具有阵列式反射单元的光学成像器件及光学成像系统的制作方法

1.本技术涉及空间立体成像技术领域，特别是涉及一种具有阵列式反射单元的光学成像器件及光学成像系统。


背景技术：

2.空间立体成像技术主要采用垂直的两个镜面将光线按照反射定律进行两次反射。以相互垂直的两个镜面为反射单元，由多个反射单元在水平面上整齐排列而形成的阵列结构，可以将来自物体的对应入射光线进行两次反射，使得反射光线在空中重新汇聚成像。该阵列结构能够反射点光源、线光源或面光源，且反射后光线在空中汇聚后仍然是点光源、线光源或面光源，这一特殊的光路反射效果，使得该阵列结构可以作为一种几何光波导装置，支持空中成像技术走向实际应用。相关技术中，用于实现空间立体成像的具有阵列式反射单元的光学成像器件存在生产成本较高、结构较复杂的问题。


技术实现要素：

3.本技术实施例的目的在于提供一种具有阵列式反射单元的光学成像器件及光学成像系统，以降低具有阵列式反射单元的光学成像器件的生产成本，简化光学成像器件的结构。
4.具体技术方案如下：
5.本技术实施例第一方面提供一种具有阵列式反射单元的光学成像器件，包括：
6.框架，在所述框架上形成有多个呈阵列排布的镂空部，所述镂空部由设置在所述框架上的多个侧壁围成，相邻的两个所述侧壁之间具有正交关系，所述侧壁上设置有反射层；
7.透明填充部，所述透明填充部一部分填充于所述镂空部内，所述透明填充部的另一部分凸出于所述镂空部的外侧，并沿所述框架的高度方向能够覆盖所述框架的一个侧面或者两个侧面，以使填充于各个所述镂空部内的填充部连接为一个整体。
8.根据本技术实施例的具有阵列式反射单元的光学成像器件，其包括框架，框架上形成有多个阵列排布的镂空部，形成镂空部的相邻两个侧壁之间具有正交关系，且侧壁设置有反射层，反射层用于反射光线，使得相邻两个侧壁可以构成一个正交反射单元。每个正交反射单元包括两个相互正交的反射面。框架上的多个镂空部则构成了光学器件用于成像的多个正交反射单元。相关技术中的用于实现空间立体成像的具有阵列式反射单元的光学成像器件，多采用将两个复合镜片进行粘接的方式制作而成，其中的每个复合镜片包括多个彼此平行的反射面，两个复合镜片以反射面相互正交的方式进行粘接。与相关技术中的具有阵列式反射单元的光学成像器件相比，本技术实施例中的具有阵列式反射单元的光学成像器件仅为单层结构，结构简单并且制作成本更低。
9.另外，填充于镂空部内的透明填充部能够起到支撑框架的作用，从而提高光学成像器件的强度，延长光学成像器件的使用寿命，同时，透明填充部能够保护反射层，以避免
反射层因裸露在外而易于发生磨损。本技术实施例中，框架为一体式结构，与此同时，透明填充部也为一体式结构，其一部分填充于镂空部内，一部分凸出于镂空部的外侧，并覆盖框架沿高度方向的一个侧面或者两个侧面。凸出于镂空部外侧的填充部使得填充于镂空部内的各个分立的镂空部能够被连接在一起，并起到连接框架的作用，使框架与透明镂空部成为一个整体，无需额外的工艺将两者进行连接，从而能够进一步简化生产工艺，降低生产成本。
10.另外，根据本技术实施例的具有阵列式反射单元的光学成像器件，还可以具有如下附加的技术特征：
11.根据本技术的一些实施例，多个所述镂空部沿相互垂直的第一方向和第二方向阵列排布，形成所述镂空部的各个侧壁与所述第一方向或所述第二方向呈45
°
夹角设置。
12.根据本技术的一些实施例，在所述框架的边缘形成有凹陷部，所述透明填充部还填充于所述凹陷部。
13.根据本技术的一些实施例，填充于所述凹陷部的所述透明填充部的高度与填充于所述镂空部内的所述透明填充部的高度相等。
14.根据本技术的一些实施例，所述透明填充部凸出于所述框架部分的高度为0.5mm-3mm。
15.根据本技术的一些实施例，所述框架沿高度方向的一侧或者两侧均设有凸起部。
16.根据本技术的一些实施例，所述凸起部靠近所述框架的边缘设置，所述凸起部为多个且均匀分布。
17.根据本技术的一些实施例，所述框架的高度与形成所述镂空部的相对的两个所述侧壁之间的距离之比为1:1至3:1。
18.根据本技术的一些实施例，形成所述镂空部的两个相对的所述侧壁之间的距离为0.1mm-5mm。
19.根据本技术的一些实施例，形成所述镂空部的各个所述侧壁的厚度为1mm以下。
20.本技术第二方面提供一种光学成像系统，包括多个光学成像器件，所述光学成像器件为以上所述的光学成像器件。
附图说明
21.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的实施例。
22.图1为本技术实施例所提供的具有阵列式反射单元的光学成像器件在一种实施例中的示意图；
23.图2为图1中具有阵列式反射单元的光学成像器件去掉部分透明填充部的示意图；
24.图3为框架的结构示意图；
25.图4为本技术实施例所提供的具有阵列式反射单元的光学成像器件在另一种实施例中的示意图；
26.图5为正交反射单元中正交反射镜面的光路原理图；
27.图6为正交反射单元中正交反射镜面的三维光路原理图；
28.图7为正交反射单元中正交反射镜面的成像原理图；
29.图8为正交反射单元中正交反射镜面的空间成像原理图；
30.图9为正交反射单元光点s与像s
′
的关系图。
具体实施方式
31.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员基于本技术所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
32.应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。文中描述的方法步骤、过程、以及操作不解释为必须要求它们以所描述或说明的特定顺序执行，除非明确指出执行顺序。还应当理解，可以使用另外或者替代的步骤。
33.尽管可以在文中使用术语第一、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施方式的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。
34.为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“内部”、“外部”、“内侧”、“外侧”、“下面”、“下方”、“上面”、“上方”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。例如，如果在图中的装置翻转，那么描述为“在其它元件或者特征下面”或者“在其它元件或者特征下方”的元件将随后定向为“在其它元件或者特征上面”或者“在其它元件或者特征上方”。因此，示例术语“在
……
下方”可以包括在上和在下的方位。装置可以另外定向，例如旋转90度或者在其它方向，并且文中使用的空间相对关系描述符相应地进行解释。
35.本技术实施例第一方面提供一种具有阵列式反射单元的光学成像器件，该具有阵列式反射单元的光学成像器件用于空间立体成像，比如，可用于但不限于会议、教学、展示、传媒、城市基础设施等应用场景。具体地，如图1、图2、图3所示，具有阵列式反射单元5的光学成像器件包括框架10和透明填充部2，在框架10上形成有多个呈阵列排布的镂空部1，镂空部1由设置在框架10上的多个侧壁3围成，相邻的两个侧壁3之间具有正交关系，侧壁3上设置有反射层；透明填充部2一部分填充于镂空部1内，透明填充部2的另一部分凸出于镂空部1的外侧，并沿框架10的高度方向h能够覆盖框架10的一个侧面或者两个侧面，以使填充于各个镂空部1内的填充部连接为一个整体。
36.如图3所示，多个镂空部1呈阵列排布于同一平面中，基于此，可以定义框架10的高度方向为h，其中，高度方向h垂直于多个镂空部1进行排布而构成的平面。进一步地，在多个镂空部1进行排布而构成的平面内，框架10在一个方向上的尺寸可以定义为框架10的长度，该方向定义为框架10的长度方向l，框架10在另一个方向上的尺寸可以定义为框架10的宽度，该另一个方向定义为框架10的宽度方向w，其中，长度方向l与宽度方向w相互垂直。可以理解的是，框架10在长度方向l上的尺寸可以大于框架10在宽度方向w上的尺寸，或者框架10在长度方向l上的尺寸可以等于框架10在宽度方向w上的尺寸，在前一种情况下，框架10沿高度方向h的横截面呈长方形，在后一种情况下，框架10沿高度方向h的横截面呈正方形。
37.根据本技术实施例的具有阵列式反射单元的光学成像器件，如图3所示，其包括框架10，框架10上形成有多个阵列排布的镂空部1，形成镂空部1的相邻两个侧壁3之间具有正交关系，且侧壁3设置有反射层，反射层用于反射光线，使得相邻两个侧壁3可以构成一个正交反射单元5。如图1至图3中虚线所示，每个正交反射单元5包括两个相互正交的反射面。框架10上的多个镂空部1则构成了光学器件用于成像的多个正交反射单元5。相关技术中的用于实现空间立体成像的具有阵列式反射单元的光学成像器件，多采用将两个复合镜片进行粘接的方式制作而成，其中的每个复合镜片包括多个彼此平行的反射面，两个复合镜片以反射面相互正交的方式进行粘接。与相关技术中的具有阵列式反射单元的光学成像器件相比，本技术实施例中的具有阵列式反射单元的光学成像器件仅为单层结构，结构简单并且制作成本更低。
38.另外，填充于镂空部1内的透明填充部2能够起到支撑框架10的作用，从而提高光学成像器件的强度，延长光学成像器件的使用寿命，同时，透明填充部2能够保护反射层，以避免反射层因裸露在外而易于发生磨损。在本实施例中，如图2、图3所示，框架10为一体式结构，与此同时，透明填充部2也为一体式结构，其一部分填充于镂空部1内，一部分凸出于镂空部1的外侧，并覆盖框架10沿高度方向h的一个侧面或者两个侧面。凸出于镂空部1外侧的填充部使得填充于镂空部1内的各个分立的镂空部1能够被连接在一起，并起到连接框架10的作用，使框架10与透明镂空部1成为一个整体，无需额外的工艺将两者进行连接，从而能够进一步简化生产工艺，降低生产成本。
39.可以理解的是，如图1所示，透明填充部2可以覆盖于框架10沿高度方向h的两个侧面，即光学成像器件沿高度方向h的两个侧面均为透明填充部2形成的表面。如图4所示，透明填充部2也可以覆盖于框架10沿高度方向h的一个侧面，使得光学成像器件的一个侧面为框架10本身和填充于镂空部1内的透明填充部2共同组成的表面，光学成像器件的另一个表面为透明填充部2形成的表面；覆盖于框架10侧面的透明填充部2对内部框架10能够起到保护作用。
40.其中，透明填充部2可以为透明树脂材料，由于树脂材料的柔韧性好、耐腐蚀、耐高低温、抗老化，能够提高光学成像器件的抗震性以及抗老化性。反射层可以为反光膜或金属镀层。反射层采用反光膜或金属镀层，均可以实现较好的光反射效果，同时，这两种形成反射层的方式，成本也都较低。
41.进一步地，反光膜可以是由表层(保护膜)、反光层(功能层)、基层(承载层)、胶粘层和底层(保护层)等多层不同物质组成的膜结构物体。反光膜的表层一般是由是透光性和耐候性能良好的树脂薄膜，反光层根据不同类型的反光膜其组成材料也各不相同，有微小
玻璃珠、微棱镜等，基层多为树脂有机化合物制成的薄膜，胶粘层一般是环氧树脂胶，底层是厚纸做的保护层。金属镀层可以为镀银层或镀铝层，因为银和铝具有较高的亮度，因此采用银和铝作为反射层，能够具有较高的反射率。
42.为了便于理解具有阵列式反射单元的光学成像器件的工作原理，如图5、图6、图7及图8所示，示意了利用正交反射单元5成像的几种情形。如图5所示，入射光线经过正交反射单元5两次反射后，以平行于入射光线的方向出射，即出射光线、入射光线及一次反射光线在同一平面内；如图6所示展示了光线在正交反射单元5的反射路径。如图7所示的正交反射单元5的俯视图，如图8所示的正交反射单元5的三维图，当正交反射单元5为多个且排布呈阵列时，还能够对线光源或面光源进行成像，所成的像s
′
相对于s有一定的偏移，偏移量与正交反射单元5的尺寸有关。这个偏移实际是说明了镜面成像所成的图像与原来的图像具有相反的空间性。每一个正交反射单元5可以理解为一个“像素点”，该像素点呈现与原图像相反的图像信息；例如，当s
′
是一幅完整的图像时，假定其是由4
×
4个像素点组成，细究每一个像素点携带的信息其实与s原图像对应的位置左右相反，但是整体s
′
是完整的，如图9所示。当光源为线光源或面光源时，且当正交反射单元5的尺寸足够小、足够密集时，该偏移可以忽略不计。
43.根据本技术的一些实施例，如图1-图4所示，多个镂空部1沿相互垂直的第一方向和第二方向阵列排布。其中，第一方向和第二方向可以分别称之为“行方向”和“列方向”。形成镂空部1的各个侧壁3与第一方向或第二方向呈45
°
夹角设置。
44.请详细参考图3和图4所示，形成镂空部1的各个侧壁3与第一方向或第二方向的夹角θ为45
°
，其中，第一方向可以对应框架10的宽度方向w，第二方向可以对应框架10的长度方向l。由此，使得用户沿着框架10的长度方向l或宽度方向w的侧边看过去，正好是正交反射单元5的角平分线的方向。这种框架10结构的光学成像器件，可以直接沿着框架10的长度方向l或者宽度方向w的侧边去观察成像结果，更方便用户观察。
45.根据本技术的一些实施例，如图8、图9所示，在框架10的边缘形成有凹陷部4，透明填充部2还填充于凹陷部4。
46.如图1-图4所示，凹陷部4为位于边缘的相邻侧壁3围成的部分，透明填充部2填充于凹陷部4，能够加强对光学成像器件内部结构的保护作用，并且提高光学成像器件边缘位置的强度。另外，透明填充部2填充于凹陷部4，使得光学成像器件的边缘更加平整，减少与外界发生剐蹭的风险。
47.根据本技术的一些实施例，填充于凹陷部4的透明填充部2的高度与填充于镂空部1内的透明填充部2的高度相等。透明填充部2的高度处处相等，更加方便透明填充部2的一体成型，能够简化生产工艺。其中，透明填充部2的高度，是指透明填充部2在框架10的高度方向h上的尺寸。
48.根据本技术的一些实施例，如图2所示，透明填充部2凸出于框架10外侧的高度为0.5mm-3mm。
49.凸出于框架10外侧的透明填充部2用于连接填充于镂空部1的各个透明填充部2，使得光学成像器件能够成为一个整体。凸出的部分高度过小，比如0.5mm，使得凸出部分与填充于镂空部1内的透明填充部2之间的连接过于薄弱，强度不足。凸出的部分高度过大，比如大于3mm，光线照射到框架10的反射层时，需要穿过透明填充部2的距离越大，容易造成光
线损失，影响光学成像器件的成像效果。因此，透明填充部2凸出于框架10外侧的高度为0.5mm-3mm，既能提高凸出的部分与填充于镂空部1内的透明填充部2之间的连接强度，又能尽量减小光线损失。
50.根据本技术的一些实施例，如图1所示，框架10沿高度方向h的一侧或者两侧均设有凸起部6。
51.如图1所示，本技术实施例仅示意了在框架10的一侧设置凸起部6的情形，凸起部6用于支撑框架10离开所放置的平面，便于光学成像器件制作过程中，控制透明填充部2凸出于镂空部1外侧的部分的高度。当然，凸起部6也可以在框架10沿高度方向h的两侧同时设置。
52.具体地，凸起部6靠近框架10的边缘设置。凸起部6可以为多个，且多个凸起部6均匀分布，由此，在支撑框架10时更稳固，不容易倾倒，方便光学成像器件的成型工艺。
53.根据本技术的一些实施例，如图1和图3所示，框架10的高度h与形成镂空部1的相对的两个侧壁3之间的距离d之比为1:1至3:1。其中，框架10的高度h是指，框架10在高度方向h上的尺寸。
54.在本实施例中，框架10的高度h决定了反射层能够接收到光线照射的多少。当框架10的高度h小于相对的两个侧壁3之间的距离d时，反射层可接收到的光线较少，因此反射出去的光线也较少，形成的图像亮度较低。当框架10的高度h为相对的两个侧壁3之间的距离d的1～3倍时，反射层能够接收到的光线较多，因此反射出去的光线也较多，形成的图像亮度较高。当框架10的高度h继续增大，比如框架10的高度h与相对的两个侧壁3之间的距离d之比大于3时，反射层接收到的光线虽然多，但是光线出射之前经过的反射次数更多，衰减严重，因此，当框架10的高度h与相对的两个侧壁3之间的距离d之比为1:1至3:1时，图像亮度最高。
55.根据本技术的一些实施例，如图1和图3所示，形成镂空部1的两个相对的侧壁3之间的距离d为0.1mm-5mm。
56.在本实施例中，形成镂空部1的相对的两个侧壁3之间的距离d最终决定了显示屏像素点之间的间距。相对的两个侧壁3之间的距离d越小，用于成像的反射单元5数量越多，且反射单元5之间的间距越小，形成的像素点之间的间距越小，因此，显示屏的显示质量越高，所成的图像也越清晰。但是，实际工艺中，工艺难度与成本限制了相对的两个侧壁3之间的距离d不能无限小。
57.在本技术的一些实施例中，如图3所示，形成镂空部1的各个侧壁3的厚度为1mm以下。
58.本实施例中，各个侧壁3的厚度决定了显示屏成像时像素点本身的大小，像素点越小，显示屏显示质量越高。同时，当侧壁3厚度越小，使得沿框架10的长度方向l或者宽度方向w的相邻反射层之间的距离也越小，从而使聚焦成像的像素点间距变小，提高具有阵列式反射单元的光学成像器件的成像效果。侧壁3的厚度在一定程度上影响沿框架10的长度方向l或者宽度方向w的相邻反射层之间的距离，因此侧壁3厚度越薄越好。但是，考虑到框架10的结构稳定性以及工艺水平，这个厚度也不能太小。侧壁3的厚度大小必须既能保证框架10结构本身的稳定，又能保证实际工艺可以达到。
59.本技术实施例第二方面提供一种光学成像系统，光学成像系统包括多个以上所述
的光学成像器件。该光学成像系统的光学成像器件具有结构简单，容易制作的优点，因此能够提高光学成像系统的生产效率，降低光学成像系统的制作成本。
60.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
61.本技术的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。
62.以上所述仅为本技术的较佳实施例，并非用于限定本技术的保护范围。凡在本技术的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本技术的保护范围内。