【技术实现步骤摘要】
本技术涉及光学成像领域，具体涉及一种紧凑型空中成像装置。
技术介绍
1、现有空中成像装置，主要由图像源产生图像，然后经过透镜组或者二面角反射器等光学元件后，在空气中成实像，现有的空中成像装置如图1所示，一般都是图像源1呈现画面，经过后透镜3和前透镜4消色差后，再由反射镜调整角度控制实像5的位置。随着空中成像装置越来越成熟，配合手势识别装置后应用的领域也越来越宽，但是在一些空间狭小的区域，比如汽车内，现有的空中成像装置由于在深度方面要求较多，无法安装在汽车的中控台内，如果要强行安装在汽车中控台内，其显示的画面尺寸又将受到影响。
技术实现思路
1、本技术的目的在于提供一种紧凑型空中成像装置，能够有效解决现有空气成像设备为了获得较大画面时对深度方向尺寸要求较大的问题。
2、为了解决上述技术问题，本技术是通过以下技术方案实现的：
3、一种紧凑型空中成像装置，包括阵列菲涅尔透镜和至少两个子成像系统，所述子成像系统用于呈现子图像，所述阵列菲涅尔透镜用于将所有的子图像拼接成完整的实像；
4、每个所述子成像系统均包括：图像源、凹面透反镜、第一四分之一波片、偏振透反膜和线偏光片；
5、所述图像源用于产生圆偏振光的图像，所述图像源产生的光线穿过所述凹面透反镜后再穿过第一四分之一波片，然后被偏振透反膜反射后穿过第一四分之一波片射向所述凹面透反镜，光线被凹面透反镜反射后再依次穿过第一四分之一波片、偏振透反膜、线偏光片、阵列菲涅尔透镜成实像。
6、
7、优选的，穿过所述lcd屏幕的光线偏振方向与第二四分之一波片光轴方向呈45°±2°夹角。超过此范围杂光会增多，影响成像质量。
8、优选的，所述lcd屏幕与所述凹面透反镜的距离小于阵列菲涅尔透镜到凹面透反镜的距离。屏幕与凹面反射镜的距离越小，光路越紧凑。
9、优选的，所述透镜组的镜片数量为0～3片之间。透镜组用来矫正残余像差，在可以根据残余像差情况选择合适的镜片数量以达到最佳的显示效果。
10、优选的，所述凹面透反镜光轴与阵列菲涅尔透镜光轴重合。
11、优选的，阵列菲涅尔透镜基底为平面，其子单元的等效曲率半径取值为子单元对角线长度的1～3.4倍，菲涅尔齿间距在0.1mm～0.8mm之间，拔模角取值在0°～23°之间。子菲涅尔透镜的曲率半径决定了其光焦度，其光焦度太大影响成像质量，太小又会不足以使光线避开拼缝；子菲涅尔透镜的齿距太小会导致菲涅尔成型后杂散光增多，有效光减少，齿距太大又会造成画面不够精细，拔模角取上述区间可以使杂散光小，且利于注塑或模压成型。
12、优选的，所述凹面透反镜的曲率半径大于其对角线长度的1.2倍。凹面镜曲率太大不利于画质，曲率太小又不足以使光线避开拼缝。
13、优选的，每个所述子成像系统的光学参数均相同，且每个子成像系统光路的光轴始终垂直于阵列菲涅尔透镜。可以使画面更加均匀，提升成像质量。
14、优选的，所述凹面透反镜的光焦度大于1.3倍的阵列菲涅尔透镜光焦度。系统的光焦度主要由凹面镜来提供，可以保证较好的画质，菲涅尔的光焦度只需做到足以避开拼缝便可，菲涅尔分担太多的光焦度会导致画质变差。
15、优选的，所述阵列菲涅尔透镜与凹面透反镜的距离取值范围为：0.2～2倍的阵列菲涅尔透镜子单元对角线。阵列菲涅尔透镜与凹面透反镜的距离需要在保证画质又避开拼缝的情况下尽可能小。
16、优选的，阵列菲涅尔透镜到第一四分之一波片的距离小于0.3*阵列菲涅尔透镜到凹面透反镜的距离。四分之一波片与凹面透反镜的距离越远，折叠光路的总厚度就越薄，四分之一波片需要尽可能的与阵列菲涅尔透镜近一些。
17、优选的，所述第一四分之一波片、偏振透反膜和线偏光片依次贴在一起，且基底均为平面。
18、优选的，所述线偏光片的偏振方向与所述偏振透反膜的偏振方向一致。达到最佳的能量利用率。
19、优选的，偏振透反膜的偏振方向与第一四分之一波片光轴方向夹角呈45°。lcd直接出射的光为线偏振光，如果要穿过四分之一波片变成圆偏振光，四分之一波片的光轴需要与线偏振光成45度夹角放置。
20、优选的，所有成像元件面型的数学模型皆为回旋对称面型，子成像系统中所有光学元件的光轴都共线。回旋对称面型有利于加工制造，而光轴共线可以更好的控制像差。
21、优选的，两个相邻子成像系统射到所述菲涅尔透镜上光线间隙±0.5mm；每个子成像系统的光线穿过菲涅尔透镜后的偏折角度大于2°且小于20°，并且光线在穿过菲涅尔后位于凹面反射镜的通光口径内。偏折角越大越容易避开拼接缝，但是成像质量也会下降，满足上述条件后，在保证拼接缝可以避开的同时能获得较高的成像质量。
22、优选的，所述阵列菲涅尔透镜中每个子菲涅尔透镜的光轴与对应子光路光轴重合。
23、优选的，单个子成像系统经过阵列菲涅尔透镜成像，整个光路的总焦距为f，光学总长为ttl，最后成像高度为imgh，满足0.4<ttl/f<0.7；4<ttl/imgh<20。
24、与现有技术相比，本技术的优点是：
25、通过至少两个子成像系统成像后利用阵列菲涅尔透镜拼接成完整的实像，可以缩短某一方向的尺寸占用，进而让整个装置更好的布置，从而解决目前空中成像设备在获得较大画面时对某一方向尺寸要求较大的问题。将成像部分分解成多个子成像系统，从而分别布置每个子成像系统的位置，减少对整个装置深度方向的尺寸要求，而且每个子成像系统也利用凹面透反镜折叠光路，在深度方向进行折叠，进一步缩小了子成像系统在深度方向占用长度，在子成像系统中采用圆偏光图像与凹面透反镜、第一四分之一波片、偏振透反膜联合作用，可以大幅提升工作光线的透光率，而且可以降低环境光的反射。利用阵列菲涅尔透镜对子成像系统产生的图像进行拼接，可以有效消除子图像之间的缝隙，让拼接的图像更加完整。
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1.一种紧凑型空中成像装置，其特征在于，包括阵列菲涅尔透镜和至少两个子成像系统，所述子成像系统用于呈现子图像，所述阵列菲涅尔透镜用于将所有的子图像拼接成完整的实像；
2.如权利要求1所述的一种紧凑型空中成像装置，其特征在于，所述图像源包括背光、LCD屏幕、第二四分之一波片和透镜组，所述背光产生的光线依次穿过LCD屏幕、第二四分之一波片和透镜组，所述透镜组的光焦度为正。
3.如权利要求2所述的一种紧凑型空中成像装置，其特征在于，穿过所述LCD屏幕的光线偏振方向与第二四分之一波片光轴方向呈45°±2°夹角。
4.如权利要求2所述的一种紧凑型空中成像装置，其特征在于，所述LCD屏幕与所述凹面透反镜的距离小于阵列菲涅尔透镜到凹面透反镜的距离。
5.如权利要求2所述的一种紧凑型空中成像装置，其特征在于，所述透镜组的镜片数量为0～3片之间。
6.如权利要求1所述的一种紧凑型空中成像装置，其特征在于，所述凹面透反镜光轴与阵列菲涅尔透镜光轴重合。
7.如权利要求1所述的一种紧凑型空中成像装置，其特征在于，阵列菲涅尔透镜基底为
8.如权利要求1所述的一种紧凑型空中成像装置，其特征在于，所述凹面透反镜的曲率半径大于其对角线长度的1.2倍。
9.如权利要求1所述的一种紧凑型空中成像装置，其特征在于，每个所述子成像系统的光学参数均相同，且每个子成像系统光路的光轴始终垂直于阵列菲涅尔透镜。
10.如权利要求1所述的一种紧凑型空中成像装置，其特征在于，所述凹面透反镜的光焦度大于1.3倍的阵列菲涅尔透镜光焦度。
11.如权利要求1所述的一种紧凑型空中成像装置，其特征在于，所述阵列菲涅尔透镜与凹面透反镜的距离取值范围为：0.2～2倍的阵列菲涅尔透镜子单元对角线。
12.如权利要求1所述的一种紧凑型空中成像装置，其特征在于，阵列菲涅尔透镜到第一四分之一波片的距离小于0.3*阵列菲涅尔透镜到凹面透反镜的距离。
13.如权利要求1所述的一种紧凑型空中成像装置，其特征在于，所述第一四分之一波片、偏振透反膜和线偏光片依次贴在一起，且基底均为平面。
14.如权利要求1所述的一种紧凑型空中成像装置，其特征在于，所述线偏光片的偏振方向与所述偏振透反膜的偏振方向一致。
15.如权利要求1所述的一种紧凑型空中成像装置，其特征在于，偏振透反膜的偏振方向与第一四分之一波片光轴方向夹角呈45°。
16.如权利要求1所述的一种紧凑型空中成像装置，其特征在于，所有成像元件面型的数学模型皆为回旋对称面型，子成像系统中所有光学元件的光轴都共线。
17.如权利要求1所述的一种紧凑型空中成像装置，其特征在于，两个相邻子成像系统射到所述菲涅尔透镜上光线间隙±0.5mm；每个子成像系统的光线穿过菲涅尔透镜后的偏折角度大于2°且小于20°，并且光线在穿过菲涅尔后位于凹面反射镜的通光口径内。
18.如权利要求1所述的一种紧凑型空中成像装置，其特征在于：所述阵列菲涅尔透镜中每个子菲涅尔透镜的光轴与对应子光路光轴重合。
19.如权利要求1所述的一种紧凑型空中成像装置，其特征在于：单个子成像系统经过阵列菲涅尔透镜成像，整个光路的总焦距为f，光学总长为TTL，最后成像高度为Imgh，满足0.4<TTL/f<0.7；4<TTL/Imgh<20。
...【技术特征摘要】
1.一种紧凑型空中成像装置，其特征在于，包括阵列菲涅尔透镜和至少两个子成像系统，所述子成像系统用于呈现子图像，所述阵列菲涅尔透镜用于将所有的子图像拼接成完整的实像；
2.如权利要求1所述的一种紧凑型空中成像装置，其特征在于，所述图像源包括背光、lcd屏幕、第二四分之一波片和透镜组，所述背光产生的光线依次穿过lcd屏幕、第二四分之一波片和透镜组，所述透镜组的光焦度为正。
3.如权利要求2所述的一种紧凑型空中成像装置，其特征在于，穿过所述lcd屏幕的光线偏振方向与第二四分之一波片光轴方向呈45°±2°夹角。
4.如权利要求2所述的一种紧凑型空中成像装置，其特征在于，所述lcd屏幕与所述凹面透反镜的距离小于阵列菲涅尔透镜到凹面透反镜的距离。
5.如权利要求2所述的一种紧凑型空中成像装置，其特征在于，所述透镜组的镜片数量为0～3片之间。
6.如权利要求1所述的一种紧凑型空中成像装置，其特征在于，所述凹面透反镜光轴与阵列菲涅尔透镜光轴重合。
7.如权利要求1所述的一种紧凑型空中成像装置，其特征在于，阵列菲涅尔透镜基底为平面，其子单元的等效曲率半径取值为子单元对角线长度的1～3.4倍，菲涅尔齿间距在0.1mm～0.8mm之间，拔模角取值在0°～23°之间。
8.如权利要求1所述的一种紧凑型空中成像装置，其特征在于，所述凹面透反镜的曲率半径大于其对角线长度的1.2倍。
9.如权利要求1所述的一种紧凑型空中成像装置，其特征在于，每个所述子成像系统的光学参数均相同，且每个子成像系统光路的光轴始终垂直于阵列菲涅尔透镜。
10.如权利要求1所述的一种紧凑型空中成像装置，其特征在于，所述凹面透反镜的光焦度大于1.3倍的阵列菲涅尔透镜光...
【专利技术属性】
技术研发人员：许敏，冯珉，彭樟娣，任建文，
申请(专利权)人：浙江棱镜全息科技有限公司，
类型：新型
国别省市：
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