一种阵列式空气成像全息光学系统的制作方法

1.本发明涉及一种阵列式空气成像全息光学系统。


背景技术：

2.三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。
3.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。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种阵列式空气成像全息光学系统，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。
5.为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：一种阵列式空气成像全息光学系统，包括：
6.用于显示图案的图像源；
7.和用于将图像源发出的光线折射后在空气中成放大实像的阵列式透镜组；
8.所述阵列式透镜组包括多个透镜，所有透镜按矩阵式排列。
9.优选的，所述透镜为微透镜，可以让阵列式透镜组上拥有更多的透镜单元，提高画面的细腻度。
10.优选的，所述透镜为菲涅尔透镜，菲涅尔透镜价格低廉易于制造，并且可以将整个阵列式透镜组做的更加轻薄。
11.优选的，所述图像源与阵列式透镜组之间的光路上还设有第一反射镜；和/或，所述阵列式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、阵列式透镜组和实像之间的位置，合理利用空间，便于布局。
12.优选的，所述阵列式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。
13.优选的，所述图像源为一个或多个发光源，根据需要显示的图像的精度选择合适的图像源。
14.优选的，所述图像源为多个发光源时，发光源按矩阵式排列，更容易编辑不同发光源所要显示的内容。
15.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。
16.优选的，所述投影机为dlp投影机或者激光mems模组，所述投影机与阵列式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。
17.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。
18.与现有技术相比，本发明的优点是：采用阵列式透镜组，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，利用阵列式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。
19.相对于采用单片菲涅尔透镜作为成像单元，阵列式透镜组由多个矩阵式排列的透镜组成，可以使所成实像更加细腻，并且能有效降低像差，获得更加清晰的图像。
附图说明
20.图1为本发明一种阵列式空气成像全息光学系统的实施例一的结构示意图；
21.图2为本发明一种阵列式空气成像全息光学系统的实施例一的成像原理图；
22.图3为本发明一种阵列式空气成像全息光学系统的实施例二的结构示意图；
23.图4为本发明一种阵列式空气成像全息光学系统的实施例二的成像原理图；
24.图5为本发明一种阵列式空气成像全息光学系统中微透镜组成的阵列式透镜组的立体图；
25.图6为本发明一种阵列式空气成像全息光学系统中采用多个发光源与阵列式透镜组的成像原理图；
26.图7为本发明一种阵列式空气成像全息光学系统中菲涅尔透镜组成的阵列式透镜组的立体图。
具体实施方式
27.下面详细描述本发明的实施例，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，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
28.在本发明的描述中，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发明和简化描述，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发明的限制。
29.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。在本发明的描述中，“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。
30.实施例一：
31.参阅图1、图2为本发明一种阵列式空气成像全息光学系统的实施例一，一种阵列式空气成像全息光学系统，包括：
32.用于显示图案的图像源1；
33.和用于将图像源1发出的光线折射后在空气中成放大实像5的阵列式透镜组3；
34.所述阵列式透镜组3包括多个透镜31，所有透镜31按矩阵式排列。
35.阵列式透镜组3要实现成放大的实像5，一般采用凸透镜的原理，并且图像源1与阵列式透镜组3之间的间距保持在一倍到两倍焦距之间，多个透镜可以理解为多个单独的透镜组合，为了更好的成像效果，每个透镜可以做成正方形的形状，这样可以实现相邻透镜之间的无缝拼接。所谓阵列式排列，基本是按照排和列分布的形式，一般来说排的数量大于等于两排，列的数量也大于等于两列。
36.如图5、图7所示，透镜可以为微透镜或者菲涅尔透镜，根据产品的设计成本自由选择采用何种透镜，当然也可以为玻璃凸透镜，每个透镜单元可以直接在加工时一体制造在一块基板上，减少透镜之间间隙对成像质量的影响，每个透镜的参数可以完全相同，可以针对现实图像的特性对不同位置的透镜参数做相应的调整。
37.上述系统的图像源1可以采用lcd、led、oled或lcos中的一种，这些图像源1拥有较为成熟的显示技术，比较易于获得，而且成本比较容易控制，适用于图像源1不太大的情况下使用。
38.如图6所示，图像源1可以是一个发光源，比如一块lcd显示器，也可以是多个发光源32，比如多块lcd显示器组成的显示组，多个发光源也可以按阵列形式排列，发光源的数量可以与透镜的数量相等，也可以不相等。
39.对于整个光学系统来说，为了合理布局，提高空间利用率，在图像源1与阵列式透镜组3之间可以增加第一反射镜2，而阵列式透镜组3和实像5之间的光路上也可以增加第二反射镜4，利用反射镜调整光线走向。
40.如图2所示，图像源1竖直设置，阵列式透镜组3水平设置，第一反射镜2和第二反射镜4均与水平面成45度，图像源1发出的光线经过第一反射镜2的反射垂直射入阵列式透镜组3，经过阵列式透镜组3的折射后，光线照射在第二反射镜4上，通过第二反射镜4的反射在空气中成实像5，而用户看见的就是悬浮在空气中的像，该实像5的尺寸比图像源1的尺寸大，所以可以理解为得到的是一个放大的实像5。
41.实施例二：
42.如图3、图4，与实施例一的区别在于，图像源1变为投影机6，比如dlp投影机6或者激光mems模组，因为图像源1的发光特性改变了，所以在投影机6与阵列式透镜组3之间增加扩散片7，高图像源1的发散角度，扩大人眼观测实像5的角度，一般来说，扩散片7的透光率为70％
±
10％，高于80％的透光率，观察者可以看到投影机6明亮的投射点，而低于60％的透光率，会导致图像模糊，亮度不够，影响到用户的使用。
43.实施例二相对于实施例一来说，更换了可以形成更大源图像的图像源1，用于呈现更大实像5的场景中使用，对于更大的显示场景来说投影机6的造价和体积要明显低于实施例一的图像源1。
44.上述方案采用阵列式透镜组3，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，利用阵列式透镜组3的折射原理在空气中成放大的实像5，从而在图像源1较小的情况下可以获得比图像源1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。
45.相对于采用单片菲涅尔透镜作为成像单元，阵列式透镜组3由多个矩阵式排列的透镜组成，可以使所成实像5更加细腻，并且能有效降低像差，获得更加清晰的图像。
46.以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此，任何本
领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。