本发明涉及近眼光学领域，具体涉及一种光束扩展光学结构。
背景技术：
光路的设计和搭建过程中，经常需要将一束光扩展为多束平行光的光学结构，以实现增添光束的功能，达到新建光路或扩展光路的目的。解决这一光学问题的核心器件是分束器，这种光学装置在干涉仪中普遍使用，通常是由金属膜或介质膜构成，实现光束的半反功能。但单一的分束器很难将光线扩展为多束平行光，且分束后光通量损失严重，实际应用极大受限。而将半透半反膜系应用在近眼光学系统上时，因近眼光学系统要求光学元件微型化，轻量化，因此需要较小的光学焦距，确保光学元件的总长在15mm以内，但小的焦距会引起像差较大。因此，亟待一种可以扩展光束，增大光学系统出瞳的光学结构。
技术实现要素：
本发明针对现有技术的不足，提出一种光束扩展光学结构，从而实现光学放大的功能，增大光学系统的出瞳，且该结构体积小。
本发明的目的通过如下的技术方案来实现：
一种光束扩展光学结构，其特征在于，该光学结构包括若干个叠加的微透镜组成的透镜阵列以及位于所述的透镜阵列两端的三角形棱镜，每个所述的微透镜为平行四边形结构，且所述的微透镜的两个平行的微透镜表面均镀有反射率10％-90％的膜层，且每个微透镜和三角形棱镜镀膜的光学面依次叠加胶合，形成所述的光学结构。
进一步地，所述的膜层为半透半反膜。
进一步地，所述的光学结构为若干光学结构单元在平面二维空间的叠加，每个光学结构单元均包括若干个叠加的微透镜组成的透镜阵列以及位于所述的透镜阵列两端的三角形棱镜，进而增大扩束范围。
进一步地，所述的光学结构为若干光学结构单元在三维空间的叠加，每个光学结构单元均包括若干个叠加的微透镜组成的透镜阵列以及位于所述的透镜阵列两端的三角形棱镜，进而增大扩束范围。
本发明的有益效果如下：
本发明中通过微透镜上的膜层，实现了光线的透射与反射，结合微透镜的叠加结构，从而实现了光束的扩展功能，进而增大了光学系统的出瞳。应用在vr系统内，可获得较大的eyebox。
本发明的光束扩展光学结构，实现了光路的折返，在有限空间内增加了光学系统的有效光程，从而降低了整个系统的机械长度。
附图说明
图1为单个微结构的光路图；
图2为本发明的光束扩展光学结构的光路示意图；
图3为本发明的光束扩展光学结构的实施例一光路示意图；
图4为本发明的光束扩展光学结构的实施例二光路示意图；
图5为本发明的光束扩展光学结构的实施例三整体结构示意图；
图6为本发明的光束扩展光学结构的实施例三中其中一部分的结构示意图。
具体实施方式
下面根据附图和优选实施例详细描述本发明，本发明的目的和效果将变得更加明白，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，对于单个微结构，图1中1为入射光束，21为第一微透镜表面，22为第二微透镜表面，31为第一部分出射光，32为第二部分出射光，41为第三部分出射光。第一微透镜表面21和第二微透镜表面22均镀有一定反射率的膜层，这里取反射率0.5，即透射率0.5，膜系特性为半透半反。入射光束1垂直入射该单个微结构，经第一微透镜表面21透射后有第一部分出射光31，其反射光经第二微透镜表面22再反射后有第二部分出射光32，经过此平行四边形的微结构得到了两束互相平行的光束31和32。
如图2所示，将图1中的微结构中镀有反射膜的光学面进行叠加，胶合，得到光束扩展的光学结构。为保持结构的完整性，上下表面分别胶合三角形棱镜。该结构可以实现光束扩展，且扩展的光束数量与微平行四边形数量有关。从而形成本发明的光束扩展光学结构，该光学结构包括若干个叠加的微透镜组成的透镜阵列以及位于所述的透镜阵列两端的三角形棱镜，每个所述的微透镜为平行四边形结构，且所述的微透镜的两个平行的微透镜表面均镀有反射率10％-90％的膜层，且每个微透镜和三角形棱镜镀膜的光学面依次叠加胶合，形成所述的光学结构。
此外，考虑出射光的光强分布，可以推导出如下公式：
i1＝i0·t
in＝i0·(1-t)2·tn-2n＝2，3，4，5...
式中，i0为入射光强，t为微结构表面反射膜的透射率，i1为入射光经微结构表面后透射光强，in为入射光经n次反射后光强。
由此可见，扩束后的光线光强呈指数衰减，且衰减系数与透射率t有关。透射率越大，未经偏转的i1占据了较大的光强，导致经偏转后的光束整体光强较弱。透射率越小，则发光强度随着偏转光束的增多迅速衰减，光束扩展效果不明显。因此，在这里选取反射率50％的膜层作为优选方案。
为了保证光束扩展效果，本实施例采用准直之后的平行光源。
图3为本发明的光束扩展光学结构的实施例一光路示意图。图3中1为入射光束，201、202、203、204、205、206分别为第一、二、三、四、五、六微透镜表面，31、32、33、34、35、36、41分别为第一、二、三、四、五、六、七部分出射光。其中第三微透镜表面203和第四微透镜表面204间有一个或多个微透镜表面，第三部分出射光33和第四部分出射光34间有一个或多个部分出射光。各个微透镜表面均镀有一定反射率的膜层，这里取反射率0.5。入射光束1垂直入射该单个微结构，经第一微透镜表面201透射后有第一部分出射光31，其反射光经第二微透镜表面202再反射后有第二部分出射光32。依次类推，分别产生第一、二、三、四、五、六、七部分出射光31、32、33、34、35、36、41，其中第三部分出射光33和第四部分出射光34间有一个或多个部分出射光。因此，经过此平行四边形的微结构得到了多束互相平行的光束。
为实现二维扩束的效果，可对微结构进行叠加。图4为本发明的光束扩展光学结构的实施例二光路示意图。图4中1为入射光，31-36和41-43为各部分出射光。20为第一微结构，21为第二微结构，22为第三微结构。其中第三微表面203和第四微表面204间有一个或多个微表面，第二微结构21和第三微结构22中间有一个或多个微结构。各个微透镜表面均镀有一定反射率的膜层，这里取反射率0.5。入射光束1垂直入射第一微结构20，经第一微透镜表面201透射后有第一部分出射光，其经第二微结构21等，最终到达微结构22，最后以部分出射光31出射。第一微透镜表面201的反射光经第二微透镜表面202再反射后经第二微结构21等，最终到达微结构22，最后出射部分出射光32。依次类推，分别产生部分出射光31-36和41-43。其中部分出射光33和部分出射光34、部分出射光42和部分出射光43间有一个或多个部分出射光。因此，该微结构实现了二维扩束的效果。
对实施例二作进一步优化，图5为本发明的光束扩展光学结构的实施例三整体结构示意图。该正方形结构可以按照对角线分割成四部分，每个部分的微结构成对称分布。其中一部分的结构示意图如图6所示。当入射正方形中心的光进入这部分结构时，根据实例一所示，会沿着微结构叠加的方向形成扩展。因此只要入射光入射到图5所示中心位置处，并分别进入到四个部分的微结构，即可实现二维扩束的效果。此结构相对于实施例二，减小了光轴方向的机械长度。
本发明所述的微透镜组成的阵列可进行多个维度叠加，进而增大扩束范围。叠加方案包括但不仅局限于上述实施案例。
本领域普通技术人员可以理解，以上所述仅为发明的优选实例而已，并不用于限制发明，尽管参照前述实例对发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在发明的精神和原则之内，所做的修改、等同替换等均应包含在发明的保护范围之内。