[發明專利]用于空氣成像的菲涅爾透鏡組及空間成像光學系統

在審

• 申請號: 202010475729.X
• 申請日: 2020-05-29
• 公開（公告）號: CN113741057A
• 公開（公告）日: 2021-12-03
• 發明（設計）人: 彭顯楚;張峰;李宗揚;許敏
• 申請（專利權）人: 浙江棱鏡全息科技有限公司
• 主分類號: G02B30/56
• 分類號: G02B30/56;G02B3/08
• 代理公司: 杭州華鼎知識產權代理事務所(普通合伙) 33217
• 代理人: 歐陽俊

本發明公開了用于空氣成像的菲涅爾透鏡組，包括至少兩片平行設置的菲涅爾透鏡，每片所述菲涅爾透鏡均包括基板和平行排列在基板上的直齒，相鄰菲涅爾透鏡的直齒均不平行。空間成像光學系統，包括：用于顯示圖案的圖像源和上述的菲涅爾透鏡組；所述菲涅爾透鏡組用于將圖像源發出光線折射后在空氣中成放大實像。本發明的優點是：穿過第一個菲涅爾透鏡的光線經過第二個菲涅爾透鏡進行修正，可以有效降低像差，獲得更加清晰的放大的圖像，同時有利于矯正畸變，確保圖像周邊也有較高的清晰度。

技術領域

本發明涉及一種在空氣中的成像裝置，具體涉及用于空氣成像的菲涅爾透鏡組及空間成像光學系統。

背景技術

三維實像成像裝置一般采用空氣成像平板透鏡在空氣中成像，空氣成像平板透鏡一般采用長條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兩塊透明基板之間壓印周期性且斜45°排布地尺寸相等的二面角矩形反射器或長條形反射器，通過二次反射進行空氣成像。

但是目前的空氣成像裝置放大率只有1，其光學系統不具備放大的功能，因此會導致體積過大而使應用領域受限，同時其成像系統不利于設備的小型化。

發明內容

本發明的目的在于提供用于空氣成像的菲涅爾透鏡組及空間成像光學系統，能夠有效解決現有空氣成像裝置體積過大而應用領域受限的問題。

為了解決上述技術問題，本發明是通過以下技術方案實現的：用于空氣成像的菲涅爾透鏡組，包括至少兩片平行設置的菲涅爾透鏡，每片所述菲涅爾透鏡均包括基板和平行排列在基板上的直齒，相鄰菲涅爾透鏡的直齒均不平行。

優選的，相鄰菲涅爾透鏡的直齒相互垂直，垂直狀態圖像最好，可以避免圖像傾斜旋轉。

優選的，所述直齒遠離基板的頂端設有棱線，且棱線為平行于所述基板的直線，更有利于光線的折射和匯聚，達到更好的圖像修正效果，形成更加清晰的圖像。

優選的，所述直齒為三棱柱，且一側面緊貼在基板上，三棱柱式的直齒易于制造，具有較好的消像差效果，同時成品率更高。

優選的，所述直齒的橫截面包括依次首尾相連的底邊和兩條斜邊，所述底邊緊貼在基板上，一條所述斜邊為弧線，另一條所述斜邊為弧線或者直線，弧線比直線消像差效果更好，最佳是兩條斜邊都為弧線。

優選的，相鄰兩塊所述菲涅爾透鏡對向設置；或者，相鄰兩塊所述菲涅爾透鏡同向設置；或者，相鄰兩塊所述菲涅爾透鏡背向設置；對向設置可以獲得最佳的光學性能，背向設置可以更好的固定兩塊菲涅爾透鏡之間的相對位置，同向設置也能獲得較好的光學效果，同向設置菲涅爾透鏡利于多塊菲涅爾透鏡的疊加。

優選的，兩塊所述菲涅爾透鏡緊貼在一起；或者，兩塊所述菲涅爾透鏡之間留有間隙。緊貼在一起可以盡量降低菲涅爾透鏡組的厚度，使整個裝置更加薄。

空間成像光學系統，包括：

用于顯示圖案的圖像源；

和上述的菲涅爾透鏡組；

所述菲涅爾透鏡組用于將圖像源發出光線折射后在空氣中成放大實像。

優選的，所述圖像源與菲涅爾透鏡組之間的光路上還設有第一反射鏡；和/或，所述菲涅爾透鏡組與實像之間的光路上設有第二反射鏡。利用反射鏡調整圖像源、菲涅爾透鏡組和實像之間的位置，合理利用空間，便于布局。

優選的，所述菲涅爾透鏡組的尺寸大于所成實像的尺寸，讓用戶能觀看到完整的像。

優選的，所述圖像源為LCD、LED、OLED、LCOS或投影機中的一種，降低圖像源的成本和門檻，適應性更廣。

優選的，所述投影機為DLP投影機或者激光MEMS模組，所述投影機與菲涅爾透鏡組之間還設有擴散片，加入擴散片提高圖像源的發散角度，擴大人眼觀測實像的角度。