CN211857164U - 一种用于成像的光学装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于成像的光学装置，光学装置适于将显示光源中的图像转变成悬浮像，包括：半反射透镜和两个逆反射组件，其中一个逆反射组件与显示光源位于半反射透镜的一侧，另一个逆反射组件位于半反射透镜的另一侧，显示光源产生的光线经过半反射透镜的透射与反射作用结合两个逆反射组件的反射作用在半反射透镜背对显示光源的一侧汇聚形成悬浮像，通过采用两组逆反射组件，将透过半反射镜的光线和经过半反射镜反射的光线用两个逆反射组件分别反射汇聚在成像面上。通过两个逆反射组件对半反射透镜的透射与反射的相互配合，充分利用显示器提供的光能量，提高成像面光亮度。

Description

一种用于成像的光学装置

技术领域

本实用新型涉及光学技术领域，具体涉及一种用于成像的光学组件。

背景技术

随着成像显示技术的发展，对成像的特性要求不断提高。一方面要求有较高的解像，保证观察画面清晰度的同时，还需要满足小畸变要求。另一方面要求有三维立体显示特性的同时，具有裸眼三维全息显示要求。现有的成像技术一方面，主要采用透镜成像，主要受视场和孔径的限制，其存在球差、彗差、像散、场曲、畸变、色差等光学像差，其在大视场、大孔径成像显示领域受限较大。另一方面，现有的裸眼三维显示技术大多数是基于调节左右眼视差来实现三维感官，而非实际三维显示技术。

实用新型内容

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型提供了一种用于成像的光学组件，所述用于成像的光学装置通过增加逆反射组件的数量，并利用半反射镜将多个光束均投射在成像面上，提高成像面的光亮度。

根据本实用新型实施例的用于成像的光学装置，所述光学装置适于将显示光源中的图像转变成悬浮像，包括：半反射透和两个逆反射组件，两个逆反射组件，其中一个所述逆反射组件与所述显示光源位于所述半反射透镜的一侧，另一个所述逆反射组件位于所述半反射透镜的另一侧，所述显示光源产生的光线经过所述半反射透镜的透射与反射作用结合两个所述逆反射组件的反射作用在所述半反射透镜背对所述显示光源的一侧汇聚形成悬浮像。

根据本实用新型实施例的用于成像的光学装置，通过采用两组逆反射组件，将透过半反射镜的光线和经过半反射镜反射的光线用两个逆反射组件分别反射汇聚在成像面上，充分利用显示器提供的光能量，提高成像面光亮度。

另外，根据本实用新型的用于成像的光学装置，还可以具有如下附加的技术特征：

根据本实用新型的一些实施例，所述显示光源的一部分光线经过所述半反射透镜的反射作用形成第一部分光线，所述显示光源的一部分光线穿过所述半反射透镜形成第二部分光线，两个逆反射组件分别为：第一逆反射组件和第二逆反射组件。

根据本实用新型的一些实施例，所述第一逆反射组件设在所述半反射透镜朝向所述显示光源的一侧，所述第一部分光线在所述第一逆反射组件的反射作用下穿过所述半反射透镜；所述第二逆反射组件设在所述半反射透镜背向所述显示光源的一侧，所述第二部分光线在所述第二逆反射组件和所述半反射透镜的反射作用下与所述第一部分光线汇聚形成悬浮像。

根据本实用新型的一些实施例，所述半反射透镜与任意一个所述逆反射组件之间的夹角均为45°。

根据本实用新型的一些实施例，所述显示光源为平面显示器，所述半反射透镜与所述平面显示器所在的平面之间的夹角为45°。

根据本实用新型的一些实施例，所述显示光源包括：投影机、反射镜和散射透镜，所述反射镜用于将所述投影机产生的光线反射到所述半反射透镜上，所述散射透镜设在所述反射镜与所述半反射透镜之间。

根据本实用新型的一些实施例，所述散射透镜为全息散射透镜，所述全息散射透镜上形成有扩大光线发散角的全息衍射结构。

根据本实用新型的一些实施例，所述半反射透镜与所述散射透镜之间的夹角为45°，所述反射镜与所述散射透镜之间的夹角小于45°。

根据本实用新型的一些实施例，所述第一逆反射组件和所述第二逆反射组件中的至少一个包括：平面透镜和多个逆反射块，所述平面透镜的一侧表面形成为投射面，所述显示光源产生光线照射在所述投射面上，所述逆反射块设在所述平面透镜背对所述投射面的一侧，所述逆反射块背对平面透镜的一端具有弧形反射面。

根据本实用新型的一些实施例，多个所述逆反射块成多排多列状排布。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本实用新型一个实施例的双逆反射组件光学装置的结构示意图；

图2为根据本实用新型一个实施例的带投影机的双逆反射组件光学装置的结构示意图。

附图标记：

100：成像光学装置；

10：显示光源；

11：散射透镜；12：反射镜；13：投影机；

20：半反射透镜；

30：成像面；

40：逆反射组件；

41：逆反射组件；42：逆反射组件。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

下面参考图1-图2描述根据本实用新型实施例的用于成像的光学装置100，光学装置100适于将显示光源10中的图像转变成悬浮像，显示光源10中的图像可以是图片也可以是动画。

根据本实用新型实施例的一些实施例，光学装置100包括：半反射透镜20和两个逆反射组件40。

其中一个逆反射组件40与显示光源10位于半反射透镜20的一侧，另一个逆反射组件40位于半反射透镜20的另一侧，显示光源10产生的光线经过半反射透镜20的透射与反射作用结合两个逆反射组件40的反射作用在半反射透镜20背对显示光源10的一侧汇聚形成悬浮像。

具体而言，显示光源10产生的光线照射在半反射透镜20上，一部分光线穿过半反射透镜20，一部分光线经过半反射透镜20的反射照向与显示光源10同侧的逆反射组件40，被半反射透镜反射出去的光线经过逆反射组件40的逆反射作用，按照原方向返回照射在半反射透镜20上，然后穿过半反射透镜20，穿过半反射透镜20的光线照向与显示光源10不同侧的逆反射组件40，然后在逆反射组件40的逆反射作用下按照原方向返回照射在半反射透镜20上，在半反射透镜20的反射作用下与穿过半反射透镜和被半反射透镜反射出去的光线合并，并在半反射透镜20背对显示光源10的一侧汇聚形成悬浮像。

在现有技术中，显示光源显示目标图像，光线经半反射透镜反射到达逆反射组件，光线经过逆反射组件后，被单个逆反射组件将光线按原方向反射回来，再次到达半反射透镜，此时光线透过逆反射组件在成像面处成实像，但是由于半反射透镜的特性，光线在通过半反射透镜时被分为两部分，分别为透过半反射透镜的光线和经半反射透镜反射的光线，经半反射透镜反射的光线到达逆反射组件，再经过逆反射组件的反射，使光线到达成像面，但透过半射镜的光线，由于未经过逆反射组件对光线的汇聚，使这部分光线被浪费。

由此，根据本实用新型实施例的用于成像的光学装置，通过采用两组逆反射组件40，将透过半反射透镜20的光线和经过半反射透镜20反射的光线用两个逆反射组件40分别反射汇聚在成像面30上，两个逆反射组件40对半反射透镜20的透射与反射的相互配合，充分利用显示光源10提供的光能量，提高成像面30光亮度。

根据本实用新型的一些实施例，成像光学装置100中的两个逆反射组件分别为第一逆反射组件和第二逆反射组件，第一逆反射组件设在半反射透镜朝向显示光源的一侧，第二逆反射组件设在半反射透镜背向显示光源的一侧。显示光源10产生的光线照射在半反射透镜20上，一部分光线经过半反射透镜20的反射作用形成第一部分光线，一部分光线穿过半反射透镜20形成第二部分光线，第一部分光线经过第一逆反射组件的逆反射作用，按照原方向返回照射在半反射透镜20上，然后穿过半反射透镜20；第二部分光线穿过半反射透镜20后，照向与显示光源10不同侧的第二逆反射组件，然后在第二逆反射组件的逆反射作用下按照原方向返回照射在半反射透镜20上，在半反射透镜20的反射作用下第一部分光线与第二部分光线合并，并在半反射透镜20背对显示光源10的一侧汇聚形成悬浮像。

上述结构的第一逆反射组件和第二逆反射组件，不仅可以对两部分光线完成聚合，而且结构简单，装配方便。

如图1所示，半反射透镜20与任意一个逆反射组件40之间的夹角均为45°，也就是说，半反射透镜20与第一逆反射组件41间的夹角是45°，半反射透镜20与第二逆反射组件42间的夹角也是45°，第一逆反射组件41与第二逆反射组件42之间的夹角为90°。

由于半反射透镜20在反射光线时，入射角度与出射角度相同，而且第一部分光线和第二部分光线都要经过半反射透镜20的反射作用，只是反射与穿透的顺序不同，因此，将半反射透镜20设在第一逆反射组件41和第二逆反射组件42之间并限定半反射透镜20与逆反射组件40之间的夹角为45°，可以保证第一部分光线和第二部分光线半反射透镜20背对显示光源的一侧合并时，离开半反射透镜20的位置以及光线与半反射透镜20之间的夹角均相同。

在一些具体实施例中，显示光源10为平面显示器，半反射透镜20与平面显示器所在的平面之间的夹角为45°，通过将半反射透镜20与平面显示器所在的平面之间的夹角为45°，可以使平面显示器发出的垂直光线经过半反射透镜20反射后变成水平的光线，可以防止经过第一逆反射组件41的光线与经过第二逆反射组件42的光线在合并时发生交叉，进而提升悬浮像的质量。

半反射透镜20与逆反射组件41间的夹角为45°，半反射透镜20与逆反射组件42间的夹角为45°，且半反射透镜20与平面显示器所在的平面之间的夹角为45°，所以逆反射组件41与平面显示器垂直，逆反射组件42与平面显示器平行。

如图2所示，平面显示器发出的竖直光线经过半反射透镜20反射后变成水平的光线，因为光线与第一逆反射组件41垂直，所以水平的光线垂直射向第一逆反射组件41，经逆反射组件41反射后仍然水平射向半反射透镜20，再透过半反射透镜20水平射向成像面30。

同理显示光源10产生的竖直光线透过半反射透镜20后形成第二部分光线，因为显示光源10与第二逆反射组件42平行，所以第二部分光线垂直射在第二逆反射组件42上，经过第二逆反射组件42的反射再竖直射向半反射透镜20，由于半反射透镜20与水平方向成45°，所以竖直射向半反射透镜20的光线经半反射透镜20反射后水平射向成像面30。

也就是说，显示光源10产生的光线经过半反射透镜20的透射与反射作用结合两个逆反射组件40的反射作用在半反射透镜20背对显示光源10的一侧汇聚形成悬浮像。

根据本实用新型实施例的成像光学装置100，显示光源10包括：投影机13、反射镜12和散射透镜11，投影机13可以将用户所需要成像的图片或者视频以光线的形式投射在反射镜12上，反射镜12用于将投影机13产生的光线反射到半反射透镜20上，散射透镜11设在反射镜12与半反射透镜20之间。

常规显示器件发光能量较低，采用投影机13、反射镜12和散射透镜11的方式组成新的显示器件，投影机13可以提供高亮度图像，由此可以提升显示光源10的光线强度，进而可以提升成像区30成像的亮度和画质。

通过在反射镜12与半反射透镜20之间设置散射透镜11，利用散射透镜11可以扩大光线的发散角，进而可以提升成像的画质，而且可以扩大成像区域的尺寸。

根据本实用新型实施例的成像光学装置100，散射透镜11为全息散射透镜，全息散射透镜上形成有扩大光线发散角的全息衍射结构，通过全息衍射结构会扩大光线发散角，使得光线在通过全息散射透镜时产生扩散，增大光线束的横截面积，再通过半反射透镜20与两个逆反射组件40作用后在成像面30上成像，且成像面30积增大。

根据本实用新型实施例的成像光学装置100，半反射透镜20与散射透镜11之间的夹角为45°，也就是说，散射透镜11处于水平方向，反射镜12与散射透镜11之间的夹角小于45°，反射镜12与散射透镜11之间的夹角小于45°时的光线投射在散射透镜11上的面积大于反射镜12与散射透镜11之间的夹角大于或等于45°时的光线投射在散射透镜11上的面积，由此可以增加成像区域的面积。

根据本实用新型实施例的成像光学装置100，第一逆反射组件41和第二逆反射组件42中的至少一个包括：平面透镜和多个逆反射块，平面透镜的一侧表面形成为投射面，显示光源10产生光线照射在投射面上，逆反射块设在平面透镜背对投射面的一侧，逆反射块背对平面透镜的一端具有弧形反射面，逆反射块的侧壁上设有散射面或吸收面，光线少射在散射面或吸收面上，要么被散射出气，要么吸收。

当光束以一定角度入射到平面透镜时，除了被散射或吸收的光线，其余光线最终照射到透镜组件的弧形反射面上，光束的中心光线经过平面透镜后，其传播方向与反射面的一条法线平行，即该中心光线与该反射面交点处的切线垂直，因此任意角度入射的光均可由最后反射面原方向原路反射出来。

逆反射块背对平面透镜的一端也可以设置锥形反射面，锥形反射面具有三个扇形反射面，三个扇形反射面的结构尺寸完全相同，且每个扇形对应的圆心角为120°。任何一束光线照射到逆反射块内，除了被散射或吸收的光线，其余光线照射到锥形面上，经过三个扇形反射面的反射作用，光线沿着与入射方向相反的方向射出锥形反射面。

根据本实用新型实施例的成像光学装置100，多个逆反射块成多排多列状排布，多个逆反射块可以成矩阵装，也可以离散分布，保证多个逆反射块布满平面透镜即可。多个逆反射块通过多排多列状排布可以增加逆反射效率，防止有遗漏的光线未能从原方向原路返回。

根据本实用新型实施例的其他构成以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。

在本实用新型的描述中，“第一特征”、“第二特征”可以包括一个或者更多个该特征。

在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，第一特征在第二特征“之上”或“之下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。

在本实用新型的描述中，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种用于成像的光学装置，所述光学装置适于将显示光源中的图像转变成悬浮像，其特征在于，包括：

半反射透镜；

两个逆反射组件，其中一个所述逆反射组件与所述显示光源位于所述半反射透镜的一侧，另一个所述逆反射组件位于所述半反射透镜的另一侧，所述显示光源产生的光线经过所述半反射透镜的透射与反射作用结合两个所述逆反射组件的反射作用在所述半反射透镜背对所述显示光源的一侧汇聚形成悬浮像。

2.根据权利要求1所述的用于成像的光学装置，其特征在于，所述显示光源的一部分光线经过所述半反射透镜的反射作用形成第一部分光线，所述显示光源的一部分光线穿过所述半反射透镜形成第二部分光线，两个逆反射组件分别为：

第一逆反射组件，所述第一逆反射组件设在所述半反射透镜朝向所述显示光源的一侧，所述第一部分光线在所述第一逆反射组件的反射作用下穿过所述半反射透镜；

第二逆反射组件，所述第二逆反射组件设在所述半反射透镜背向所述显示光源的一侧，所述第二部分光线在所述第二逆反射组件和所述半反射透镜的反射作用下与所述第一部分光线汇聚形成悬浮像。

3.根据权利要求1所述的用于成像的光学装置，其特征在于，所述半反射透镜与任意一个所述逆反射组件之间的夹角均为45°。

4.根据权利要求1所述的用于成像的光学装置，其特征在于，所述显示光源为平面显示器，所述半反射透镜与所述平面显示器所在的平面之间的夹角为45°。

5.根据权利要求1所述的用于成像的光学装置，其特征在于，所述显示光源包括：

投影机；

反射镜，所述反射镜用于将所述投影机产生的光线反射到所述半反射透镜上；

散射透镜，所述散射透镜设在所述反射镜与所述半反射透镜之间。

6.根据权利要求5所述的用于成像的光学装置，其特征在于，所述散射透镜为全息散射透镜，所述全息散射透镜上形成有扩大光线发散角的全息衍射结构。

7.根据权利要求6所述的用于成像的光学装置，其特征在于，所述半反射透镜与所述散射透镜之间的夹角为45°，所述反射镜与所述散射透镜之间的夹角小于45°。

8.根据权利要求2所述的用于成像的光学装置，其特征在于，所述第一逆反射组件和所述第二逆反射组件中的至少一个包括：

平面透镜，所述平面透镜的一侧表面形成为投射面，所述显示光源产生光线照射在所述投射面上；

多个逆反射块，所述逆反射块设在所述平面透镜背对所述投射面的一侧，所述逆反射块背对平面透镜的一端具有弧形反射面。

9.根据权利要求8所述的用于成像的光学装置，其特征在于，多个所述逆反射块成多排多列状排布。

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