CN110794495A - 一种空气成像用平板透镜及空气成像系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种空气成像用平板透镜，包括平行设置的第一光波导镜片阵列和第二光波导镜片阵列，每块光波导镜片阵列均包括多个平行设置的反射镜片，所述第一光波导镜片阵列内的反射镜片与第二光波导镜片阵列内的反射镜片正交布置，所述反射镜片的宽度由光波导镜片阵列的中心到边缘减小设置。还公开了一种空气成像系统，包括光源和平板透镜，所述平板透镜为上述任意一种空气成像用平板透镜。本发明的优点是：相对于普通的长条形反射器，采用本方案后弥散斑更小，因此球差也更小，成像景深更大，有效提高了成像清晰度，而且这样的设计并不会改变原有平板透镜的尺寸，可以直接替换到原有的空气成像设备上。

Description

一种空气成像用平板透镜及空气成像系统
技术领域
本发明涉及光学技术领域，具体涉及一种空气成像用平板透镜及空气成像系统。
背景技术
空气成像用平板透镜，一般采用长条形反射器或者二面角反射器，将长条形透光体镀上反射面后形成长条形反射器，若干的长条形反射器并排拼接成光波导镜片阵列，两片光波导镜片阵列成正交叠在一起构成一整块光学成像元件，但是现有的每块光波导镜片阵列中，每条长条形反射器的宽度均相等，而光源到每条长条形反射器的反射面距离不相等，经过每一条长条形反射器后都会形成一个光斑，所有的光斑叠加形成球差，而球差过大会降低了空气成像的景深，同时会造成成像清晰度不高，在光学镜组中，常用凸透镜和凹透镜的组合来提高清晰度，但是凸透镜和凹透镜组合放在空气成像装置中，会严重影响到画面的可视角度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无需使用凹凸透镜组合即可提高平板透镜清晰度的空气成像用平板透镜及空气成像系统。
为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：一种空气成像用平板透镜，包括平行设置的第一光波导镜片阵列和第二光波导镜片阵列，每块光波导镜片阵列均包括多个平行设置的反射镜片，所述第一光波导镜片阵列内的反射镜片与第二光波导镜片阵列内的反射镜片正交布置，所述反射镜片的宽度由光波导镜片阵列的中心到边缘减小设置。
优选的，所述反射镜片宽度由光波导镜片阵列的中心到边缘逐步递减，防止出现尺寸较大波动对成像画面均匀度和亮度造成影响。
优选的，所述反射镜片宽度由光波导镜片阵列的中心到边缘成等差递减，使得光程差和成像后实际间距成周期性变化，提高图像的均匀性。
优选的，至少两块相邻且宽度相等的反射镜片组成镜片组，相邻镜片组的反射镜片的宽度由光波导镜片阵列的中心到边缘逐步递减，在达到降低球差效果的同时，有利于成本控制。
优选的，所述反射镜片的宽度为0.1～4mm，低于0.1mm会导致通光量减小，图像整体亮度降低，而高于4mm不易发生全反射。
优选的，所述反射镜片的厚度为0.5～4mm，且反射镜片的厚度大于等于宽度，同样厚度太低会降低通光量，影响成像亮度，而厚度太厚会增加摄入光线的损耗，厚度大于等于宽度可以有效的消除杂光。
优选的，所述第一光波导镜片阵列内的反射镜片其长度方向与第一光波导镜片阵列边缘成45度或135度夹角，光线最佳的入射角度，在光波导镜片阵列内形成全反射，达到最好成像效果。
优选的，所述反射镜片为长条状，两个相对的侧面上镀有反射层，形成独立的反射空间，保证进入反射镜片的光线都能准确的进行反射，降低进入光线反射的光损耗。
优选的，平板透镜还包括两片透光基板，从左至右依次为紧密贴合的一片透光基板、第一光波导镜片阵列、第二光波导镜片阵列和另一片透光基板，通过两片透光基板对两块光波导镜片阵列进行保护。
一种空气成像系统，包括光源和平板透镜，所述平板透镜为上述任意一种空气成像用平板透镜。
与现有技术相比，本发明的优点是：
1、从中间到边缘反射镜片宽度减小，形成狭缝的波导结构，让光通过狭缝进行光学成像，光线在通过更边缘的反射镜片反射时，由于宽度小于现有方案的反射镜片，相当于反射面的分布更密，经过边缘反射镜片反射的光线朝向中心成像面的光斑更小，从而相对于普通的长条形反射器，采用本方案后弥散斑更小，因此球差也更小，成像景深更大，有效提高了成像清晰度；
2、相对于现有采用凹凸透镜提升清晰度的方式，上述设计不会改变原有平板透镜的尺寸，无需改变空气成像设备中用于安装平板透镜部件的结构和尺寸，可以直接替换到原有的空气成像设备上，避免需更换安装部件而造成成本上升；
3、同时由于未采用凹凸透镜的结构，不会改变原有空气成像装置的可视角度，无需调整设备中成像相关部件的位置关系。
附图说明
图1为本发明一种空气成像用平板透镜的爆炸图；
图2为本发明一种空气成像用平板透镜中实施例二的第一光波导镜片阵列主视图；
图3为本发明一种空气成像用平板透镜的成像原理图；
图4为一种空气成像系统原理图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
实施例一：
参阅图1为本发明一种空气成像用平板透镜的实施例一，一种空气成像用平板透镜，包括平行设置的第一光波导镜片阵列1和第二光波导镜片阵列2，每块光波导镜片阵列均包括多个平行设置的反射镜片3，所述第一光波导镜片阵列1内的反射镜片3与第二光波导镜片阵列2内的反射镜片3正交布置，所述反射镜片3的宽度W由光波导镜片阵列的中心到边缘减小设置，所谓光波导镜片阵列中心即为整个镜片阵列最中间的那块反射镜片3，其宽度是最宽的，越远离它的反射镜片3宽度越来越小，在图1中最中间的反射镜片应该是最靠近对角线的那条反射镜片，这样形成狭缝的波导结构，让光通过狭缝进行光学成像，从而减小球差，而反射镜片3的宽度是指反射镜片3两个反射面之间的距离。
从中间到边缘反射镜片3的宽度可以无规律的减小也可以成等差递减，最好采用等差递减的方式，周期性递减光的光程差和成像前后实际差距也成周期性变化，每个点的光线通过平板透镜后光斑较为均匀。
进一步，反射镜片3的宽度W在0.1～4mm之间，过低的反射镜片3宽度会导致进入反射镜片3的光线太少，从而影响到成像亮度，而高于4mm不易发生全反射，同样对成像质量造成影响。最好反射镜片3的厚度H在0.5～4mm，并且厚度H要大于宽度W，差值越大越好，可以有效的消除杂光，所谓杂光即只经过其中一个光波导镜片阵列的光线。
第一光波导镜片阵列1内的反射镜片3其长度方向与第一光波导镜片阵列1边缘成45度或135度夹角，LED平板与光波导镜片阵列的一边平行的位置射出光线以最佳的角度进入到平板透镜内，实现最好的成像效果。而本实施例中最中心的反射镜片即为长度最长的那块反射镜片。
对于反射镜片3，一般称长条状，两个相对的面上镀有反射层，一般这两个相对的面是整个反射镜片3最大的侧面，保证足够的反射角度，多块反射镜片3平行叠加形成光波导镜片阵列，再在两片叠加的光波导镜片阵列外侧加上两片透光基板5，对光波导镜片阵列进行固定和保护，透光基板5和反射镜片3均采用高透光率材料制造，两块光波导镜片阵列的尺寸和排布完全相同，只是角度相反，第一光波导镜片阵列1内的反射镜片3成45度，第二光波导镜片阵列2内的反射镜片3成135度。
图3为本发明改进后光波导成像原理和现有技术对比示意图，图中虚线为现有技术的成像，现有技术中点光源通过两个光波导的成像弥散斑直径为BD2，而本实施例的平板透镜成像弥散斑直径为BD1，因BD1比BD2小，所弥散斑变小，球差由此减小。
实施例二：
与实施例一的区别在于：至少两块相邻且宽度相等的反射镜片3组成镜片组4，每组镜片组内的反射镜片数量可以相等，也可以不相等，在本实施例中每组镜片组4内为两片宽度相等且平行设置的反射镜片3。如图2中a、b、c分别代表不同宽度的反射镜片3，且宽度a>b>c，两片一组，同样可以形成狭缝波导结构，以降低球差，这样设置可以在保证降低球差效果的同时降低制造成本。
除上述两个实施例的反射镜片排列方式外，反射镜片的宽度从中心到边缘还可以按照其他规律或者无规律的方式排列，只要保证远离中心的反射镜片相对于靠近中心的反射镜片宽度在减小或者不变，且最终有至少一片非中心位置反射镜片宽度小于中心位置反射镜片宽度即可。
如图4所示，一种空气成像系统，包括光源8和平板透镜6，所述平板透镜为上述任意一种空气成像用平板透镜，光源8发出的光线通过平板透镜6在空气中成像7。
以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。

Claims (10)

1.一种空气成像用平板透镜，包括平行设置的第一光波导镜片阵列和第二光波导镜片阵列，每块光波导镜片阵列均包括多个平行设置的反射镜片，所述第一光波导镜片阵列内的反射镜片与第二光波导镜片阵列内的反射镜片正交布置，其特征在于：所述反射镜片的宽度由光波导镜片阵列的中心到边缘减小设置。
2.如权利要求1所述的一种空气成像用平板透镜，其特征在于：所述反射镜片宽度由光波导镜片阵列的中心到边缘逐步递减。
3.如权利要求2所述的一种空气成像用平板透镜，其特征在于：所述反射镜片宽度由光波导镜片阵列的中心到边缘成等差递减。
4.如权利要求1所述的一种空气成像用平板透镜，其特征在于：至少两块相邻且宽度相等的反射镜片组成镜片组，相邻镜片组的反射镜片的宽度由光波导镜片阵列的中心到边缘逐步递减。
5.如权利要求1所述的一种空气成像用平板透镜，其特征在于：所述反射镜片的宽度为0.1～4mm。
6.如权利要求5所述的一种空气成像用平板透镜，其特征在于：所述反射镜片的厚度为0.5～4mm，且反射镜片的厚度大于等于宽度。
7.如权利要求1所述的一种空气成像用平板透镜，其特征在于：所述第一光波导镜片阵列内的反射镜片其长度方向与第一光波导镜片阵列边缘成45度或135度夹角。
8.如权利要求1所述的一种空气成像用平板透镜，其特征在于：所述反射镜片为长条状，两个相对的侧面上镀有反射层。
9.如权利要求1所述的一种空气成像用平板透镜，其特征在于：平板透镜还包括两片透光基板，从左至右依次为紧密贴合的一片透光基板、第一光波导镜片阵列、第二光波导镜片阵列和另一片透光基板。
10.一种空气成像系统，包括光源和平板透镜，其特征在于：所述平板透镜为权利要求1至9中任意一项所述的空气成像用平板透镜。
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