[發(fā)明專利]一種基于微透鏡陣列的VR投影系統及其設計方法

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• 申請日: 2022-07-18
• 公開（公告）號: CN114967158A
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發(fā)明（設計）人: 李凡月;申建雷;沈寶良;黃偉
• 申請（專利權）人: 拾斛科技（南京）有限公司
• 主分類號: G02B27/01
• 分類號: G02B27/01;G02B27/00;G02B27/18
• 代理公司: 南京睿之博知識產權代理有限公司 32296
• 代理人: 周中民

1.一種基于微透鏡陣列的VR投影系統，其特征在于：包括沿投影光路方向依次設置的陣列圖案單元、圖案投影鏡陣列和棱鏡陣列，陣列圖案單元由多個子圖案單元構成，每個子圖案單元都包括子光源、子圖案和光學系統；

陣列圖案單元發(fā)射的光線被圖案投影鏡陣列準直成沿不同方向傳播的平行光后，經過棱鏡陣列轉折傳輸方向，最終從不同角度通過出瞳；

陣列圖案單元的子圖案單元、圖案投影鏡陣列的子投影鏡以及棱鏡陣列的子棱鏡一一對應，形成一路圖案投影的投影通道，每個子圖案單元發(fā)射的光線在對應的投影通道內獨立傳播；

每一投影通道出射的投影光線，其中部分光線的傳播方向與其他多個投影通道出射的投影光線中部分光線的傳播方向相同；

陣列圖案單元所有子圖案單元的子圖案組成圖案陣列，圖案陣列的圖案或/和圖案投影鏡陣列的子投影鏡的位置按非等間隔排布。

2.根據權利要求1所述的一種基于微透鏡陣列的VR投影系統，其特征在于：所述陣列圖案單元采用自發(fā)光類屏幕，每個子圖案單元的子光源、子圖案合為一體，光學系統包括子場鏡，陣列圖案單元所有子圖案單元的子場鏡組成場鏡陣列，子場鏡與對應的子投影鏡共光軸或不共光軸，子圖案發(fā)出的光線被子場鏡收集后，部分光線被子場鏡約束在與其對應的投影通道內，經過子圖案投影鏡、子棱鏡后，最終以設計角度通過出瞳，未被子場鏡約束在與其對應的投影通道內的光線不通過出瞳。

3.根據權利要求1所述的一種基于微透鏡陣列的VR投影系統，其特征在于：所述陣列圖案單元采用非自發(fā)光類屏幕，每個子圖案單元的光學系統包括子光源準直鏡、子場鏡，子光源、子光源準直鏡、子場鏡、子圖案沿投影方向以此排布，陣列圖案單元所有子圖案單元的子場鏡組成場鏡陣列，陣列圖案單元所有子圖案單元的子光源準直鏡組成光源準直鏡陣列，子光源準直鏡、子場鏡與對應的子投影鏡共光軸或不共光軸，子光源發(fā)出的光線經子光源準直鏡準直并被子場鏡收集后，部分光線被子場鏡約束在與其對應的投影通道內，經過子圖案、子圖案投影鏡、子棱鏡后，最終以設計角度通過出瞳，未被子場鏡約束在與其對應的投影通道內的光線不通過出瞳。

4.根據權利要求2或3所述的一種基于微透鏡陣列的VR投影系統，其特征在于：所述屏幕為單塊屏幕，每個子圖案單元構成單塊屏幕的一個圖案顯示區(qū)域，每個圖案顯示區(qū)域顯示一子圖案，圖案顯示區(qū)域之間的間隔相同時，圖案投影鏡陣列的子投影鏡之間的間距不同，圖案顯示區(qū)域之間的間隔不同時，圖案投影鏡陣列的子投影鏡之間的間距相同或不同。

5.根據權利要求2或3所述的一種基于微透鏡陣列的VR投影系統，其特征在于：所述屏幕為屏幕陣列，每個子圖案單元構成屏幕陣列的一子屏幕，每個子屏幕顯示一子圖案，子屏幕之間的間隔相同時，圖案投影鏡陣列的子投影鏡之間的間距不同，子屏幕之間的間隔不同時，圖案投影鏡陣列的子投影鏡之間的間距相同或不同。

6.根據權利要求2或3所述的一種基于微透鏡陣列的VR投影系統，其特征在于：各個投影通道之間設置阻光結構，未被子場鏡約束在與其對應的投影通道內的光線，被阻光結構吸收或阻擋。

7.根據權利要求1所述的一種基于微透鏡陣列的VR投影系統，其特征在于：所述出瞳設置在棱鏡陣列后方20mm附近，且出瞳大小為8mm。

8.根據權利要求1所述的一種基于微透鏡陣列的VR投影系統，其特征在于：所述棱鏡陣列為單層或多層，多層棱鏡陣列沿光線傳播方向依次設置，多層棱鏡陣列采用不同材料制成。

9.一種如權利要求1所述基于微透鏡陣列的VR投影系統的設計方法，其特征在于，該設計方法包括：

棱鏡陣列的子棱鏡轉折光線傳播方向角度的大小依據子棱鏡在棱鏡陣列中的位置、子棱鏡對應的子圖案在圖案陣列中的位置以及子棱鏡相對于出瞳的位置，通過從出瞳逆向追擊目標投影光線的方法確定；

在同一投影通道內，子圖案與子投影鏡之間的偏移距離，通過從出瞳逆向追擊目標投影光線的方法確定。