CN106291936A - 可调节光场镜片图像显示尺寸的光学系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光场镜片显示领域，可调节光场镜片图像显示尺寸的光学系统，包括将可将原始光线信号放大成信号光场的表面光学元件、与表面光学元件输出光线面相对的基质、与基质输出光线面相对的第二光场镜片；所述表面光学元件具有为多层结构，所述基质内具有基质光栅，该基质光栅将所述信号光场形成相互垂直的垂向光场，所述第二光场镜片内具有第二光栅，该第二光栅约束所述垂向光场以按固定角度离开第二光场镜片。

Description

可调节光场镜片图像显示尺寸的光学系统

技术领域

本发明涉及光场镜片显示领域，特别涉及头盔显示系统中的光场镜片显示技术。

背景技术

传统的投影显示系统对于图像的放大显示依靠的是拉伸成像面与信号源之间的距离来拉伸最终的显示图像，这就存在无法满足在头盔这种对空间有特殊要求的系统环境中的应用。

发明内容

本发明主要是提供一种新型可调节光场镜片图像显示尺寸的光学系统，目的在于扩大能够传输的全视场进而做到更大的图像传输显示，而达到头盔显示的要求。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：

可调节光场镜片图像显示尺寸的光学系统，包括将可将原始光线信号放大成信号光场的表面光学元件、与表面光学元件输出光线面相对的基质、与基质输出光线面相对的第二光场镜片，所述表面光学元件具有为多层结构，所述基质内具有基质光栅，该基质光栅将所述信号光场形成相互垂直的垂向光场，所述第二光场镜片内具有第二光栅，该第二光栅约束所述垂向光场以按固定角度离开第二光场镜片。

在一些实施例中，所述第二光栅为衍射光栅。

在一些实施例中，所述基质光栅为低效率光栅。

在一些实施例中，所述第二光场镜片由导光材料制成，用来传输信号光场，同时对信号光场实现横向拉伸。

使用本发明的有益效果是：

本发明主要是提供一种新型可调节光场镜片图像显示尺寸的光学系统，目的在于扩大能够传输的全视场进而做到更大的图像传输显示，而达到头盔显示的要求。通过光学系统将可调节图像的尺寸。

附图说明

图1正视图视角发明所提及的投影显示对图像放大的简单介绍示意图。

图2正视图视角发明所提及的投影显示对图像放大的另一简单介绍示意图。

图3正视图视角本发明中表面光学元件的工作原理介绍示意图。

图4正视图视角第一光场镜片中信号的震荡横向放大示意图。

图5正试图视角第二光场镜片中信号的震荡纵向放大示意图。

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的一部分实施例，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作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。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明是一套新型可调节光场镜片图像显示尺寸的光学系统。

如图1所示为发明所提及的投影显示对图像放大的简单介绍。

在图1中，信号发生装置1发射出图片光场信号，如图，信号光场中的某一单一的信号2在经过表面光学元件5的作用后被放大为信号光场6，信号光场6在第一光场镜片3中传播，第一光场镜片3包含基质4和相互平行的边界8、9，光学边界8、9满足信号光场6在基质4中能够发生震荡并向前传播的要求。

这样信号光场6就能够在基质4中多次传播，并与光栅7发生多次作用，光栅7为一个低效率光栅，每次只对到达其表面的信号光场进行部分衍射作用，因此会有如图所示的多次作用发生，而光栅7的另一个作用就是将信号光场对边界9的入射角度改变从而能够使信号光场离开第一光场镜片，如图中10a-10f所示。

这样，单一的信号光场2在经过表面光学元件5和光栅7与第一光场镜片作用后就变成了一个被放大的的信号光场10(a-f)，如图中所示，信号光场从2到10只在横向被放大。

当信号光场从图中10传播进入第二光场镜片11，我们会看到光场会再次与第二光栅12发生作用，第二光场镜片同样能使信号光场在其内部发生震荡并向前传播，第二光栅12也是低效率光栅，这样就能再次形成信号光场10与光栅12之间的多次作用，而形成13a-13d的多重出射信号光场，这样就可以在纵向实现对信号光场的拉伸。

通过以上的简单描述，我们就能通过系统对单一信号光场2进行放大处理，最终由第二光场镜片中的第三光栅14作用离开第二光场镜片形成向观察者传输的信号图像被观察者获取。

在图2中，展示了参考图1中单一光场2与表面光学元件5的相互作用的过程，单一光场2由光场镜片传播到达表面光学元件5，表面光学元件5由多层折射率不同的材料制作而成，如图中a1--a5和b1--b4，由于不同的材料相互间隔排列，使得单一光场进入后在具有不同的折射率的材料层中会被多次反射回到光场镜片3内，并且每次被反射回到光场镜片3内都会沿着一个不同的角度传播，如图中6a----6i所示，包含多重角度的光场信号6a---6i继续传播，使得单一光场2被放大。

图3展示了光场镜片3的工作原理，光场镜片3具有相互平行的边界8，9.边界8，9和光场镜片3的基质4形成一个封闭的光学腔，它能将信号束缚在其内部发生震荡形成光场。离开表面光学元件5的光场信号6a--6i，在图3中以光场信号6来表示其中某一信号，光栅7为一片设置在光场镜片3内部的低效率光栅，信号在光场镜片3中震荡形成信号光场，在光场信号6与光栅7相互作用后会部分被衍射而离开光场镜片3，未被衍射的部分继续在光场镜片3中震荡，这样就形成了一组在光栅7作用下离开光场镜片3的输出信号10a--10f，他们对应的是6a--6i中的某一单一的信号，所以由初始信号2经过表面光学元件放大一次的信号6再次被放大，由于被放大只在图示光场镜片所显示的方向进行，我们可以理解成在横轴方向我们对信号进行了放大处理。

总结来说，光场镜片3包含有相互平行的光学边界8，9和导光基质4以及表面光学元件5和部分衍射光栅7，在它们的相互作用下形成一个系统，实现对初始的图像信号2在横轴方向的放大处理，得到了一个横向的放大信号10(10a--10f)。

如图4，展示了第二光场镜片11中的信号传输

第二光场镜片11与第一光场镜片3相互平行放置，延伸方向与第一光场镜片3相互垂直(如图1所示)，由第一光场镜片3中传输来的信号10(10a--10f中的某一信号)，进入第二光场镜片11中，如同在图3中所描述的，边界16，17和基质15形成封闭的光腔，使得信号10能在其中发生震荡形成信号光场，光栅12控制进入信号的传输角度，使震荡能够发生形成光场信号18。这样得到光场信号18再传输到第三光栅14，光栅14为一片部分衍射光栅，它能够使光场在基质15中震荡传播的同时有部分能够按固定角度离开光场镜片11，形成输出信号13a，13b。

这样，我们结合先前的内容，就能知道输出信号13a，13b是信号10被在纵轴方向再次被放大后得到信号光场形成的输出信号。

初始信号2被表面光学元件5作用后形成一个多角度的连续光信号6，在第一光场镜片3中震荡形成信号光场，被横向放大得到信号10，在光场镜片11中震荡，在纵向被放大形成最终的输出信号13.输出信号13是一个在横向和纵向都被放大的信号。

最终信号被放大的大小受到光场镜片的大小的控制，可以根据实用的需求对光场镜片的形状和大小进行选取和变更。

Claims (4)

1.可调节光场镜片图像显示尺寸的光学系统，其特征在于：包括将可将原始光线信号放大成信号光场的表面光学元件、与表面光学元件输出光线面相对的基质、与基质输出光线面相对的第二光场镜片；所述表面光学元件具有为多层结构，所述基质内具有基质光栅，该基质光栅将所述信号光场形成相互垂直的垂向光场，所述第二光场镜片内具有第二光栅，该第二光栅约束所述垂向光场以按固定角度离开第二光场镜片。

2.根据权利要求1所述的可调节光场镜片图像显示尺寸的光学系统，其特征在于：所述第二光栅为衍射光栅。

3.根据权利要求1所述的可调节光场镜片图像显示尺寸的光学系统，其特征在于：所述基质光栅为低效率光栅。

4.根据权利要求1所述的可调节光场镜片图像显示尺寸的光学系统，其特征在于：所述第二光场镜片由导光材料制成，用来传输信号光场，同时对信号光场实现横向拉伸。