CN112180478A - 一种空气成像透镜 - Google Patents

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Abstract

本发明属于透镜技术领域，尤其为一种空气成像透镜，包括第一基板和第二基板，第一基板的一侧表面均匀排布有纵向光波导单元，纵向光波导单元的两侧位于第一基板的侧表面均匀排布有横向光波导单元，纵向光波导单元的两个反射面垂直，横向光波导单元的两个反射面垂直，纵向光波导单元两个反射面的交线与横向光波导单元两个反射面的交线垂直，同时两条交线均与空气成像透镜的大平面相平行。本发明提供的空气成像透镜内部有两组正交的反射面，且两组正交反射面的交线相互垂直且均与透镜两边的大平面相平行，有效实现了较大的可视范围和可视角，且使用者看不到像源光线，重新汇聚的图像保持清晰明亮。

Description

一种空气成像透镜
技术领域
本发明属于透镜技术领域，具体涉及一种空气成像透镜。
背景技术
目前市面上实现全息空气成像的透镜，通过光场重构实现等效负折射效应，从而实现空气成像，这种方式成像为实像无遮挡，操控方便，但是现有的等效负折射率透镜，因结构限制需要和显示屏形成较大的角度来进行光场重构，导致设备体积大，成像散差大，分辨率不高，亮度不高，且可以看到像源等问题；针对目前的透镜使用过程中所暴露的问题，有必要对透镜进行结构上的改进与优化。
发明内容
为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种空气成像透镜，具有成像清晰亮度高，分辨率高的特点。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种空气成像透镜，包括第一基板和第二基板，所述第一基板的一侧表面均匀排布有纵向光波导单元，所述纵向光波导单元的两侧位于第一基板的侧表面均匀排布有横向光波导单元，所述纵向光波导单元的两个反射面垂直，所述横向光波导单元的两个反射面垂直，所述纵向光波导单元两个反射面的交线与所述横向光波导单元两个反射面的交线垂直，同时两条交线均与所述空气成像透镜的大平面相平行；其中，所述第二基板与所述第一基板粘合，所述第二基板的侧表面开设有与所述纵向光波导单元和横向光波导单元配合的嵌合槽。
作为本发明的一种空气成像透镜优选技术方案，所述纵向光波导单元和横向光波导单元的侧表面均镀有镜面反射膜。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明通过将分散的图像光源再次重新汇聚，且可以平行或小角度实现光场重构，具有等效负折射率的效果，进而实现平行或小倾斜角的空气成像。透镜内部有两组正交的反射面，且两组正交反射面的交线相互垂直且均与透镜两边的大平面相平行，通过对反光部分进行精确控制来实现提高精度的目的，结构上去除产生误差的反射面，保留高精度的部分，通过合理的角度和空间布置，有效实现了较大的可视范围和可视角，且使用者看不到像源光线，重新汇聚的图像保持清晰明亮。
(2)成像与透镜平面夹角小，可以平行设置或成小角度设置，大大改善了现有大角度设置时的上下显示误差。同时制程简单，易控制，制造成本低，可以实现大规模量产。使得用户可以看到一个显示在空气中的高分辨率图像。科技感和视觉冲击强，显示效果好，可以操控性强，合适各类广告展示及智能终端等相关应用。
(3)有效解决了现有空气成像透镜无法实现平行或小角度光场重构的难题，并可以采用冲压成型、注塑成型，辊压成型以及蚀刻等多种工艺实现生产制造，成像清晰亮度高，分辨率高，可视角大且使用者看不到像源。结构简单，易制造，成本低，易普及。真正实现了全息空气成像，且所成像四周无遮挡，易操控，互动效果好，科技感强。有效解决了现有产品和技术的相关问题。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明空气成像透镜的结构示意图；
图2为本发明中第一基板的侧视结构示意图；
图3为本发明空气成像透镜的内部结构示意图；
图4为本发明中第一基板的局部结构示意图；
图5为本发明中的成像原理示意图；
图6为本发明中平行透镜结构示意图；
图7为本发明中小倾斜角度透镜结构示意图；
图中：1、第一基板；2、第二基板；3、纵向光波导单元；4、横向光波导单元；5、镜面反射膜。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
请参阅图1-6，本发明提供以下技术方案：
一种空气成像透镜，包括第一基板1和第二基板2，所述第一基板1的一侧表面均匀排布有纵向光波导单元3，所述纵向光波导单元3的两侧位于第一基板1的侧表面均匀排布有横向光波导单元4，所述纵向光波导单元3的两个反射面垂直，所述横向光波导单元4的两个反射面垂直，所述纵向光波导单元3两个反射面的交线与所述横向光波导单元4两个反射面的交线垂直，同时两条交线均与所述空气成像透镜的大平面相平行；其中，所述第二基板2与所述第一基板1粘合，所述第二基板2的侧表面开设有与所述纵向光波导单元3和横向光波导单元4配合的嵌合槽。
具体的，纵向光波导单元3和横向光波导单元4的侧表面均镀有镜面反射膜5，本实施例中，本实施例中镜面反射膜5便于对光线进行反射。
需要说明的是，光波穿透区域无镀层。
具体的，如图6所示，像源和透镜平面平行设置透镜，可视角为65～115°。
具体的，如图3所示，多个微型正交镜面单元分布于透镜内部，一组横向设置，一组纵向设置。
具体的，如图4所示，纵向光波导单元3和横向光波导单元4由两两垂直正交的镜面组成，且形成的交线相互垂直，并于透镜两个大平面平行；其中，光波经过四次反射后，重新汇聚到透镜另外一边和像源相对称的位置，形成负折射率透镜效果。
实施例2
请参阅图1、图2、图3、图4、图5与图7，本发明提供以下技术方案：
一种空气成像透镜，包括第一基板1、第二基板2，第一基板1的一侧表面均匀排布与纵向光波导单元3，纵向光波导单元3的两侧位于第一基板1的侧表面均匀排布有横向光波导单元4，纵向光波导单元3的两个反射面垂直，横向光波导单元4的两个反射面垂直，纵向光波导单元3的两个反射面交线与横向光波导单元4的两个反射面交线垂直，第二基板2与第一基板1粘合，第二基板2的侧表面开设有与纵向光波导单元3、横向光波导单元4的嵌合槽。
具体的，纵向光波导单元3、横向光波导单元4的侧表面均镀有镜面反射膜5，本实施例中镜面反射膜5便于对光线进行反射。
具体的，如图7所示，像源和透镜平面20度倾斜设置透镜，可视角为50～90°。
如图5所示，两组正交光波导单元成像原理为：光源发出的光波通过两组正交反射膜四次反射后，沿透镜对称的方向射出。
需要说明的是，空气成像透镜的成像原理为：光源发出的光波通过两组正交反射膜四次反射后，再次汇聚到透镜对面的对称位置形成实像。
本技术方案中的第一基板1和第二基板2所用的材质均采用玻璃或光学树脂。
本技术方案中的第一基板1和第二基板2均可以通过冲压成型、注塑成型、辊压成型以及蚀刻等多种进行工艺加工。
本发明空气成像透镜的加工工艺如下：
1.基板成型，选择性镀反射层，两个基板粘合；
2.基板成型，选择性镀反射层，使用折射率近似熔点较低的材料在基板上再次成型；
其中，1和2的基板可以通过冲压成型、注塑成型、辊压成型以及蚀刻等多种进行工艺制造。
本发明的工作原理及使用流程：本发明中点光源经过透镜上第一对相邻的正交面反射到透镜上的第二对相邻的正交面，再由第二对相邻的正交面将其反射到透镜的另外一侧，每个相应的反射在光波导透镜的另外一侧对称的位置重新汇聚成一点，不同的点在各自对应的位置重新汇聚，从而在空气中形成全息的点线面或三维全息图像。
本发明通过将分散的图像光源再次重新汇聚，且可以平行或小角度实现光场重构，具有等效负折射率效果，实现平行或小倾斜角的空气成像效果，其主要特点是具有两组正交的反射面，且两组正交反射面的交线相互垂直且均与透镜两边的大平面相平行，通过合理的角度和空间布置，有效实现了较大的可视范围和可视角，且使用者看不到像源光线，重新汇聚的图像清晰明亮；而且，成像与透镜平面夹角小，可以平行设置或成小角度设置，大大改善了现有大角度设置时的上下显示误差；同时制程简单，易控制，制造成本低，可以实现大规模量产。使得用户可以看到一个显示在空气中的高分辨率图像；科技感和视觉冲击强，显示效果好，可以操控性强，合适各类广告展示及智能终端等相关应用。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种空气成像透镜，包括第一基板(1)和第二基板(2)，其特征在于：所述第一基板(1)的一侧表面均匀排布有纵向光波导单元(3)，所述纵向光波导单元(3)的两侧位于第一基板(1)的侧表面均匀排布有横向光波导单元(4)，所述纵向光波导单元(3)的两个反射面垂直，所述横向光波导单元(4)的两个反射面垂直，所述纵向光波导单元(3)两个反射面的交线与所述横向光波导单元(4)两个反射面的交线垂直，同时两条交线均与所述空气成像透镜的大平面相平行；其中，所述第二基板(2)与所述第一基板(1)粘合，所述第二基板(2)的侧表面开设有与所述纵向光波导单元(3)和横向光波导单元(4)配合的嵌合槽。
2.根据权利要求1所述的一种空气成像透镜，其特征在于：所述纵向光波导单元(3)和横向光波导单元(4)的侧表面均镀有镜面反射膜(5)。
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