用于空气成像的菲涅尔透镜组及空间成像光学系统技术方案

本发明专利技术公开了用于空气成像的菲涅尔透镜组，包括至少两片平行设置的菲涅尔透镜，每片所述菲涅尔透镜均包括基板和平行排列在基板上的直齿，相邻菲涅尔透镜的直齿均不平行。空间成像光学系统，包括：用于显示图案的图像源和上述的菲涅尔透镜组；所述菲涅尔透镜组用于将图像源发出光线折射后在空气中成放大实像。本发明专利技术的优点是：穿过第一个菲涅尔透镜的光线经过第二个菲涅尔透镜进行修正，可以有效降低像差，获得更加清晰的放大的图像，同时有利于矫正畸变，确保图像周边也有较高的清晰度。确保图像周边也有较高的清晰度。确保图像周边也有较高的清晰度。

【技术实现步骤摘要】
用于空气成像的菲涅尔透镜组及空间成像光学系统


[0001]本专利技术涉及一种在空气中的成像装置，具体涉及用于空气成像的菲涅尔透镜组及空间成像光学系统。

技术介绍

[0002]三维实像成像装置一般采用空气成像平板透镜在空气中成像，空气成像平板透镜一般采用长条形反射器或者二面角反射器，采用二面角反射器的方案利用两块透明基板之间压印周期性且斜45
°
排布地尺寸相等的二面角矩形反射器或长条形反射器，通过二次反射进行空气成像。
[0003]但是目前的空气成像装置放大率只有1，其光学系统不具备放大的功能，因此会导致体积过大而使应用领域受限，同时其成像系统不利于设备的小型化。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供用于空气成像的菲涅尔透镜组及空间成像光学系统，能够有效解决现有空气成像装置体积过大而应用领域受限的问题。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术是通过以下技术方案实现的：用于空气成像的菲涅尔透镜组，包括至少两片平行设置的菲涅尔透镜，每片所述菲涅尔透镜均包括基板和平行排列在基板上的直齿，相邻菲涅尔透镜的直齿均不平行。
[0006]优选的，相邻菲涅尔透镜的直齿相互垂直，垂直状态图像最好，可以避免图像倾斜旋转。
[0007]优选的，所述直齿远离基板的顶端设有棱线，且棱线为平行于所述基板的直线，更有利于光线的折射和汇聚，达到更好的图像修正效果，形成更加清晰的图像。
[0008]优选的，所述直齿为三棱柱，且一侧面紧贴在基板上，三棱柱式的直齿易于制造，具有较好的消像差效果，同时成品率更高。
[0009]优选的，所述直齿的横截面包括依次首尾相连的底边和两条斜边，所述底边紧贴在基板上，一条所述斜边为弧线，另一条所述斜边为弧线或者直线，弧线比直线消像差效果更好，最佳是两条斜边都为弧线。
[0010]优选的，相邻两块所述菲涅尔透镜对向设置；或者，相邻两块所述菲涅尔透镜同向设置；或者，相邻两块所述菲涅尔透镜背向设置；对向设置可以获得最佳的光学性能，背向设置可以更好的固定两块菲涅尔透镜之间的相对位置，同向设置也能获得较好的光学效果，同向设置菲涅尔透镜利于多块菲涅尔透镜的叠加。
[0011]优选的，两块所述菲涅尔透镜紧贴在一起；或者，两块所述菲涅尔透镜之间留有间隙。紧贴在一起可以尽量降低菲涅尔透镜组的厚度，使整个装置更加薄。
[0012]空间成像光学系统，包括：
[0013]用于显示图案的图像源；
[0014]和上述的菲涅尔透镜组；
[0015]所述菲涅尔透镜组用于将图像源发出光线折射后在空气中成放大实像。
[0016]优选的，所述图像源与菲涅尔透镜组之间的光路上还设有第一反射镜；和/或，所述菲涅尔透镜组与实像之间的光路上设有第二反射镜。利用反射镜调整图像源、菲涅尔透镜组和实像之间的位置，合理利用空间，便于布局。
[0017]优选的，所述菲涅尔透镜组的尺寸大于所成实像的尺寸，让用户能观看到完整的像。
[0018]优选的，所述图像源为LCD、LED、OLED、LCOS或投影机中的一种，降低图像源的成本和门槛，适应性更广。
[0019]优选的，所述投影机为DLP投影机或者激光MEMS模组，所述投影机与菲涅尔透镜组之间还设有扩散片，加入扩散片提高图像源的发散角度，扩大人眼观测实像的角度。
[0020]优选的，所述扩散片的透光率为70％
±
10％，透光率过高，观察者可以看到投影机明亮的投射点，透光率过低，会导致图像模糊，亮度不够。
[0021]与现有技术相比，本专利技术的优点是：采用菲涅尔透镜组，改变了以往采用长条反射器或者二面角反射器利用反射进行成像的原理，利用菲涅尔透镜组的折射原理在空气中成放大的实像，从而在图像源较小的情况下可以获得比图像源大得多的像，相对于传统的空气成像系统不仅可以有效的降低整个装置的重量，而且可以有效降低生产成本。
[0022]相对于普通环形齿且平行叠放的菲涅尔透镜仅仅是进行倍率放大，本系统中的菲涅尔透镜组采用直齿结构，并且相邻菲涅尔透镜的直齿不平行，穿过第一个菲涅尔透镜的光线经过第二个菲涅尔透镜进行修正，可以有效降低像差，获得更加清晰的图像，同时有利于矫正畸变，确保图像周边也有较高的清晰度。
附图说明
[0023]图1为本专利技术空间成像光学系统实施例一的结构示意图；
[0024]图2为本专利技术空间成像光学系统实施例一的成像原理图；
[0025]图3为本专利技术空间成像光学系统实施例二的结构示意图；
[0026]图4为本专利技术空间成像光学系统实施例二的成像原理图；
[0027]图5为本专利技术用于空气成像的菲涅尔透镜组实施例一中相邻菲涅尔透镜的组合形式；
[0028]图6为本专利技术用于空气成像的菲涅尔透镜组实施例三中相邻菲涅尔透镜的组合形式；
[0029]图7为本专利技术用于空气成像的菲涅尔透镜组实施例四中相邻菲涅尔透镜的组合形式；
[0030]图8为本专利技术用于空气成像的菲涅尔透镜组中菲涅尔透镜直齿的第一种形式；
[0031]图9为本专利技术用于空气成像的菲涅尔透镜组中菲涅尔透镜直齿的第二种形式；
[0032]图10为本专利技术用于空气成像的菲涅尔透镜组中菲涅尔透镜直齿的第三种形式；
[0033]图11为本专利技术用于空气成像的菲涅尔透镜组中单片菲涅尔透镜的结构示意图。
具体实施方式
[0034]下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考
附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。
[0035]在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。
[0036]此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本专利技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
[0037]在本专利技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。
[0038]实施例一：...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.用于空气成像的菲涅尔透镜组，其特征在于：包括至少两片平行设置的菲涅尔透镜，每片所述菲涅尔透镜均包括基板和平行排列在基板上的直齿，相邻菲涅尔透镜的直齿均不平行。2.如权利要求1所述的用于空气成像的菲涅尔透镜组，其特征在于：相邻菲涅尔透镜的直齿相互垂直。3.如权利要求1所述的用于空气成像的菲涅尔透镜组，其特征在于：所述直齿远离基板的顶端设有棱线，且棱线为平行于所述基板的直线。4.如权利要求3所述的用于空气成像的菲涅尔透镜组，其特征在于：所述直齿为三棱柱，且一侧面紧贴在基板上。5.如权利要求3所述的用于空气成像的菲涅尔透镜组，其特征在于：所述直齿的横截面包括依次首尾相连的底边和两条斜边，所述底边紧贴在基板上，一条所述斜边为弧线，另一条所述斜边为弧线或者直线。6.如权利要求1至5中任一项所述的用于空气成像的菲涅尔透镜组，其特征在于：相邻两块所述菲涅尔透镜对向设置；或者，相邻两块所述菲涅尔透镜同向设置；或者，相邻两块所述菲涅尔透镜背向设置。7.如权利要求1至5中任一项所述的用于空气成像的菲涅尔透镜组，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭显楚，张峰，李宗扬，许敏，
申请(专利权)人：浙江棱镜全息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：