CN107783307B - 拼接式光学成像*** - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种拼接式光学成像***，其包括：沿第一光路设置的具有第一微显示芯片的第一显示组(100)、沿第二光路设置的具有第二微显示芯片的第二显示组(101)及位于所述第一光路和所述第二光路交叉处的偏振合光模组(102)，所述第一光路和所述第二光路相互垂直，所述第一显示组(100)显示的图像和所述第二显示组(101)显示的图像经过所述偏振合光模组(102)后，在同一成像面成像。所述拼接式光学成像***能够有效地实现共焦面等画幅无缝拼接，能够满足更大面阵的使用需求，且拼接精度和对比度更高。
Description
技术领域
本发明涉及光学技术领域，尤其涉及一种应用于动态星模拟器的拼接式光学成像***。
背景技术
随着航空航天领域的逐步发展和完善，地面配套检测、标定设备技术的提高，动态星模拟器作为该类设备中用于模拟星空图像的标定检验设备，其精度和分辨率也在日益的发展。
拼接式高分辨率光学成像***作为动态星模拟器中的核心显示模块，其拼接精度、分辨率以及对比度直接决定了动态星模拟器的性能。
由于微显示器领域，诸如TFT-LCD、DMD、LCOS等微显示器件的生产加工限制，现阶段难以生产出大面阵、高分辨率的单一面板显示器，因此不能够满足当下星模拟器设备对高分辨率、大面阵的需求。为了满足该需求，拼接式的光学成像***应运而生。
当下主流的拼接式光学成像***主要利用单块PBS棱镜(偏振分光棱镜)和微显示芯片进行成像，由于光学元器件的不理想性和单一PBS棱镜内部会产生二次反射等影响，现有的这种拼接式光学成像***虽结构简单，便于光学装调、生产加工，但并不能有效消除拼接接缝和避免杂散光的干扰，也不能满足更高对比度的要求，成为了当下急需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种拼接式光学成像***。
一种拼接式光学成像***，其包括：沿第一光路设置的具有第一微显示芯片的第一显示组(100)、沿第二光路设置的具有第二微显示芯片的第二显示组(101)及位于所述第一光路和所述第二光路交叉处的偏振合光模组(102)，所述第一光路和所述第二光路相互垂直，所述第一显示组(100)显示的图像和所述第二显示组(101)显示的图像经过所述偏振合光模组(102)合光后，在同一成像面成像。
本发明一较佳实施方式中，所述偏振合光模组(102)包括45°偏振分光平板(9)和1/2波片(10)，所述45°偏振分光平板(9)设置于所述第一光路和所述第二光路交叉处，且和所述第一光路及所述第二光路均成45°设置，所述45°偏振分光平板(9)透过P偏振光、反射S偏振光，所述1/2波片(10)沿所述第一光路垂直设置。
本发明一较佳实施方式中，所述第一显示组(100)包括第一LED面板组件、第一高分辨率微显示芯片(3)及第一PBS棱镜(4)，所述第一LED面板组件和所述第一高分辨率微显示芯片(3)分别朝向所述第一PBS棱镜(4)的两个相垂直的侧面，所述第一LED面板组件平行于所述第一光路设置，所述第一PBS棱镜(4)沿所述第一光路垂直设置。
本发明一较佳实施方式中，所述第一LED面板组包括第一LED面光源(1)和第一薄膜偏振片(2)，所述第一薄膜偏振片(2)位于所述第一LED面光源(1)和所述第一PBS棱镜(4)之间，所述第一LED面光源(1)发出的光束经过所述第一薄膜偏振片(2)后，第一S偏振光入射到所述第一PBS棱镜(4)，被所述第一PBS棱镜(4)的反射面反射至所述第一高分辨率微显示芯片(3)，经过所述第一高分辨率微显示芯片(3)调制后，所述第一S偏振光转换为第一P偏振光沿所述第一光路从所述第一PBS棱镜(4)出射至所述偏振合光模组(102)。
本发明一较佳实施方式中，所述第一P偏振光进入所述偏振合光模组(102)后，经过所述1/2波片(10)转换为第三S偏振光，被所述偏振分光平板(9)反射后出射。
本发明一较佳实施方式中，所述第二显示组(101)包括第二LED面板组件、第二高分辨率微显示芯片(7)及第二PBS棱镜(8)，所述第二LED面板组件和所述第二高分辨率微显示芯片(7)分别朝向所述第二PBS棱镜(8)的两个相垂直的侧面，所述第二LED面板组件平行于所述第二光路设置，所述第二PBS棱镜(8)沿所述第一光路垂直设置。
本发明一较佳实施方式中，所述第二LED面板组包括第二LED面光源(5)和第二薄膜偏振片(6)，所述第二薄膜偏振片(6)位于所述第二LED面光源(5)和所述第二PBS棱镜(8)之间，所述第二LED面光源(5)发出的光束经过所述第二薄膜偏振片(6)后，第二S偏振光入射到所述第二PBS棱镜(8)，被所述第二PBS棱镜(8)的反射面反射至所述第二高分辨率微显示芯片(7)，经过所述第二高分辨率微显示芯片(7)调制后，所述第二S偏振光转换为第二P偏振光沿所述第二光路从所述第二PBS棱镜(8)出射至所述偏振合光模组(102)。
本发明一较佳实施方式中，所述第二P偏振光进入所述偏振合光模组(102)后，透射出所述45°偏振分光平板(9)。
本发明一较佳实施方式中，所述第一微显示芯片和所述第二微显示芯片为LCOS显示芯片、DMD显示芯片、LCD显示芯片或OLED显示芯片。
本发明一较佳实施方式中，所述的1/2波片(10)由石英和氟化镁胶合而成。
相较于现有技术，本发明提供的所述拼接式光学成像***具有以下优点：其一、能够有效地实现共焦面等画幅无缝拼接，能够满足更大面阵的使用需求；且拼接精度和对比度更高；其二、能够最大限度地抑制杂散光的产生；其三、在现有技术设备的条件下，即能够更加便于***的装调工作。
附图说明
图1为本发明提供的拼接式光学成像***的光路结构示意图；
图2为图1所示拼接式光学成像***的光学原理示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参阅图1，本发明提供一种拼接式光学成像***，其包括：沿第一光路设置的具有第一微显示芯片的第一显示组100、沿第二光路设置的具有第二微显示芯片的第二显示组101及位于所述第一光路和所述第二光路交叉处的偏振合光模组102，所述第一光路和所述第二光路相互垂直，所述第一显示组100显示的图像和所述第二显示组101显示的图像经过所述偏振合光模组102合光后，在同一成像面成像。
本实施例中，所述偏振合光模组102包括45°偏振分光平板9和1/2波片10，所述45°偏振分光平板9设置于所述第一光路和所述第二光路交叉处，且和所述第一光路及所述第二光路均成45°设置，所述45°偏振分光平板9透过P偏振光、反射S偏振光，所述1/2波片10沿所述第一光路垂直设置。
本实施例中，所述45°偏振分光平板9采用线栅制造技术，45°放置时，具有能够透过P偏振光、反射S偏振光的特性。
所述的光线传播特性的改变方式和各光学元件的搭接、放置位置。
本实施例中，所述第一显示组100包括第一LED面板组件、第一高分辨率微显示芯片3及第一PBS棱镜4，所述第一LED面板组件和所述第一高分辨率微显示芯片3分别朝向所述第一PBS棱镜4的两个相垂直的侧面，所述第一LED面板组件平行于所述第一光路设置，所述第一PBS棱镜4沿所述第一光路垂直设置。所述第一LED面板组包括第一LED面光源1和第一薄膜偏振片2，所述第一薄膜偏振片2位于所述第一LED面光源1和所述第一PBS棱镜4之间。
可以理解的是，所述第一薄膜偏振片2在所述第一光路中，对所述第一LED面板组发出的光束进行起偏和杂散光消除处理，由此可起到起偏器和消除杂散光的作用。
本实施例中，所述第二显示组101包括第二LED面板组件、第二高分辨率微显示芯片7及第二PBS棱镜8，所述第二LED面板组件和所述第二高分辨率微显示芯片7分别朝向所述第二PBS棱镜8的两个相垂直的侧面，所述第二LED面板组件平行于所述第二光路设置，所述第二PBS棱镜8沿所述第一光路垂直设置。所述第二LED面板组包括第二LED面光源5和第二薄膜偏振片6，所述第二薄膜偏振片6位于所述第二LED面光源5和所述第二PBS棱镜8之间。
可以理解的是，所述第二薄膜偏振片6在所述第二光路中，对所述第二LED面板组发出的光束进行起偏和杂散光消除处理，由此可起到起偏器和消除杂散光的作用。
本实施例中，所述第一PBS棱镜4和所述第二PBS棱镜8的材料为ZF52或H-K9L(牌号)光学玻璃，当然，并不局限于此，也可以根据实际使用需求进行选择或设计。
本实施例中，所述第一高分辨率微显示芯片3和所述第二高分辨率微显示芯片7，为LCOS显示芯片，当然，并不局限于此，所述第一高分辨率微显示芯片3和所述第二高分辨率微显示芯片7也可以为LCOS显示芯片、DMD显示芯片、LCD显示芯片或OLED显示芯片。
以下，通过具体实施例进行详细说明。
请参阅图2，所述第一LED面光源1发出的光束(具有P偏振光和S偏振光)经过所述第一薄膜偏振片2后，第一S偏振光入射到所述第一PBS棱镜4，被所述第一PBS棱镜4的反射面反射至所述第一高分辨率微显示芯片3，经过所述第一高分辨率微显示芯片3调制后，所述第一S偏振光转换为第一P偏振光沿所述第一光路从所述第一PBS棱镜4出射至所述偏振合光模组102。所述第一P偏振光进入所述偏振合光模组102后，经过所述1/2波片10转换为第三S偏振光，被所述偏振分光平板9反射后出射。
本实施例中，所述1/2波片10为消色差波片，用于将所述第一P偏振光转换为所述第三S偏振光，具体地，所述1/2波片10为1mm平板器件，由石英和氟化镁胶合而成。
所述第二LED面光源5发出的光束(具有P偏振光和S偏振光)经过所述第二薄膜偏振片6后，第二S偏振光入射到所述第二PBS棱镜8，被所述第二PBS棱镜8的反射面反射至所述第二高分辨率微显示芯片7，经过所述第二高分辨率微显示芯片7调制后，所述第二S偏振光转换为第二P偏振光沿所述第二光路从所述第二PBS棱镜8出射至所述偏振合光模组102。所述第二P偏振光进入所述偏振合光模组102后，从所述45°偏振分光平板9透射出射。
所述第三S偏振光和所述第二P偏振光从所述45°偏振分光平板9出射后沿同一方向(图示第二光路方向)传播，由于光路中不存在光焦度元件，因此通过微调固定机构即能够使得两幅图像实现无缝拼接，且呈现等画幅等光程状态。
特别地，由于LED器材、微显示芯片对比度存在个体差异问题，两幅图像可能会出现不同对比度或照度效果，此时，可以通过微调旋转夹在光路中所述1/2波片10来严格的实现等对比度、照度的要求。可以理解的是，所述拼接式光学成像***中的各光源器件，如LED面光源、微显示芯片等，均可以通过可微调的机构或辅助件进行固定。同时，为了能够满足便于装调、维护的要求，可以对单一光学元件进行更换和调整，当然，也可以同时对两个或多个光学元件进行更换和调整。
进一步地，为了使本实施例中所述拼接式光学成像***达到最佳效果，针对不同封装的微显示芯片，可以考虑在微显示芯片面上增加视场光阑来达到完全消除拼接接缝区的杂光干扰。具体地，可以在所述第一高分辨率微显示芯片3和所述第二高分辨率微显示芯片7的表面侧分别设置视场光阑。
本发明提供的所述拼接式光学成像***利用光学原理，能够将较小面阵的两片微显示芯片(如LCOS、DMD、LCD或OLED)的图像拼接成一幅较大面阵的图像。可以用于各类图像显示***，如应用于大面阵高分辨率高精度的星模拟器领域。具体地，采用本发明提供的所述拼接式光学成像***，能够使得两幅4k×2k分辨率图像实现共焦面等画幅无缝拼接，并呈现出一幅完整的最大为4k×4k分辨率图像。
本发明提供的所述拼接式光学成像***利用PBS棱镜、微显示器芯片、薄膜偏振片、1/2波片和45°偏振分光平板等光学元件，采用合理的布局和搭接实现了大面阵高精度的拼接，能够最小限度的减少杂散光的产生、消除拼接物理接缝，同时提供了一种便于高精度装调的搭接方式。
和现有技术相比，本发明提供的所述拼接式光学成像***具有以下优点：其一、能够有效地实现共焦面等画幅无缝拼接，能够满足更大面阵的使用需求；且拼接精度和对比度更高；其二、能够最大限度地抑制杂散光的产生；其三、在现有技术设备的条件下，即能够更加便于***的装调工作。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (7)
1.一种拼接式光学成像***，其特征在于，包括：沿第一光路设置的具有第一微显示芯片的第一显示组（100）、沿第二光路设置的具有第二微显示芯片的第二显示组（101）及位于所述第一光路和所述第二光路交叉处的偏振合光模组（102），所述第一光路和所述第二光路相互垂直，所述第一显示组（100）显示的图像和所述第二显示组（101）显示的图像经过所述偏振合光模组（102）合光后，在同一成像面成像；将较小面阵的两片微显示芯片的图像拼接成一幅较大面阵的图像；
所述偏振合光模组（102）包括45°偏振分光平板（9）和1/2波片（10），所述45°偏振分光平板（9）设置于所述第一光路和所述第二光路交叉处，且和所述第一光路及所述第二光路均成45°设置，所述45°偏振分光平板（9）透过P偏振光、反射S偏振光，所述1/2波片（10）沿所述第一光路垂直设置；
所述第一显示组（100）包括第一LED面板组件、第一高分辨率微显示芯片（3）及第一PBS棱镜（4），所述第一LED面板组件和所述第一高分辨率微显示芯片（3）分别朝向所述第一PBS棱镜（4）的两个相垂直的侧面，所述第一LED面板组件平行于所述第一光路设置，所述第一PBS棱镜（4）沿所述第一光路垂直设置；
所述第一LED面板组包括第一LED面光源（1）和第一薄膜偏振片（2），所述第一薄膜偏振片（2）位于所述第一LED面光源（1）和所述第一PBS棱镜（4）之间；
所述第二显示组（101）包括第二LED面板组件、第二高分辨率微显示芯片（7）及第二PBS棱镜（8），所述第二LED面板组件和所述第二高分辨率微显示芯片（7）分别朝向所述第二PBS棱镜（8）的两个相垂直的侧面，所述第二LED面板组件平行于所述第二光路设置，所述第二PBS棱镜（8）沿所述第一光路垂直设置；
所述第二LED面板组包括第二LED面光源（5）和第二薄膜偏振片（6），所述第二薄膜偏振片（6）位于所述第二LED面光源（5）和所述第二PBS棱镜（8）之间。
2.如权利要求1所述的拼接式光学成像***，其特征在于，所述第一LED面光源（1）发出的光束经过所述第一薄膜偏振片（2）后，第一S偏振光入射到所述第一PBS棱镜（4），被所述第一PBS棱镜（4）的反射面反射至所述第一高分辨率微显示芯片（3），经过所述第一高分辨率微显示芯片（3）调制后，所述第一S偏振光转换为第一P偏振光沿所述第一光路从所述第一PBS棱镜（4）出射至所述偏振合光模组（102）。
3.如权利要求2所述的拼接式光学成像***，其特征在于，所述第一P偏振光进入所述偏振合光模组（102）后，经过所述1/2波片（10）转换为第三S偏振光，被所述偏振分光平板（9）反射后出射。
4.如权利要求1所述的拼接式光学成像***，其特征在于，所述第二LED面光源（5）发出的光束经过所述第二薄膜偏振片（6）后，第二S偏振光入射到所述第二PBS棱镜（8），被所述第二PBS棱镜（8）的反射面反射至所述第二高分辨率微显示芯片（7），经过所述第二高分辨率微显示芯片（7）调制后，所述第二S偏振光转换为第二P偏振光沿所述第二光路从所述第二PBS棱镜（8）出射至所述偏振合光模组（102）。
5.如权利要求4所述的拼接式光学成像***，其特征在于，所述第二P偏振光进入所述偏振合光模组（102）后，透射出所述45°偏振分光平板（9）。
6.如权利要求1所述的拼接式光学成像***，其特征在于，所述的1/2波片（10）由石英和氟化镁胶合而成。
7.如权利要求1所述的拼接式光学成像***，其特征在于，所述第一微显示芯片和所述第二微显示芯片为LCOS显示芯片、DMD显示芯片、LCD显示芯片或OLED显示芯片。
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- 2017-09-04 CN CN201710785595.XA patent/CN107783307B/zh active Active
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