. Innerhalb eines kleinen Flächenelementes ist das Ausfallslot bei ent spiegelten Oberflächen unkoordinierten Schwankungen in alle Richtungen um das Hauptlot herum unterworfen. Werden nun auf der Oberfläche zwei zueinander senkrechte Hauptrichtungen festgelegt und als horizontal und vertikal bezeichnet, so weisen alle Ausfallslote bei entspiegelter Oberfläche Kompo nenten in beiden Richtungen auf. Als Folge davon erfolgt die Streuung in alle Richtungen.The failure plummet is always on a level surface Law. This should be called the main lot. Within a small area element is the failure solder at ent mirrored uncoordinated fluctuations in all surfaces Subjected to directions around the main solder. Are now on the surface two main directions perpendicular to each other fixed and referred to as horizontal and vertical, so show all failure solders with an anti-reflective surface Kompo nents in both directions. As a result, the Scattering in all directions.

Um eine Ablenkung des durchtretenden Lichtes in nur einer Ebene zu bewirken, dürfen auf der Austrittsoberfläche nur solche Austrittslote auftreten, die keine Komponente senk recht zu der gewünschten Brechungsebene aufweisen. Soll also die Brechung horizontal erfolgen, damit alle Zuschauer, die um eine Anzeigevorrichtung herum sitzen, diese gleich gut ab lesen können, so dürfen die Ausfallslote bzw. Flächennormalen nur in der horizontalen Ebene schwanken, damit eine Brechung des durchtretenden Lichtes nur nach links oder rechts, nicht aber nach oben oder unten erfolgt.To deflect the light passing through in just one To effect level, may only on the exit surface such exit solders occur that do not lower any component right to the desired level of refraction. So should the refraction is done horizontally so that all viewers who sit around a display device, this equally well can read, so the default plumb line or surface normals fluctuate only in the horizontal plane, thus a refraction of the passing light only to the left or right, not but done up or down.

Um eine Brechung beispielsweise nur in der Horizontalen zu bewirken, dürfen die Ausfallslote keine vertikalen Kompo nenten aufweisen. Die durch Strukturen veränderte Oberfläche darf also keine Neigungswinkel in der vertikalen Richtung, in der Richtung der Strukturen, aufweisen. Das Ausfallslot darf sich nur in der Ebene befinden, die vom Ausfallslot der Hauptebene und der Horizontalen aufgespannt wird. Diese Eigenschaften der Oberfläche bewirken, daß alle parallel durch das Trägermedium hindurchtretenden Strahlen nur in parallelen Ebenen gebrochen werden können, die durch die Abweichungen der Ausfallslote vom Hauptlot bestimmt werden.To make a refraction, for example, only in the horizontal cause the failure plummets not vertical compo have elements. The surface changed by structures must not be inclined in the vertical direction, in the direction of the structures. The default slot may are only in the plane that is from the default slot of the Main plane and the horizontal is spanned. These surface properties cause all rays passing parallel through the carrier medium can only be broken in parallel planes by the deviations of the default solders from the main lot are determined will.

Realisiert werden diese Eigenschaften dadurch, daß auf eine Oberfläche parallele Strukturen aufgebracht oder eingear beitet werden. Dadurch erfolgt die Brechung stets senkrecht zur Richtung der Strukturen. Eine horizontale Brechung zu den Seiten wird also durch vertikale Strukturen bewirkt.These properties are realized in that on a Surface structures applied or incorporated be prepared. As a result, the refraction is always vertical to the direction of the structures. A horizontal break to the Pages are created by vertical structures.

Die parallele Struktur der Oberfläche ist als Zusammenfassung vieler linsenartig wirkender, paralleler Strukturen zu einem Linsensystem zu verstehen, das hier zunächst wegen seiner optischen Wirkung auf hindurchtretendes Licht selbst als Linse bezeichnet werden soll.The parallel structure of the surface is a summary of many lens-like, parallel structures to one Lens system to understand this, first because of its optical effect on light passing through itself as Lens should be called.

Bei der Herstellung können die parallelen Strukturen aus einer ebenen Oberfläche herausgearbeitet oder auf diese auf gebracht werden. Das Herausarbeiten kann beispielsweise durch Einfräsen vorgenommen werden.The parallel structures can be made during manufacture worked out on or on a flat surface to be brought. Working out can, for example, by Milling can be made.

Die Erfindung und einige erste Ausführungsformen sollen prin zipiell anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden.The invention and some first embodiments are intended explained in detail with reference to the accompanying drawings will.

Es zeigt Fig. 1 den Schnitt durch eine planparallel brechende Linse gemäß Oberbegriff des Anspruches 1. In die Oberfläche des Trägermediums (1) eingearbeitet sind die zueinander parallelen Strukturen (2), die im Querschnitt rund oder vieleckig oder wellenförmig sein können. Das Herausar beiten kann beispielsweise durch Einfräsen vorgenommen werden.It shows Fig. 1 is a section through a plane-parallel refractive lens according to the preamble are of claim 1 incorporated into the surface of the carrier medium (1) the mutually parallel structures (2), which can be round or polygonal or wave-shaped in cross section. The work out can be done, for example, by milling.

Es zeigt Fig. 2 eine Ausführungsform, bei der die durchsich tigen, parallelen Strukturen (3) auf das ebenfalls durch sichtige Trägermedium (1) aufgebracht sind. Das aufgebrachte Material kann ein durchsichtig aushärtender Kleber, Kunst stoff oder auch flüssiges Glas sein, welches nach dem Auf bringen auf dem Träger auskühlt. Auch können parallele Stäb chen aus Glas oder Kunststoff aufgeklebt oder aufgeschmolzen werden. Vorzugsweise haben Trägermaterial und aufgebrachtes Material ähnliche optische Eigenschaften.It shows Fig. 2 shows an embodiment in which the see-through, parallel structures ( 3 ) are also applied to the transparent support medium ( 1 ). The applied material can be a transparent curing adhesive, plastic or liquid glass, which cools down after bringing on the carrier. Parallel rods made of glass or plastic can also be glued or melted on. The carrier material and the applied material preferably have similar optical properties.

Es zeigt Fig. 3 eine weitere Ausführungsform, bei der die aufgebrachten Strukturen (3) sehr eng beieinanderliegen bzw. ineinander übergehen. Die genauen Abmessungen der Struktur sind davon abhängig, wie groß der unter dem Träger befind liche, zu betrachtende Gegenstand ist. Dies soll anhand der nächsten Zeichnung näher erläutert werden.It shows Fig. 3 shows a further embodiment in which the applied structures (3) are very close or overlap. The exact dimensions of the structure depend on how large the object under consideration is to be viewed. This will be explained in more detail in the next drawing.

Die parallelen Strukturen können statt auf einen Träger auch direkt auf den zu betrachtenden Gegenstand aufgebracht oder eingearbeitet werden. Es zeigt Fig. 4 eine elektrooptische Flüssigkristall-Ziffernanzeigezelle (1), mit der alphanume rische Zeichen durch Balken (2) dargestellt werden können. Um die Anzeige auch von der Seite ablesen zu können, werden direkt auf das Deckglas die parallelen Strukturen (3) aufge bracht. Dabei muß der Abstand der parallelen Bahnen vonein ander einerseits viel kleiner als die Breite eines Balken (2), andererseits aber so groß sein, daß keine unerwünschten optischen Effekte wie Interferenzen auftreten. Die Struktur sollte so fein sein, daß das Gesamtbild dadurch wenig beein trächtigt wird.The parallel structures can also be applied or incorporated directly onto the object to be viewed instead of onto a carrier. It shows Fig. 4, an electro-optic liquid crystal numerical display cell ( 1 ) with the alphanumeric characters can be represented by bars ( 2 ). In order to be able to read the display from the side, the parallel structures ( 3 ) are placed directly on the cover slip. The distance between the parallel tracks from each other must be much smaller than the width of a bar ( 2 ) on the one hand, but on the other hand so large that no undesirable optical effects such as interference occur. The structure should be so fine that the overall picture is little affected.

Wegen der Totalreflektion bei großen Winkeln kann durch nicht entspiegelte Oberflächen bei seitlicher Betrachtung nicht hindurchgesehen werden kann. Die hier vorgestellten Strukturen bewirken, daß von jedem Sichtwinkel immer zu mindest ein Teil der Oberfläche unter einem kleineren als dem kritischen Grenzwinkel gesehen werden kann. Aus jedem Blick winkel innerhalb der Betrachtungsebene erscheint daher die so veränderte Oberfläche wenigstens teilweise durchsichtig, ohne daß Streuverluste in unerwünschte Richtungen in Kauf genommen werden müssen. Gerade bei solchen Flüssigkristallanzeigen, die von einem größeren Zuschauerkreis in schlecht beleuch teten Räumen eingesehen werden, dürfte die planparallel brechende Linse als Vorsatz das Ablesen der Anzeige auch von der Seite wesentlich erleichtern.Because of the total reflection at large angles can not non-reflective surfaces when viewed from the side can be seen through. The ones presented here Structures always cause that from every angle at least part of the surface under a smaller than that critical critical angle can be seen. From every view angle within the viewing plane therefore appears that way modified surface at least partially transparent, without that wastage in unwanted directions is accepted Need to become. Especially with such liquid crystal displays, by a larger audience in bad lighting rooms can be viewed, the plane-parallel refractive lens as an intent to read the display from the side much easier.

Eine planparallel brechende Linse kann auch aus Glas oder flexibel aushärtendem Kunststoff in einem einzigen Stück her gestellt werden. Dazu wird eine zweidimensionale Hohlform erstellt, die dem späteren Querschnitt durch die Linse ent spricht. Die Form weist an einer Kante als Wellen-, Zahn oder sonstiges Muster den Querschnitt durch die Struktur auf. Wird das noch formbare Linsenmaterial fortlaufend durch diese Hohlform gepreßt, so entsteht ein Streifen mit den gewünschten parallelen Strukturen, der nach dem Aushärten auf die erforderlichen Maße zurechtgeschnitten und beispielsweise auf Anzeigevorrichtungen nachträglich aufgebracht werden kann.A plane-parallel refractive lens can also be made of glass or flexible curing plastic in one piece be put. This is done using a two-dimensional hollow shape created the ent cross section through the lens speaks. The shape has on one edge as a wave, tooth or other pattern on the cross section through the structure. Is the lens material that can still be formed continuously? pressed this hollow form, a stripe is created with the desired parallel structures that after curing on cut the required dimensions and for example are subsequently applied to display devices can.

Eine planparallel brechende Linse kann auch als Streuscheibe für eine Lampe verwendet werden, wenn kein Kegel, sondern ein Streifen beleuchtet werden soll.A plane-parallel refractive lens can also be used as Diffuser for a lamp can be used if no Cone, but a strip to be illuminated.

Eine planbrechende Linse hat gegenüber anderen lichtstreu enden Linsensystemen den wesentlichen Vorteil, daß sie als Endlos-Ware kostengünstig hergestellt werden kann, gerade auch, weil keine großen optischen Toleranzen bei der Herstel lung berücksichtigt werden müssen.A refractive lens has light diffusion compared to others end lens systems have the main advantage that they as Endless goods can be manufactured inexpensively, straight also because no large optical tolerances in the manufacture must be taken into account.

Claims

1. plane-parallel refractive lens, characterized in that parallel structures are applied to the surface of an optically transparent carrier medium, which cause a light refraction effect.

2. plane-parallel refractive lens according to claim 1, characterized characterized in that the structures from the surface at are worked out, for example, by milling.

3. plane-parallel refractive lens according to claim 1, characterized characterized that the structures on the flat surface be applied.

4. plane-parallel refractive lens according to claim 1 and 3, characterized in that the structures applied Traces of an adhesive, plastic or liquid glass which are applied to the carrier in parallel paths and harden on this.

5. plane-parallel refractive lens according to claim 1 and 3, characterized in that the structures are made of prefabricated Chopsticks are made, which are parallel to each other on the Carrier medium are glued or melted.

6. plane-parallel refractive lens according to claim 1, characterized characterized that beams and structures in manufacturing the lens by pressing out a hardening material an outlet opening are made uniform, wherein the outlet opening has the shape of the lens cross section points.

7. plane-parallel refractive lens according to claim 1 to 3, characterized in that the structures instead of one Carrier directly out of the surface of the object processed or applied to these.

8. plane-parallel refractive lens according to claim 1, characterized characterized in that the carrier medium is flexible and on the base to be viewed with a base Adhesive layer is provided so that it is of the required size cut to size and applied to the object in question can be stuck.