CN101201532A - 一种光纤面板显示组件 - Google Patents

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Abstract

一种光纤显示组件，包括图像投射源(101)、光学镜片(102)、成像光纤面板(103)和连接件(104)，在同一个成像光路轴线，图像投射源(101)在光学镜片(102)的一侧，图像投射源(101)距光学镜片(102)的距离为大于等于1倍焦距，成像光纤面板(103)在光学镜片(102)的另一侧，成像光纤面板(103)距光学系统(102)的距离为大于、等于、或小于1倍焦距。本发明解决了两次或多次放大中，难以解决的图像变形和图像质量损失较大的问题，以及光学结构尺寸较大、光路设计复杂的问题，解决了同一个输入图像经过光学系统的变换，按设计目的得到多个所要求的输出图像问题，使后续图像处理变得简单，降低了图像整体的处理成本。

Description

一种光纤面板显示组件
技术领域
本发明公开一种属于光机电一体化领域的光纤面板显示组件，特别是一种用于显示图象的器件，其器件内部通过光学投影原理，可以将输入的原始图像放大、缩小或变形，产生新的一个或多个显示图像，呈现在多个输出端表面，供后续图像处理系统使用。
背景技术
众所周知，一般显示器件产生的图像，可以由人眼直接观测或通过一些光学系统观测，尤其是在微显示装置中，一般是直接通过光学放大作用，得到人眼可以观测到的图像，在很多时候为满足人眼观测大图像的需要，不得不采用非常复杂的光路设计，成本很高，光学系统结构尺寸较大，特别是在单片镜片放大不能达到应用要求，需要两次或两次以上放大的光学设计中，对其第一次成像的像平面位置与后一次放大的图像控制，要求比较高，难以避免图像变形，图像质量损失较大的问题，并且这种多次放大的光机结构一般体积都比较大，光路复杂。特别是在一个输入图像转为两个或两个以上输出图像的应用中，在设计中，有些时候会要求各个输入图像高度一致，有些时候会要求各个输入图像按设计要求存在一定差异，比如某些立体视觉变换方法，就要求左右眼看到的图像有一定差异。由于输入图像经过光路变换以后，各个输出图像由于光程差及光学器件的不同，极容易产生各个输出图像与设计要求不符，如何按设计目的得到多个符合要求的输出图像，也是比较困扰光路设计的问题。在微显示设计方案中，这种问题显得更加突出，在微显示中一般想得到放大图像的方法就是采用一次放大，或二次放大，随着微显示器件的更加微型化，很多时候，由于体积和光路的复杂度要求，一次放大已经不能满足需要了，用两次放大又存在图像质量下降，图像歧变难以控制，光路复杂等技术难题。因此，提供一种简单实用，同时又可以多次复用，简化后续图像处理难度的显示组件显得十分必要。
发明内容
针对上述提到的现有光学设计，单片镜片放大不能达到应用要求，需要两次或两次以上放大的光学设计中，存在着图像变形和图像质量损失较大、以及光学结构尺寸较大、光路设计复杂的问题，同一个输入图像经过光学系统的变换，需要按设计目的得到多个所要求的输出图像问题，本发明提供一种简单实用，同时又可以多次复用，简化后续图像处理难度的光纤面板显示组件。
本发明解决其技术问题基本思路是：
提供一种光纤面板显示组件，可以将图像投射源的图像转换为所要求的光纤面板输出图像目的，采用光学镜片将原图像投射源的实像，投射到成像光纤面板上形成新的实像，新的实像可以是经过光学镜片变换得到的，是原图像的放大、缩小、变形、或变换的结果，其性质仍是实像，该实像可以被用来做后续处理。
本发明的具体方案是，设计一种光纤面板显示组件，包括图像投射源、光学镜片、一块或一块以上的成像光纤面板及连接件，图像投射源、光学镜片、成像光纤面板设置在所述连接件上，所述图像投射源设置在成像光路的图像输入端，所述成像光纤面板设置在成像光路的图像输出端，所述光学镜片使所述图像投射源和所述成像光纤面板在每一个成像光路中构成投影关系。
所述的图像投射源是LCD显示器件、LCOS显示器件、FLCOS显示器件、OLED显示器件、DLP显示器件，光纤显示器件。
所述的光学镜片是透镜、棱镜、反射镜、半反半透镜及其组合。
所述的图像投射源、光学镜片、成像光纤面板三者的光路轴线为一条直线。
所述的图像投射源、光学镜片、成像光纤面板三者的光路轴线为一条折线，折线的拐点是光学镜片的光路转折点，折线的两条边构成的夹角。
所述夹角是锐角、直角或钝角。
所述成像光纤面板平面与经过光学镜片后的光路轴线垂直。
所述成像光纤面板平面的法线与经过光学镜片后的光路轴线相交成一锐角。
所述成像光纤面板为多个，所述光学镜片为分光光学镜片，所述成像光纤面板分别对应设置在经过光学镜片分光后所形成的多条光路中的一条光路上，将图像投射源的图像，同时投射在几个不同位置和角度的成像光纤面板的入射面，形成多个实像。
所述的光纤面板入射光端面是平面。
所述的光纤面板出射光端面是平面。
所述的光纤面板入射光端面和出射光端面是两个互相平行的平面。
所述的光纤面板入射光端面和出射光端面是异面。
所述的光纤面板入射光端面是曲面。
所述的曲面是凹面或凸面。
所述的光纤面板出射光端面是曲面。
所述的曲面是凹面或凸面。
所述的光学镜片是球面镜片和非球面镜片。
本发明的有益效果是：本发明通过光学镜片的作用和光纤面板的成像特性，可以对源图像进行放大、缩小、变形或变换，产生一个或多个所要求的图像，用新的光纤面板图像取代原有的图像投射源的图像，比较好地解决了一般两次放大或多次放大中，比较难以解决的图像变形和图像质量损失较大的问题，以及光学结构尺寸较大、光路设计复杂的问题，解决了同一个输入图像经过光学系统的变换，按设计目的得到多个所要求的输出图像问题，使后续图像处理变得简单，降低了图像整体的处理成本。本发明的方案的实施结果是，直接将原图像投射源变换成了一个新的光纤面板图像，简单实用，同时又可以多次复用此方法，大大简化了后续图像处理的难度。
下面将结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
附图说明
图1、为本发明一种光纤显示组件的成像原理示意图；
图2、为本发明一种光纤显示组件的结构分解示意图；
图3、为本发明一种光纤显示组件的整体结构平面示意图；
图4、为本发明一种光纤显示组件的另一种整体结构平面示意图；
图5、为本发明一种光纤显示组件对于LCOS液晶的一种应用示意图；
图6、为本发明一种光纤显示组件的多成像显示应用示例一；
图7、为本发明一种光纤显示组件的多成像显示应用示例二；
图8、为本发明一种光纤显示组件的多成像显示应用示例三；
图9、为本发明一种光纤显示组件的曲面显示应用示意图；
图中，101-图像投射源，102-光学镜片，103-成像光纤面板，104-连接件，105-一种LCOS光学引擎外壳。
具体实施方式
本发明的光纤面板显示组件的基本结构为图像投射源、光学镜片、成像光纤面板及连接件。
参看附图1，图1中所示为本发明具体实施例的实现原理图。图像投射源101、光学镜片102、成像光纤面板103，在同一个成像光路轴线，图像投射源101在光学镜片102的一侧，图像投射源101距光学镜片102的距离为大于等于1倍焦距，成像光纤面板103在光学镜片102的另一侧，成像光纤面板103距光学系统102的距离为大于、等于、或小于1倍焦距，其位置根据成像的设计要求确定，根据简单的光学理论，图像投射源101显示的图像通过光学镜片102的作用可以清晰的投影在成像光纤面板103的入射面A面，根据光纤面板的特性，成像光纤面板103的出射面B面可以显示出与其入射面A面完全相同的图像。本实施例中的成像光纤面板103也可以用具有可以将入射端面图像的每一个像素传送到其输出端面的材料所制成的其它成像面板来代替。
参看附图2，为本发明光纤面板显示组件的结构分解示意图；图中清晰表达了图像投射源101，光学镜片102，成像光纤面板103的结构位置关系。
图3是本发明光纤面板显示组件的一个特例的整体剖面示意图，图像投射源101，光学镜片102，成像光纤面板103，三者通过连接件104，连接固定在一起，本实施例中，连接件104是一个壳体。
图4是本发明光纤面板显示组件的另一个特例的整体剖面示意图，图像投射源101，光学镜片102，成像光纤面板103，三者通过连接件104，连接固定在一起，本实施例中，连接件104是一个支架。
图5为本发明应用于LCOS液晶的一个实例，本实例中的图像投射源101为LCOS液晶屏幕，所述LCOS液晶屏幕包括光学引擎部分105，图像投射源101，光学镜片102，成像光纤面板103，三者依然保持如图1中基本的图像投影关系。
附图6为本发明采用两个成像光纤面板103的应用实例示意图，其中光学镜片102为一个透镜1021和一个具备半反半透功能的光学镜片1022，所述半反半透功能的光学镜片1022，可以将图像投射源101显示的图像，通过反射和透射的作用，分光为两路输出，分别成像在两个成像光纤面板103的入射面A面上，在两个成像光纤面板103的出射面B面形成两个实像，供后续图像处理使用，在本实施例中的两个成像光纤面板103入射面A面所在的两条成像光路轴线，一条为直线，另一条为折线，折线的两边夹角为直角，根据设计的需要，该夹角也可以为锐角或钝角，决定于在该成像光路轴线中，成像光纤面板103的位置。
图7为本发明采用两个成像光纤面板103的应用的另一种实施例示意图，其中光学镜片102为一个具备折射分光功能的光学镜片，所述的折射分光光学镜片，可以将图像投射源101显示的图像，通过折射作用，分光为两路输出，分别成像在两个成像光纤面板103的入射面A上，在两个成像光纤面板103的出射面B形成两个实像，供后续图像处理使用，本实施例中两个成像光纤面板103入射面A所在的两条成像光路轴线为折线，其折线各自的两边所构成的夹角分别为夹角α和夹角β，图7中夹角α和夹角β为钝角，两个成像光纤面板103入射面A与成像光路轴线所成夹角分别为夹角γ和夹角δ，图7中夹角γ为锐角，夹角δ为直角。
图8为本发明采用两个成像光纤面板103的应用的另一种实施例示意图，其中光学镜片102为两个透镜1021加上一个具备折射分光功能的棱镜1023，所述棱镜1023，可以将图像投射源101显示的图像，通过折射作用，分光为两路输出，通过光学镜片102中的透镜1021，分别成像在两个成像光纤面板103的入射面A面上，在两个成像光纤面板103的出射面B面形成两个实像，供后续图像处理使用，本实施例中两个成像光纤面板103入射面A面所在的两条成像光路轴线为折线，其折线各自的两边所构成的夹角分别为锐角α和锐角β，本实施例中，成像光纤面板103的形状为斜面，其入射面A面接受的图像信息，同样被传送到成像光纤面板103的出射面B面，因此在本实施例中，成像光纤面板103也参与了对输入图像的变换，其入射面A面的成像光路轴线的方向发生了转变，与其出射面B面的成像光路轴线方向不同。
图9为本发明应用于曲面成像的应用实例之一示意图，图中成像光纤面板103的入射面A面为平面，出射面B面为曲面，用于特殊需求场合，成像光纤面板103的出射面B面，可以采用球面或非球面加工技术，制成凹面或凸面，以满足后续图像处理的要求。
综上所述，本发明可以按照设计的要求对原始图像进行变换处理，特别是应用在微小图像的第一次放大过程中，可以得到更适合于后续处理的图像，改善了多次放大的光路复杂，成像质量不够以及结构复杂、体积过大的问题，改善了同一个输入图像经过光学镜片的变换，需要按设计目的得到多个所要求的输出图像问题，同时本发明也可以用于将非平面图像变换成平面图像，也可以很好的应用于很多需要后续处理平面图像的地方，比如某些LCOS液晶的光学引擎形状特别，通过本发明光纤面板显示组件的制作方法，可以做成一个平面的光纤面板显示器件，其输出图像也可以保持原有的分辨率，并且可以得到需要的图像大小，改善了后续光学系统光路的复杂程度，降低了图像处理的成本。
本发明中成像光纤面板的制作原理是：光纤面板是由若干股细小的光纤束烧结而成，每个光纤束又是由若干细小的光纤结合而成，可以形成一个长的光纤棒，把长光纤棒横向切开成薄片，再表面抛光，形成两个端平面，就可以作为一种显示器件----光纤面板，在此基础上也可以把光纤面板加工成有特殊形状的端面，比如说凹球面。当在光纤面板的一个端面投影图像时，图像的每一个像素都被所感光的光纤或光纤束真实的传递到该光纤或光纤束的另一端，既光纤面板的另一端面。因此当把图像投射源的的图像投影在成像光纤面板的入射端面时，当成像光纤面板输出面B为平面时，其出射端面同时显示出与入射端面完全相同的图像。因此只要调整光学镜片的参数，就可以得到任意变换的图像，而且，该图像是实像，可以被应用于后续图像处理。
本实施例为本发明优选实施方式，其它凡其原理和基本结构与本发明相同或相近的，均在本发明保护范围之内。

Claims (17)

1.一种光纤面板显示组件，包括图像投射源、光学镜片、一块或一块以上的成像光纤面板及连接件，其特征是：图像投射源、光学镜片、成像光纤面板设置在所述连接件上，所述图像投射源设置在成像光路的图像输入端，所述成像光纤面板设置在成像光路的图像输出端，所述光学镜片使所述图像投射源和所述成像光纤面板在每一个成像光路中构成投影关系。
2.根据权利要求1所述的光纤面板显示组件，其特征是：所述的图像投射源是LCD显示器件、LCOS显示器件、FLCOS显示器件、OLED显示器件、DLP显示器件，光纤显示器件。
3.根据权利要求1所述的光纤面板显示组件，其特征是：所述的光学镜片是透镜、棱镜、反射镜、半反半透镜及其组合。
4.根据权利要求1所述的光纤面板显示组件，其特征是：所述的图像投射源、光学镜片、成像光纤面板三者的光路轴线为一条直线。
5.根据权利要求1所述的光纤面板显示组件，其特征是：所述的图像投射源、光学镜片、成像光纤面板三者的光路轴线为一条折线，折线的拐点是光学镜片的光路转折点。
6.根据权利要求1、4、5所述的光纤面板显示组件，其特征是：所述成像光纤面板平面与经过光学镜片后的光路轴线垂直。
7.根据权利要求1、4、5所述的光纤面板显示组件，其特征是：所述成像光纤面板平面的法线与经过光学镜片后的光路轴线相交成一锐角。
8.根据权利要求1、4、5所述的光纤面板显示组件，其特征是：所述成像光纤面板为多个，所述光学镜片为分光光学镜片，所述成像光纤面板分别对应设置在经过光学镜片分光后所形成的多条光路中的一条光路上。
9.根据权利要求1、4、5所述的光纤面板显示组件，其特征是：所述的光纤面板入射光端面是平面。
10.根据权利要求1、4、5所述的光纤面板显示组件，其特征是：所述的光纤面板出射光端面是平面。
11.根据权利要求1、4、5所述的光纤面板显示组件，其特征是：所述的光纤面板入射光端面和出射光端面是两个互相平行的平面。
12.根据权利要求1、4、5所述的光纤面板显示组件，其特征是：所述的光纤面板入射光端面和出射光端面是异面。
13.根据权利要求1、4、5所述的光纤面板显示组件，其特征是：所述的光纤面板入射光端面是曲面。
14.根据权利要求14所述的光纤面板显示组件，其特征是：所述的曲面是凹面或凸面。
15.根据权利要求1、4、5所述的光纤面板显示组件，其特征是：所述的光纤面板出射光端面是曲面。
16.根据权利要求16所述的光纤面板显示组件，其特征是：所述的曲面是凹面或凸面。
17.根据权利要求1、3、4、5所述的光纤面板显示组件，其特征是：所述的光学镜片是球面镜片和非球面镜片。
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Open date: 20080618