CN107807417A - 单列多排等效负折射率平板透镜 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种单列多排等效负折射率平板透镜，包括分别具有两个光学面的一对玻璃窗口，以及位于两个玻璃窗口之间的两组光波导阵列，该光波导阵列由45°斜向布置的单列多排且横截面为矩形的光波导组成，两组光波导阵列相互对应部分的波导方向相互垂直。本发明通过特殊精密微观结构重新构造的平板透镜，采用单列多排且横截面为矩形的光波导组成阵列结构，可以使二维或者三维光源直接在空气中成实像实现真正的全息影像。
Description
技术领域
本发明涉及光学技术领域，具体涉及一种用于实现空气成像的等效负折射率平板透镜。
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。而全息成像技术，制作成本高。
发明内容
为了追求更好的显示效果和产品体验，本发明提供一种可实现三维立体成像显示的等效负折射率平板透镜。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种单列多排等效负折射率平板透镜，包括分别具有两个光学面的一对玻璃窗口，以及位于两个玻璃窗口之间的两组光波导阵列，该光波导阵列由45°斜向布置的单列多排且横截面为矩形的光波导组成，两组光波导阵列相互对应部分的波导方向相互垂直。
进一步地，两组光波导阵列中的光波导之间正交布置。
优选地，单个光波导的横截面宽W01和横截面长H01，满足0.2mm<W01＝H01<5mm。
优选地，单个光波导沿其排布方向的一侧或两侧上镀有反射膜。
优选地，相邻的光波导之间以及光波导与玻璃窗口之间均设置有光敏胶。
由以上技术方案可知，本发明通过特殊精密微观结构重新构造的平板透镜，采用单列多排且横截面为矩形的光波导组成阵列结构，可以使二维或者三维光源直接在空气中成实像实现真正的全息影像，在实现大视场、大孔径、高解像、无畸变、无色散的同时实现裸眼三维立体显示特性，其可加工性高、装调方便、成本低。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中光波导阵列的示意图；
图3为光波导阵列中相邻光波导在排布方向上的结构示意图；
图4为本发明的顶端局部示意图；
图5为实施例中光波导内部光线反射原理图；
图6、图7为实施例中单组光波导单方向成像光线会聚原理图；
图8为实施例中杂光束经光波导后覆盖于成像面像素区域的示意图；
图9为实施例中光波导上移后A、B光束的走向示意图；
图10为实施例中光波导旋转45°后C光束的走向示意图；
图11为实施例中两组光波导阵列组合后成像原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的一种优选实施方式作详细的说明。
如图1所示，等效负折射率平板透镜从物方到像方依次包括第一玻璃窗片1、两组光波导阵列2和第二玻璃窗片3。所述第一玻璃窗片和第二玻璃窗片均具有两个光学面，主要用于保护光波导阵列，所述光波导阵列2由单列多排的横截面为矩形的光波导组成，两组光波导阵列相互对应部分的光波导之间正交布置，实现波导方向相互垂直，使得正交两个方向光束会聚于一点，且保证物象面相对于等效负折射率平板透镜对称，产生等效负折射率现象，实现了平板透镜成像。
如图2和3所示，第一组光波导阵列21由呈左下方向45°并排且横截面为矩形的光波导组成,第二组光波导阵列22由呈右下方向45°并排且横截面为矩形的光波导组成，光波导材料具有光学折射率n1，n1>1.4,各光波导与其相邻的光波导之间由两个交接面，各交接面之间由光敏胶4接合，光敏胶厚度为T1，T1>0.001mm。光波导与玻璃窗口之间也设置有光敏胶，参照图4，用于避免破坏全反射条件。
在光波导排布方向上，各光波导单侧或两侧上均镀上反射膜5，防止光线因不被全反射而进入相邻光波导中影响成像。
单个光波导的横截面宽W01和横截面长H01，满足0.2mm<W01＝H01<5mm。在大屏幕显示时可以通过拼接多块光波导阵列来实现大尺寸需求。光波导阵列的整体形状根据应用场景需要设置，本实施例中，两组光波导阵列整体呈矩形结构，两对角的光波导为三角形，中间的光波导为梯形结构，单个光波导的长度不等，位于矩形对角线的光波导长度最长，两端的光波导长度最短。
下面通过图5-11对本发明的成像原理进行说明：
光线经等效负折射率平板透镜光波导内部反射，存在一次或多次反射(参照图5)，进入单个光波导的光纤束经反射后分成四束，一束参与成像，三束形成干扰杂光，分别为A、B和C，其经过光波导后覆盖于成像面像素区域的情况如图8所示。如图6、7所示，物方光线经等效负折射率平板透镜后，对应物点分别会聚成与光波导长边平行的一条直线上，成点对线效果。参照图11，为了实现两个方向均交于一点，即实现等效负折射率平板透镜点对点成像效果，将两组光波导联合使用，即可对目标物成像，成像效果与负折射率材料制成的平板透镜一致。为了避免图8所示杂光影响成像，需将两组光波导阵列方向沿45°方向且相互正交排布，从而消除杂光影响，具体原理如下：
两组光波导组合时，形成的每个单元可等效如图中正方体R，单个等效正方体可将光束分成4份，其中D光线参与成像，光束A、B、C均为杂光，图8示出了a、b、c组的成像，其杂光束A、B、C经光波导后覆盖于成像面区域。如图9所示，将光波导相对物体上移，避免了A、B光对成像面影响，但此时C光覆盖像面，接着将该等效矩形光波导绕中心旋转45°，如图10所示，可同时避免A、B、C光对成像面的干扰。该成像原理最终的成像效果与负折射率材料制成的平板透镜一致。
以上所述实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。
Claims (5)
1.一种单列多排等效负折射率平板透镜，其特征在于，包括分别具有两个光学面的一对玻璃窗口，以及位于两个玻璃窗口之间的两组光波导阵列，该光波导阵列由45°斜向布置的单列多排且横截面为矩形的光波导组成，两组光波导阵列相互对应部分的波导方向相互垂直。
2.根据权利要求1所述的单列多排等效负折射率平板透镜，其特征在于，两组光波导阵列中的光波导之间正交布置。
3.根据权利要求1或2所述的单列多排等效负折射率平板透镜，单个光波导的横截面宽和横截面长，满足。
4.根据权利要求1或2所述的单列多排等效负折射率平板透镜，其特征在于，单个光波导沿其排布方向的一侧或两侧上镀有反射膜。
5.根据权利要求1或2所述的等效负折射率平板透镜，其特征在于，相邻的光波导之间以及光波导与玻璃窗口之间均设置有光敏胶。
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