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光学部件及其生产方法

阅读:58发布:2021-02-27

IPRDB可以提供光学部件及其生产方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本发明提供了具有出色的抗反射特性的光学部件,与常规的具有抗反射特性的光学部件相比,该部件能够经济地生产,并且能够保持稳定质量地大批量生产。光学部件1具有入射面3和出射面5。出射面5具有作为光学元件的棱镜2,利用所述棱镜改变入射光光路(参见附图标记X)。入射面3具有多个微小的凹坑4(参见图2),利用所述凹坑防止了入射光的反射。,下面是光学部件及其生产方法专利的具体信息内容。

1.一种具有入射面和出射面的光学部件,其包括:

改变入射光光路的光学元件,该光学元件形成在入射面和出射面 中的至少一个上,其中从入射面和出射面中选出的该光学部件的预定部分具有多个 微小的凹坑,通过该凹坑防止了入射到该预定部分上的光的反射。

2.根据权利要求1所述的光学部件,其中该凹坑具有大于或等于 0.05μm且小于或等于0.5μm的平均深度,并且相邻两个凹坑之间的 平均距离不大于0.5μm。

3.根据权利要求2所述的光学部件,其中该凹坑在平面方向上的 平均半径是该凹坑的平均深度的0.5到2倍。

4.根据权利要求2所述的光学部件,其中该凹坑的平均深度是相 邻两个凹坑之间的平均距离的0.2到2倍。

5.根据权利要求1或2所述的光学部件,其中该光学部件中包括 该凹坑的薄片状部分具有20到50%的空隙百分比。

6.根据权利要求1到5中任一项所述的光学部件,其中从入射面 和出射面中选出的该光学部件的预定部分除了具有多个微小的凹坑之 外,还具有多个微小的突起。

7.根据权利要求1到6中任一项所述的光学部件,其中该光学部 件用于投影屏幕。

8.根据权利要求7所述的光学部件,其中该光学元件是使入射光 遵循几乎相互平行的光路的元件。

9.根据权利要求7所述的光学部件,其中该光学元件是使入射光 遵循发散光路的元件。

10.一种具有入射面和出射面的光学部件,其包括:

改变入射光光路的光学元件,该光学元件形成在入射面和出射面 中的至少一个上,其中从入射面和出射面中选出的该光学部件的预定部分具有多个 微小的突起,通过该突起防止了入射到该预定部分上的光的反射。

11.根据权利要求10所述的光学部件,其中该突起具有大于或等 于0.05μm且小于或等于0.5μm的平均高度,并且相邻两个突起之间 的平均距离不大于0.5μm。

12.根据权利要求11所述的光学部件,其中该突起在平面方向上 的平均半径是该突起平均高度的0.5到2倍。

13.根据权利要求11所述的光学部件,其中该突起的平均高度是 相邻两个突起之间的平均距离的0.2到2倍。

14.根据权利要求10或11所述的光学部件,其中该光学部件中 包括突起的薄片状部分包含比例为20到50%的突起。

15.根据权利要求10到14中任一项所述的光学部件,其中该光 学部件用于投影屏幕中。

16.根据权利要求15所述的光学部件,其中该光学元件是使入射 光遵循几乎相互平行的光路的元件。

17.根据权利要求15所述的光学部件,其中该光学元件是使入射 光遵循发散光路的元件。

18.一种生产光学部件的方法,包括:

准备用于模制光学部件的模具,该光学部件包括改变入射光光路 的光学元件,该模具表面的预定部分具有多个微小突起,这些突起对 应于从该光学部件的入射面和出射面中选出的该光学部件的预定部分 所具有的多个微小凹坑;

将成型树脂铸入到该模具具有突起的表面上以固化该成型树脂; 并且从该模具分离固化的成型树脂,从而取出在其预定部分具有多个 微小凹坑的光学部件。

19.一种生产光学部件的方法,包括:

准备用于模制光学部件的模具,该光学部件包括改变入射光光路 的光学元件,该模具表面的预定部分具有多个微小凹坑,这些凹坑对 应于从该光学部件的入射面和出射面中选出的该光学部件的预定部分 所具有的多个微小突起;

将成型树脂铸入到该模具具有凹坑的表面上并且固化该成型树 脂;并且从该模具分离固化的成型树脂,从而取出在其预定部分具有多个 微小突起的光学部件。

说明书全文

技术领域

本发明涉及一种光学部件,其优选用于诸如投影屏幕之类的显示 器中。本发明尤其涉及一种光学部件,其入射面和出射面能够有效地 防止不希望的光反射,并涉及生产该光学部件的方法。

背景技术

例如,投影屏幕使用了多种光学部件,例如菲涅尔透镜片以及双 凸透镜片,所述菲涅尔透镜片包括用于使成像光源投射的光遵循几乎 相互平行的光路的光学元件,所述双凸透镜片包括用于使经过菲涅尔 透镜片而变为平行的光发散的光学元件。
在上述光学部件中,必须尽可能地防止成像光源投射的光(成像 光)以及外部发光体(照明器材)发出的光(外部光)从该光学部件 的入射面和出射面反射。这是因为:如果光学部件的表面反射了成像 光源投射的成像光,则会产生所谓的幻像(重影);以及如果光学部 件的表面反射了外部发光体投射的光,则图像的对比度降低。
为了防止这种光学部件表面的光反射,常规上是将低折射率层作 为抗反射层形成在光学部件不需要反射光的部分上,例如该光学部件 的入射或出射面,从而使这部分具有抗反射特性。为了形成这种低折 射率层,采用了物理气相沉积法(PVD法)、化学气相沉积法(CVD法)、 树脂溶液涂敷法(参见例如日本特开专利公开No.220542/1991)等 等。

发明内容

通过上述常规方法中的任何一种,很难均匀地在光学部件的表面 上形成低折射率层,并且所形成的低折射率层通常是不规则的。低折 射率层中的不规则性对于用于投影屏幕中的光学部件来讲是尤其不利 的。而且,出于成本考虑,上述常规方法同样是不利的。此外,通过 上述常规方法中的任何一种,很难实施低折射率层的大批量生产以获 得严格意义上相同的产品,因此不可能稳定地提供质量保持不变的光 学部件。
根据相关技术领域中的这些问题完成了本发明。因此,本发明的 目的是提供具有出色抗反射特性的光学部件,与常规的具有抗反射特 性的光学部件相比能够经济地生产该部件,并且能够大批量生产具有 不变质量的该部件,并且本发明还提供生产这种光学部件的方法。
作为满足本发明目的的第一种手段,本发明提供了一种具有入射 面和出射面的光学部件,其包括改变入射光光路的光学元件,该光学 元件形成在入射面和出射面中的至少一个上,其中从入射面和出射面 中选出的该光学部件的预定部分具有多个微小的凹坑,利用这些凹坑 防止了入射到该预定部分上的光的反射。
在根据用于满足本发明目的的上述第一种手段的光学部件中,该 凹坑优选具有大于或等于0.05μm且小于或等于0.5μm的平均深度, 并且相邻两个凹坑之间的平均距离优选不大于0.5μm。优选的是,该 凹坑在平面方向上的平均半径是该凹坑平均深度的0.5到2倍。
而且,在根据用于满足本发明目的的上述第一种手段的光学部件 中,优选的是,该凹坑的平均深度是相邻两个凹坑之间的平均距离的 0.2到2倍。
此外,在根据用于满足本发明目的的第一种手段的光学部件中, 优选的是,该光学部件中包括该凹坑的薄片状部分具有20到50%的空 隙(void)百分比。
此外,在根据用于满足本发明目的的第一种手段的光学部件中, 优选的是,从入射面和出射面中选出的该光学部件的预定部分除了具 有多个微小的凹坑之外,还具有多个微小的突起。
作为满足本发明目的的第二种手段,本发明提供了一种具有入射 面和出射面的光学部件,其包括改变入射光光路的光学元件,该光学 元件形成在入射面和出射面中的至少一个上,其中从入射面和出射面 中选出的该光学部件的预定部分具有多个微小的突起,利用这些突起 防止了入射到该预定部分上的光的反射。
在根据用于满足本发明目的的上述第二种手段的光学部件中,优 选该突起具有大于或等于0.05μm且小于或等于0.5μm的平均高度, 并且相邻两个突起之间的平均距离优选不大于0.5μm。优选的是,该 突起在平面方向上的平均半径是该突起平均高度的0.5到2倍。
而且,在根据用于满足本发明目的的上述第二种手段的光学部件 中,优选的是,该突起的平均高度是相邻两个突起之间的平均距离的 0.2到2倍。
此外,在根据用于满足本发明目的的第二种手段的光学部件中, 优选的是,该光学部件中包括突起的薄片状部分包含20到50%的突 起。
此外,根据用于满足本发明目的的上述第一和第二种手段的光学 部件优选用于投影屏幕中。这是因为用于投影屏幕中的光学部件尤其 需要具有抗反射特性。上述的光学元件优选为使入射光遵循几乎相互 平行的光路的光学元件(例如菲涅尔透镜),或者使入射光遵循发散 光路的光学元件(例如双凸透镜)。
根据用于满足本发明目的的第一和第二种手段的光学部件,从入 射面和出射面中选出的每个光学部件的预定部分具有多个微小的凹坑 和/或突起,因此具有凹坑和/或突起的这部分的折射率是该光学部件 基底的折射率与凹坑中空隙的折射率和/或突起之间的空隙的折射率 (即空气折射率)的平均值。出于这个原因,从入射面和出射面中选 出的该光学部件中具有凹坑和/或突起的该部分具有和常规低折射率 层一样低的折射率,因此可以有效地避免从这部分反射光。
而且,根据用于满足本发明目的的第一和第二种手段的光学部 件,因为通过使光学部件自身具有微小的凹坑和/或突起而赋予了各个 光学部件抗反射特性,这与具有抗反射特性的常规光学部件不同,在 常规光学部件中抗反射层(例如低折射率层)独立地形成在光学部件 上以便赋予其抗反射特性,所以能够解决常规光学部件的所有问题, 例如不能均匀形成抗反射层的问题、光学部件的基底与抗反射层的粘 合问题以及成本问题。
此外,根据用于满足本发明目的的第一和第二种手段的光学部 件,从入射面和出射面中选出的各个光学部件中具有微小凹坑和/或突 起的部分,表现出抗反射特性,并且可以通过凹坑的平均深度和/或突 起的平均高度、相邻两个凹坑和/或突起之间的平均距离等等来自由地 控制这部分的折射率。特别是,例如通过使相邻两个凹坑之间的平均 距离与凹坑的平均深度之比变小(即通过使空隙的比例变大),就可 以使从入射面和出射面中选出的该光学部件中具有微小凹坑的部分的 折射率变小。在这方面,我们已经发现,当将凹坑的平均深度或者突 起的平均高度、相邻两个凹坑和/或突起之间的平均距离以及这些值之 间的比例控制在上述范围内时,该光学部件能够表现出更加出色的抗 反射特性。
用于满足本发明目的的第一和第二种手段的光学部件能够用作其 上有菲涅尔透镜(光学元件)的菲涅尔透镜片或者其上有双凸透镜(光 学元件)的双凸透镜片。因此,通过将这些光学部件结合到投影屏幕 中,就可以有效地解决常规投影屏幕的各种问题(产生幻像、图像对 比度降低等等)。
作为满足本发明目的的第三种手段,本发明提供了一种生产光学 部件的方法,包括:准备用于模制光学部件的模具,该光学部件包括 改变入射光光路的光学元件,该模具表面的预定部分具有多个微小突 起,这些突起对应于从该光学部件的入射面和出射面中选出的该光学 部件的预定部分所具有的多个微小凹坑;将成型树脂铸入该模具具有 突起的表面上以固化该成型树脂;并且从模具上分离固化的成型树 脂,从而取出在其预定部分具有多个微小凹坑的光学部件。
作为满足本发明目的的第四种手段,本发明提供了一种生产光学 部件的方法,包括:准备用于模制光学部件的模具,该光学部件包括 改变入射光光路的光学元件,该模具表面的预定部分具有多个微小凹 坑,这些凹坑对应于从该光学部件的入射面和出射面中选出的该光学 部件的预定部分所具有的多个微小突起;将成型树脂铸入到该模具具 有凹坑的表面上并且固化该成型树脂;并且从模具上分离固化的成型 树脂,从而取出在其预定部分具有多个微小突起的光学部件。
根据用于满足本发明目的的第三和第四种手段的生产光学部件的 方法,因为从每个光学部件的入射面和出射面中选出的该光学部件的 预定部分所具有的微小凹坑和/或突起由模具形成,在所述模具表面上 具有与该光学部件的预定部分所具有的微小凹坑和/或突起对应的微 小突起和/或凹坑,所以能够维持质量不变地批量生产光学部件。出于 这个原因,第三和第四种手段的方法能够实现稳定供应具有出色抗反 射特性的光学部件。
根据用于满足本发明目的的第三和第四种手段的生产光学部件的 方法,利用在其表面上具有与从该光学部件的入射面和出射面中选出 的光学部件的预定部分所具有的微小凹坑和/或突起相对应的微小突 起和/或凹坑的模具模制光学部件,因此可以利用这种模具整体成型光 学部件和用于该光学部件的光学元件。即,可以通过利用常规模具以 常规方式生产具有特定光学功能和抗反射特性的光学部件。因此,生 产光学部件的成本可以比常规生产方法所需的低得多,在常规方法 中,在独立的步骤中将抗反射层(例如低折射率层)形成在光学部件 上。此外,因为不需要通过涂敷方法等等来形成抗反射层(例如低折 射率层),不再会出现常规的问题(例如抗反射层不能均匀形成的问 题和质量问题)。因此,通过第三或第四种手段的方法就能够稳定地 供应质量保持不变的光学部件。
附图的简要说明
图1是用作根据本发明实施例的光学部件的菲涅尔透镜片的概略 截面图;
图2是图1所示的光学部件的部分II的放大截面图;
图3是用于说明根据本发明实施例的生产光学部件的方法的流程 图;
图4是与图2类似的视图,表示了图1所示的光学部件,在其表 面上具有突起;以及
图5是用作根据本发明另一实施例的光学部件的双凸透镜片的概 略截面图。

具体实施方式

下文中,将参照附图描述本发明的实施例。将参照应用本发明的 光学部件是菲涅尔透镜片的情况来说明以下实施例,该菲涅尔透镜片 具有棱镜(光学元件),其允许入射光遵循几乎相互平行的光路。
如图1所示,根据本实施例的光学部件1具有入射面3和出射面 5。出射面5具有多个棱镜(光学元件)2,利用这些棱镜改变入射光 的光路(参见图1中的标记X)。另一方面,如图2所示,入射面3具 有多个微小凹坑4,利用这些凹坑防止了入射到这个平面上的光被反 射。即,根据本实施例的光学部件1与具有抗反射特性的常规光学部 件的不同之处在于该光学部件1本身具有起到抗反射层作用的微小凹 坑4,其中常规光学部件包括单独形成的抗反射层(例如低折射率层)。
以下,将详细地描述该光学部件1的入射面3中的凹坑4。
如图2所示,入射面3所具有的凹坑4的平均深度D是它们在平 面方向上的半径(W/2)的0.5到2倍,相邻两个凹坑4之间的平均距 离由L表示。
凹坑4平均深度D的变化极大地依赖于该光学部件的预定用途以 及该光学部件需要表现出什么程度的抗反射特性。然而,通常该凹坑4 的平均深度D优选为大于或等于0.05μm且小于或等于0.5μm,更为 优选的是大于或等于0.06μm且小于或等于0.2μm。理由如下:如果 凹坑4的平均深度D小于上述范围,则具有该凹坑4的部分可能不能 充分表现抗反射特性;同时如果凹坑4的平均深度D大于上述范围, 则入射光(X)过度地受凹坑4的影响并且被散射或漫反射,从而该光 学部件1整体光透射率可能降低。
而且,可以像上述凹坑4的平均深度D的情况一样,根据光学部 件1的预定用途自由地设定相邻两个凹坑4之间的平均距离L。然而, 通常优选该平均距离L不超过0.5μm,更为优选的是大于或等于0.08 μm且小于或等于0.2μm。理由也与凹坑4的平均深度D的情况相同。 即,当相邻两个凹坑4之间的平均距离L超过上述范围时,具有该凹 坑4的部分可能不能充分表现出抗反射特性,而当相邻两个凹坑4之 间的平均距离L小于上述范围时,入射光(X)过度地受到凹坑4的影 响并且被散射或者漫反射,使得该光学部件1整体光透射率可能降低。
此外,凹坑4的平均深度D和相邻两个凹坑4之间的平均距离L 优选具有如下关系,即平均深度D与平均距离L之比(即D/L)落入 0.2到2的范围内,更为优选的是在0.3到1的范围内。这是因为:只 要凹坑4的平均深度D与相邻两个凹坑4之间的平均距离L之比落入 上述范围内,该光学部件1就能够表现出出色的抗反射特性,而且生 产该光学部件1不存在特别的困难。
如图2所示,在光学部件1中,具有凹坑4的薄片状部分1a的折 射率为光学部件1的基底的折射率与凹坑4中空隙的折射率(即空气 折射率)的平均值。因此,该部分1a的折射率低于基底的折射率,并 且因此能够表现出出色的抗反射特性。可以通过平均深度D、平均距离 L等等自由地控制具有凹坑4的薄片状部分1a的空隙的百分比,以及 通过控制该空隙的百分比,可以自由地赋予光学部件1的入射面3不 同的折射率。在光学部件1中,具有凹坑4的薄片部分1a的空隙百分 比在本文中优选为20到50%。
在以上实施例中,光学部件1的入射面3具有微小凹坑4。然而, 具有微小凹坑4的部分不限于入射面3,光学部件1中任何需要表现出 抗反射特性的部分都能够具有微小凹坑4。特别的是,例如,不仅仅入 射面3能够完全或者部分具有微小凹坑4,而且出射面5上的棱镜2的 表面也可以具有微小凹坑4,或者可以入射面3和出射面5都具有微小 凹坑4。
接着,将参照图3(a)到3(d)说明生产图1和2所示的光学部 件1的过程。图3(a)到3(d)表示了在图1所示的光学部件1的出 射面5上的棱镜2的表面中形成凹坑4的过程。
如图3(a)所示,首先准备通常用于模制用作光学部件1的菲涅 尔透镜片的模具40。任何材料都能够用于该模具40。
接着,如图3(b)所示,在图3(a)所示的步骤中准备好的模具 40中,在与最终的光学部件1中具有抗反射特性的部分(这部分在本 文中是用作光学部件1的菲涅尔透镜片上的棱镜2)相对应的部分(表 面)41上形成突起42,突起42的形状与用作光学部件1的菲涅尔透 镜片上的棱镜2所具有的凹坑的形状相反。
任何方法都能够用于形成突起42,例如,可以将金属颗粒沉积到 模具4的表面41的预定部分上,以在其上形成突起42。对于这种沉积 来讲,既可以使用物理气相沉积法也可以使用化学气相沉积法。本文 中有用的金属颗粒的例子包括Cu、Au、Ni和Cr颗粒。可以使用硅石 颗粒、丙烯酸颗粒、BaSO4颗粒等等代替这些金属颗粒。可以用于形成 突起42的其它方法包括浸渍涂敷法。
以下,如图3(c)所示,将UV(紫外光)固化树脂(成型树脂) 43铸入到在图3(b)所示的步骤中准备好的具有突起42的模具40的 表面上,并且向该UV固化树脂43施加UV用于固化。
最后,如图3(d)所示,将已固化的UV固化树脂43从模具40 分离,从而取出作为最终的光学部件1的菲涅尔透镜片,该菲涅尔透 镜片具有在其表面(出射面5)中有凹坑4的棱镜2。
在上述方法中,将UV固化树脂用作成型树脂。然而,成型树脂不 限于UV固化树脂,任何其它的材料都可以使用,只要其对于光学部件 1有用并且能够用于图3(a)到3(d)所示的生产过程。
在上述实施例中,将利用模具40的方法用于生产光学部件1,该 模具在其表面41上具有突起42,突起42的形状与光学部件1预定部 分所具有的凹坑4的形状相反。本发明不限于这种方法,可以采用其 它任何方法,只要该方法能够生产出具有凹坑4的光学部件1并且该 凹坑具有上述特性。
尽管通过参照在其表面中具有凹坑4的光学部件1描述了以上实 施例,但本发明不限于这个实施例。即使该光学部件1在其表面上具 有如图4所示的突起或者除凹坑4之外还具有突起,也能够获得与这 个实施例相当的作用和效果。如图4所示,入射面3所具有的突起4’ 的平均高度H是其在该平面方向上的半径(W/2)的0.5到2倍,相邻 两个突起4’之间的平均距离由L表示。该突起4’的平均高度H优选为 大于或等于0.05μm且小于或等于0.5μm,更为优选的是大于或等于 0.06μm且小于或等于0.5μm,与上述凹坑4的平均深度D的情况相 同。而且,相邻两个突起4’之间的平均距离L优选不超过0.5μm,更 为优选的是大于或等于0.08μm且小于或等于0.2μm,与相邻两个凹 坑4之间的平均距离L的情况相同。此外,突起4’的平均高度H与相 邻两个突起4’之间的平均距离L之比(即H/L)优选落入0.2到2的 范围内,更为优选的是在0.3到1的范围内,与凹坑4的平均深度D 除以相邻两个凹坑4之间的平均距离L之比(即D/L)的情况相同。优 选的是,在光学部件1中,具有突起4’的薄片部分1a’包含突起4’(基 底部分)的比例是20到50%。通过以下方式能够获得在其表面上具有 突起的光学部件1:利用图3(b)所示的模具40作为主模(该模具40 在其表面41上具有突起42),来准备与模具40相反的模具(具有凹 坑的模具),并且利用准备好的这个模具进行图3(c)和3(d)所示 的步骤。
已经参照具有棱镜2的菲涅尔透镜片描述了以上实施例,其中棱 镜2允许入射光遵循几乎相互平行的光路。本发明不限于这种菲涅尔 透镜片,还适用于如图5所示的光学部件10(即双凸透镜片)和其它 各种光学部件。图5所示的光学部件10在其入射面11和出射面13上 分别具有透镜(光学元件)12、14,所述透镜使入射光遵循发散的光 路。出射面13具有在透镜14之间形成的黑色条纹15。这种光学部件 能够用作多种用于诸如显示器中的透镜片。特别是,这种光学部件能 够用作例如用于投影屏幕、以及阴极射线管(CRT)显示器、液晶显示 器(LCD)、等离子体显示器(PDP)、场发射显示器(FED)、电致发 光(EL)显示器中的透镜片。
在图5所示的光学部件10(即双凸透镜片)的情况下,则入射面 11上的透镜12、出射面13上的透镜14或者黑色条纹15,或者入射 面11和出射面13,都可以在它们的表面上有凹坑4。
                           实例
以下将给出上述实施例的具体实例。
(实例)
利用在其表面上具有微小突起的模具,通过图3(a)到3(d)所 示的方法,制备具有棱镜的菲涅尔透镜片,棱镜表面上有多个凹坑。 Ni颗粒用作沉积到该模具上的金属颗粒,并且控制该颗粒的平均颗粒 直径为0.12μm。丙烯酸聚氨酯树脂用作模制该菲涅尔透镜片的UC固 化树脂。
所生产的菲涅尔透镜片表面中凹坑的平均深度约为0.1μm,相邻 两个凹坑之间的平均距离是0.2μm。
(比较例1)
制备不具有抗反射特性的常规菲涅尔透镜片。
(比较例2)
通过浸渍涂敷方法在常规菲涅尔透镜片上的棱镜表面上形成低折 射率层。“Cytop”(日本ASAHI GLASS Co.,LTD.,制造的含氟材料) 用于该低折射率层,且低折射率层的厚度是0.1μm。
(比较结果)
从棱镜侧,向实例的菲涅尔透镜片和比较例1和2的菲涅尔透镜 片施加光,并且在该片中心附近的点测量每个菲涅尔透镜片的反射 率。
结果如下:实例的菲涅尔透镜片的反射率约为0.2%,而比较例1 的菲涅尔透镜片的反射率为4.5%,比较例2的菲涅尔透镜片的反射率 约为1%。从这些结果确定出实例的菲涅尔透镜片具有出色的抗反射特 性。
而且,实例的菲涅尔透镜片和比较例1和2的菲涅尔透镜片中的 每一个与常规双凸透镜片组合,从而产生投影屏幕。在相同条件下将 图像投影到投影屏幕上。投影到利用实例的菲涅尔透镜片的投影屏幕 上的图像具有高对比度,并且在屏幕上不会出现重影。另一方面,投 影到利用比较例1和2的菲涅尔透镜片的投影屏幕上的图像与投影到 利用实例的菲涅尔透镜片的投影屏幕上的图像相比具有非常低的对比 度。而且,在利用比较例1的菲涅尔透镜片的投影屏幕下部出现重影。
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