CN212181239U - 一种用于成像的光学装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于成像的光学装置，包括：半反射透镜、逆反射组件和投影仪，所述逆反射组件与所述半反射透镜倾斜设置，所述投影仪产生的光线照射在所述半反射透镜上，所述投影仪产生的光线经过所述半反射透镜的反射作用或透射作用以及所述逆反射组件的逆反射作用在所述半反射透镜背对所述投影仪的一侧汇聚形成实像。根据本实用新型的用于成像的光学装置，采用投影仪作为显示光源，与现有技术中采用显示屏作为成像光源的成像装置相比，不仅可以通过调整投影仪的光学参数提升光学装置所汇聚成像的亮度，而且可以提升所形成实现的质量，有利于提升实像的清晰度。

Description

一种用于成像的光学装置

技术领域

本实用新型涉及光学技术领域，具体涉及一种用于成像的光学组件。

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。

实用新型内容

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型提供了一种用于成像的光学装置，所述光学装置利用投影仪朝向半反射透镜投射光线，进而可以提升实像的亮度。

根据本实用新型的用于成像的光学装置，包括：半反射透镜、逆反射组件和投影仪，所述逆反射组件与所述半反射透镜倾斜设置，所述投影仪产生的光线照射在所述半反射透镜上，所述投影仪产生的光线经过所述半反射透镜的反射作用或透射作用以及所述逆反射组件的逆反射作用在所述半反射透镜背对所述投影仪的一侧汇聚形成实像。

根据本实用新型的用于成像的光学装置，采用投影仪作为显示光源，与现有技术中采用显示屏作为成像光源的成像装置相比，不仅可以通过调整投影仪的光学参数提升光学装置所汇聚成像的亮度，而且可以提升所形成实现的质量，有利于提升实像的清晰度。

另外，根据本实用新型的用于成像的光学装置，还可以具有如下附加的技术特征：

根据本实用新型的一些实施例，成像光学装置还包括反射镜，所述反射镜用于将所述投影仪产生的光线反射到所述半反射透镜上。

根据本实用新型的一些实施例，成像光学装置还包括散射透镜，所述散射透镜设在所述反射镜与所述半反射透镜之间，用于扩大所述投影仪产生的光线的发散角。

根据本实用新型的一些实施例，所述散射透镜为全息散射透镜，所述全息散射透镜上形成有扩大光线发散角的全息衍射结构。

根据本实用新型的一些实施例，所述半反射透镜与所述散射透镜之间的夹角为45°，所述反射镜与所述散射透镜之间的夹角小于45°。

根据本实用新型的一些实施例，所述逆反射组件包括：第一逆反射镜，所述第一逆反射镜设在所述半反射透镜朝向所述投影仪的一侧，所述投影仪产生的光线经过所述半反射透镜和所述第一逆反射镜的反射作用穿过所述半反射透镜并在所述半反射透镜背对所述投影仪的一侧汇聚形成实像。

根据本实用新型的一些实施例，所述逆反射组件包括：第二逆反射镜，所述第二逆反射镜设在所述半反射透镜背向所述投影仪的一侧，所述投影仪产生的光线经过所述半反射透镜的透射和反射作用以及所述第二逆反射镜的反射作用在所述半反射透镜背对所述投影仪的一侧汇聚形成实像。

根据本实用新型的一些实施例，所述半反射透镜与所述逆反射组件之间的夹角为45°。

根据本实用新型的一些实施例，所述第一逆反射组件和所述第二逆反射组件中的至少一个包括：平面透镜和多个逆反射块，所述平面透镜的一侧表面形成为投射面，所述显示光源产生光线照射在所述投射面上，所述逆反射块设在所述平面透镜背对所述投射面的一侧，所述逆反射块背对平面透镜的一端具有锥形反射面。

根据本实用新型的一些实施例，多个所述逆反射块成多排多列状排布。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本实用新型一个实施例的带投影机的双逆反射组件光学装置的结构示意图。

附图标记：

100：光学装置；

10：投影仪；

20：半反射透镜；

30：成像面；

40：逆反射组件；

41：第一逆反射组件；42：第二逆反射组件。

50：散射透镜；

60：反射镜。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

下面参考图1描述根据本实用新型实施例的用于成像的成像光学装置100。

根据本实用新型实施例的一些实施例，成像光学装置100包括：半反射透镜20、逆反射组件40和投影仪10，逆反射组件40与半反射透镜20倾斜设置。

投影仪10产生的光线照射在半反射透镜20上，投影仪10产生的光线经过半反射透镜20的反射作用或透射作用以及逆反射组件40的逆反射作用在半反射透镜20背对投影仪10的一侧汇聚形成实像。

图形或动画通过投影仪10投射到半反射透明20上，然后经过半反射透镜20与逆反射组件40的配合效果成像，由于投影仪10在投射光线时可以对光线的亮度、图形或动画的大小等参数进行调整，进而可以控制汇聚形成实像的亮度等参数。

由此，根据本实用新型实施例的用于成像的光学装置100，采用投影仪10作为显示光源，与现有技术中采用显示屏作为成像光源的成像装置相比，不仅可以通过调整投影仪10的光学参数控制光学装置所形成实像的亮度，而且可以提升所形成实现的质量，有利于提升实像的清晰度。

根据本实用新型实施例的用于成像的光学装置100，还包括反射镜60，反射镜60与投影仪10位于半反射透镜20的同一侧，且投影仪10和半反射透镜20位于反射镜60 的同一侧，反射镜60用于将投影仪10产生的光线反射到半反射透镜20上，通过设置反射镜60可以改变投影仪10投射光线的方向，便于用户进行调整，而且可以为投影仪 10与半反射透镜20的装配提供了方便，解除了投影仪10与半反射透镜20的相对位置限定，有利于通过调整投影机10的位置缩小光学装置的体积。

如图1所示，根据本实用新型的一个实施例，光学装置还包括散射透镜50，散射透镜50设在反射镜60与半反射透镜20之间，用于扩大投影仪10产生的光线的发散角，投影仪10投射光线的发散角度扩大后，可以提升成像的画质，而且可以扩大成像区域的尺寸。

进一步地，散射透镜50为全息散射透镜，全息散射透镜上形成有扩大光线发散角的全息衍射结构，通过全息衍射结构会扩大光线发散角，使得光线在通过全息散射透镜时产生扩散，增大光线束的横截面积，再通过半反射透镜20与两个逆反射组件40作用后在成像面30上成像，且成像面积增大。

如图1所示，根据本实用新型的一个实施例，半反射透镜20与散射透镜50之间的夹角为45°，反射镜60与散射透镜50之间的夹角小于45°。反射镜60与散射透镜50 之间的夹角小于45°时的光线投射在散射透镜50上的面积较大，由此可以增加成像区域的面积。

如图1所示，根据本实用新型的一个实施例，逆反射组件40包括：第一逆反射镜41，第一逆反射镜41设在半反射透镜20朝向投影仪10的一侧，投影仪10产生的光线经过半反射透镜20和第一逆反射镜41的反射作用穿过半反射透镜20并在半反射透镜 20背对投影仪10的一侧汇聚形成实像。

投影仪10产生的光线经过半反射透镜20的反射照向第一逆反射镜41，光线设在第一逆反射镜41上然后按照原来的方向照向半反射透镜20，然后传过半反射透镜20并在半反射透镜20背对投影仪的一侧汇聚形成悬浮像。

如图1所示，根据本实用新型的一个实施例，逆反射组件40包括：第二逆反射镜42，投影仪10产生的光线照射在半反射透镜20上，一部分光线穿过半反射透镜20朝向第二逆反射镜42，一部分光线经过半反射透镜20的反射照向第一逆反射镜41，被半反射透镜反射出去的光线经过第一逆反射镜41的逆反射作用，按照原方向返回照射在半反射透镜20上，然后穿过半反射透镜20，穿过半反射透镜20照向第二逆反射镜42 的光线，然后在第二逆反射镜42的逆反射作用下按照原方向返回照射在半反射透镜20 上，在半反射透镜20的反射作用下与第一逆反射镜41反射的光线合并，并在半反射透镜20背对投影仪10的一侧汇聚形成悬浮像。

根据本发明实施例的用于成像的光学装置100，通过设置第一逆反射镜41和第二逆反射镜42，将透过半反射透镜20的光线和经过半反射透镜20反射的光线用两个逆反射组件40分别反射汇聚在半反射透镜20背对投影仪10的一侧，第一逆反射镜41、第二逆反射镜42与半反射透镜20的透射与反射的相互配合，充分利用投影仪10提供的光能，有利于提高汇聚成像的亮度。

根据本实用新型实施例的用于成像的光学装置100，半反射透镜20与任意一个逆反射组件40之间的夹角均为45°，也就是说，半反射透镜20与第一逆反射镜41间的夹角为45°，同理半反射透镜20与第二逆反射镜42间的夹角为45°。

如图1所示，根据本实用新型的一个实施例，投影仪10为散射透镜50，半反射透镜20与散射透镜50所在的平面之间的夹角为45°，通过将半反射透镜20与散射透镜 50所在的平面之间的夹角为45°，可以使散射透镜50发出的垂直光线经过半反射透镜 20反射后变成水平的光线。

半反射透镜20与第一逆反射镜41之间的夹角为45°，半反射透镜20与第二逆反射镜42之间的夹角为45°，且半反射透镜20与散射透镜50所在的平面之间的夹角为 45°，第一逆反射镜41与散射透镜50垂直，第二逆反射镜42与散射透镜50平行。

如图1所示，散射透镜50发出的竖直光线经过半反射透镜20反射后变成水平的光线，因为光线与第一逆反射镜41垂直，所以水平的光线垂直射向第一逆反射镜41，经第一逆反射镜41反射后仍然水平射向半反射透镜20，再透过半反射透镜20水平射向成像面30。

同理投影仪10产生的竖直光线透过半反射透镜20后形成第二部分光线，因为投影仪10与第二逆反射镜42平行，所以第二部分光线垂直射在第二逆反射镜42上，经过第二逆反射镜42的反射再竖直射向半反射透镜20，由于半反射透镜20与水平方向成 45°，所以竖直射向半反射透镜20的光线经半反射透镜20反射后水平射出汇聚成像。

由此可以防止第一逆反射镜41和第二逆反射镜42反射后的光线在离开半反射透镜 20时之间存在夹角，有利于提升汇聚成像的质量和清晰度。

进一步地，第一逆反射镜41和第二逆反射镜42中的至少一个包括：平面透镜和多个逆反射块，平面透镜的一侧表面形成为投射面，投影仪10产生的光线照射在投射面上，逆反射块设在平面透镜背对投射面的一侧，逆反射块背对平面透镜的一端具有弧形反射面，逆反射块的侧壁上设有散射面或吸收面，光线少射在散射面或吸收面上，要么被散射出气，要么吸收。

当光束以一定角度入射到平面透镜时，除了被散射或吸收的光线，其余光线最终照射到透镜组件的弧形反射面上，光束的中心光线经过平面透镜后，其传播方向与反射面的一条法线平行，即该中心光线与该反射面交点处的切线垂直，因此任意角度入射的光均可由最后反射面原方向原路反射出来。

逆反射块背对平面透镜的一端也可以设置锥形反射面，锥形反射面具有三个扇形反射面，三个扇形反射面的结构尺寸完全相同，且每个扇形对应的圆心角为120°。任何一束光线照射到逆反射块内，除了被散射或吸收的光线，其余光线照射到锥形面上，经过三个扇形反射面的反射作用，光线沿着与入射方向相反的方向射出锥形反射面。

在一些具体实施例中，多个逆反射块成多排多列状排布，多个逆反射块可以成矩阵装，也可以离散分布，保证多个逆反射块布满平面透镜即可。多个逆反射块通过多排多列状排布可以增加逆反射效率，防止有遗漏的光线未能从原方向原路返回。

根据本实用新型实施例的光学装置100的其他构成以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。

在本实用新型的描述中，“第一特征”、“第二特征”可以包括一个或者更多个该特征。

在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，第一特征在第二特征“之上”或“之下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。

在本实用新型的描述中，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种用于成像的光学装置，其特征在于，包括：

半反射透镜；

逆反射组件，所述逆反射组件与所述半反射透镜倾斜设置；

投影仪，所述投影仪产生的光线照射在所述半反射透镜上，所述投影仪产生的光线经过所述半反射透镜的反射作用或透射作用以及所述逆反射组件的逆反射作用在所述半反射透镜背对所述投影仪的一侧汇聚形成实像。

2.根据权利要求1所述的用于成像的光学装置，其特征在于，还包括：

反射镜，所述反射镜用于将所述投影仪产生的光线反射到所述半反射透镜上。

3.根据权利要求2所述的用于成像的光学装置，其特征在于，还包括：

散射透镜，所述散射透镜设在所述反射镜与所述半反射透镜之间，用于扩大所述投影仪产生的光线的发散角。

4.根据权利要求3所述的用于成像的光学装置，其特征在于，所述散射透镜为全息散射透镜，所述全息散射透镜上形成有扩大光线发散角的全息衍射结构。

5.根据权利要求4所述的用于成像的光学装置，其特征在于，所述半反射透镜与所述散射透镜之间的夹角为45°，所述反射镜与所述散射透镜之间的夹角小于45°。

6.根据权利要求1所述的用于成像的光学装置，其特征在于，所述逆反射组件包括：第一逆反射镜，所述第一逆反射镜设在所述半反射透镜朝向所述投影仪的一侧，所述投影仪产生的光线经过所述半反射透镜和所述第一逆反射镜的反射作用穿过所述半反射透镜并在所述半反射透镜背对所述投影仪的一侧汇聚形成实像。

7.根据权利要求6所述的用于成像的光学装置，其特征在于，所述逆反射组件包括：第二逆反射镜，所述第二逆反射镜设在所述半反射透镜背向所述投影仪的一侧，所述投影仪产生的光线经过所述半反射透镜的透射和反射作用以及所述第二逆反射镜的反射作用在所述半反射透镜背对所述投影仪的一侧汇聚形成实像。

8.根据权利要求6所述的用于成像的光学装置，其特征在于，所述半反射透镜与所述逆反射组件之间的夹角为45°。

9.根据权利要求1所述的用于成像的光学装置，其特征在于，所述逆反射组件包括：

平面透镜，所述平面透镜的一侧表面形成为投射面，所述投影仪产生光线照射在所述投射面上；

多个逆反射块，所述逆反射块设在所述平面透镜背对所述投射面的一侧，所述逆反射块背对平面透镜的一端具有锥形反射面。

10.根据权利要求9所述的用于成像的光学装置，其特征在于，多个所述逆反射块成多排多列状排布。

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