CN112213804B - 一种复合型光波导透镜 - Google Patents

Abstract

本发明属于透镜技术领域，尤其为一种复合型光波导透镜，包括基板、母板与微型正交光波导单元，所述微型正交光波导单元均匀排布在基板的侧表面，所述母板的侧壁开设有与微型正交光波导单元嵌合的凹槽，所述微型正交光波导单元的侧壁设有反射膜，多个微型正交光波导单元组成一个复合结构光波导单元，复合结构光波导单元阵列后形成等效负折射率透镜。本发明提供的一种全新的复合形光波导单元，将透光率和散差控制通过结构分拆，实现同时优化，并采用该波导单元形成阵列和透镜，成像清晰无重影，分辨率高，结构简单，精度高，成本低，易普及。

Description

一种复合型光波导透镜

技术领域

本发明属于透镜技术领域，具体涉及一种复合型光波导透镜。

背景技术

目前市面上实现全息空气成像的方法主要有三种：一是通过在空气中使用某种介质，再通过投影把内容投射到介质上的形式来实现空气成像，本质上还是一种投影的方式，成像的效果差。二是利用光的干涉和衍射原理，通过全息膜来实现空气成像，所成的像因全息膜阻挡，观看可以，操控起来不方便。三是利用光波导单元形成透镜，实现等效负折射效应，从而实现空气成像，这种方式成像为实像无遮挡，操控方便，但是现有的等效负折射率透镜，因结构和制程能力限制无法实现高清晰度，成像散差大，分辨率不高，存在有效透光率和成像散差大的矛盾。且成本高不易普及；针对目前的透镜使用过程中所暴露的问题，有必要对透镜进行结构上的改进与优化。

发明内容

为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种复合型光波导透镜，具有有效的提升成像清晰度的特点。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种复合型光波导透镜，包括基板、母板与微型正交光波导单元，所述微型正交光波导单元均匀排布在基板的侧表面，所述母板的侧壁开设有与微型正交光波导单元嵌合的凹槽，所述微型正交光波导单元的侧壁设有反射膜，多个微型正交光波导单元组成一个复合结构光波导单元，复合结构光波导单元阵列后形成等效负折射率透镜。

作为本发明的一种复合型光波导透镜优选技术方案，所述微型正交光波导单元的外侧表面开设有小结构单元。

作为本发明的一种复合型光波导透镜优选技术方案，所述基板、母板均为长方体构件，所述基板、母板保持平行。

作为本发明的一种复合型光波导透镜优选技术方案，所有所述微型正交光波导单元的正交线均与基板、母板的侧表面垂直。

作为本发明的一种复合型光波导透镜优选技术方案，所述微型正交光波导单元的阵列或排列单元尺寸范围是0.01～3.0mm，所述小结构单元的阵列或排列间隔尺寸范围是小于等于1.0mm。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明设计了一种全新的复合形光波导单元，将透光率和散差控制通过结构分拆，实现同时优化，并采用该波导单元形成阵列和透镜，成像清晰无重影，分辨率高，结构简单，精度高，成本低，易普及。真正实现了全息空气成像，且所成像四周无遮挡，易操控，互动效果好，科技感强；有效解决了现有产品和技术的相关问题。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明复合型光波导透镜的结构示意图；

图2为本发明复合型光波导透镜的侧面剖视结构示意图；

图3为本发明中的微型正交光波导单元固定结构示意图；

图4为本发明中母板结构示意图；

图5为本发明中矩形复合结构光波导单元结构示意图；

图6为本发明中环形复合结构光波导单元结构示意图；

图7为本发明中微型正交光波导单元成像原理示意图；

图中：1、基板；2、母板；3、微型正交光波导单元；4、小结构单元。

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做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。

实施例1

请参阅图1、图2、图3、图4与图5，本发明提供以下技术方案：

一种复合型光波导透镜，包括基板1、母板2与微型正交光波导单元3，微型正交光波导单元3均匀排布在基板1的侧表面，母板2的侧壁开设有与微型正交光波导单元3嵌合的凹槽，微型正交光波导单元3的侧壁设有反射膜，多个微型正交光波导单元3组成一个复合结构光波导单元，复合结构光波导单元阵列后形成等效负折射率透镜，本技术方案有效的提升透镜成像的清晰度。

具体的，基板1和母板2均为长方体构件，基板1和母板2保持平行，本实施例中平行结构便于减小对光线的干扰。

具体的，所有微型正交光波导单元3的正交线均与基板1、母板2的侧表面垂直，本实施例中避免对光线造成干扰。

具体的，微型正交光波导单元3的外侧表面开设有小结构单元4，本实施例中小结构单元4之间的突出齿角度均为90°。

具体的，微型正交光波导单元3为棱柱体结构，其侧面为片状结构，线性排列的小结构单元4，结合矩形的微型正交光波导单元3形成矩形阵列，具有结构简单，效果好的优势。

需要说明的是，多个微型正交光波导单元3组成一个复合结构光波导单元，其复合结构光波导单元满足有效透光率设计需求，小结构单元4满足高精度及高分辨率需求。

具体的，微型正交光波导单元3的阵列或排列单元尺寸范围是0.01～3.0mm，小结构单元4的阵列或排列间隔尺寸是1.0mm。

具体的，微型正交光波导单元3的阵列或排列单元尺寸范围是3.0mm，小结构单元4的阵列或排列间隔尺寸是0.1mm。

具体的，微型正交光波导单元3的阵列或排列单元尺寸范围是1.5mm，小结构单元4的阵列或排列间隔尺寸是0.5mm。

如图3所示，所有的微型正交光波导单元3的正交线均垂直与透镜所在平面，且相邻的正交线从透镜侧面看具有一定的重合部分。

如图5所示，为多个复合结构光波导单元阵列后形成等效负折射率透镜。

需要说明的是，如图7所示，视图平面内将光线平行反射回来，即光源发出的光波通过正交反射膜两次反射后沿透镜对称的方向射出。

微型正交光波导单元阵列成像原理为：光源发出的光波通过多个正交反射膜两次反射后，再次汇聚到透镜对面的对称位置形成实像。

实施例2

请参阅图1、图2与图6，本发明提供以下技术方案：

一种复合型光波导透镜，包括基板1、母板2与微型正交光波导单元3，微型正交光波导单元3均匀排布在基板1的侧表面，母板2的侧壁开设有与微型正交光波导单元3嵌合的凹槽，微型正交光波导单元3的侧壁设有反射膜，多个微型正交光波导单元3组成一个复合结构光波导单元，复合结构光波导单元阵列后形成等效负折射率透镜，本技术方案有效的提升透镜成像的清晰度。

具体的，基板1和母板2均为长方体构件，基板1和母板2保持平行，本实施例中平行结构便于减小对光线的干扰。

具体的，所有微型正交光波导单元3的正交线均与基板1、母板2的侧表面垂直，本实施例中避免对光线造成干扰。

具体的，微型正交光波导单元3的外侧表面开设有小结构单元4，本实施例中小结构单元4之间的突出齿角度均为90°。

具体的，微型正交光波导单元3为圆柱体结构，其侧面为弧形结构，弧形排列的小结构单元4，结合环形的微型正交光波导单元3形成同心圆阵列，具有结构简单，无方向性的优势。

具体的，微型正交光波导单元3的阵列或排列单元尺寸范围是0.01～3.0mm，小结构单元4的阵列或排列间隔尺寸是1.0mm。

具体的，微型正交光波导单元3的阵列或排列单元尺寸范围是3.0mm，小结构单元4的阵列或排列间隔尺寸是0.1mm。

具体的，微型正交光波导单元3的阵列或排列单元尺寸范围是1.5mm，小结构单元4的阵列或排列间隔尺寸是0.5mm。

本技术方案中的基板1、母板2与微型正交光波导单元3所采用的材质均为玻璃或光学树脂。

本方案的生产工艺：采用两个带镀层的母板2，选取和母板2拥有近似折射率的低熔点填充材料，并填充进去，再由填充完成后的两个母板2相对卡合粘接形成复合型光波导透镜。

本发明的工作原理及使用流程：点光源经过光波导上各个相邻的正交齿面反射到光波导的另外一侧，每个相应的反射在光波导透镜的另外一侧对称的位置重新汇聚成一点，不同的点在各自对应的位置重新汇聚，从而在空气中形成全息的点线面或三维全息图像。

本发明通过一种复合结构的光波导单元进行阵列形成透镜，具有等效负折射率效果，其通过微型正交光波导单元3结构阵列来满足有效透光率的设计需求，通过其外层的小结构单元4阵列来实现高精度的目的，从而很好的实现了高有效透光率和高成像分辨率的优势组合；常规的光波导单元的光波传导路径及穿透时的有效反射区域，在入射角和光波导厚度一定的情况下，高度需要优化确定，实际应用中，为了保证精度和可视角度以及工艺因素往往无法找到理想的参数值，为此将光波导的有效反射区和精度对应的参数需求在结构上进行拆分后，通过复合形光波导单元便能很好实现满足高有效反射区域和高成像精度的参数需求，使得用户可以看到一个显示在空气中的高分辨率图像，科技感和视觉冲击强，显示效果好，可以操控性强，合适各类广告展示及智能终端等相关应用。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种复合型光波导透镜，其特征在于：包括基板(1)、母板(2)与微型正交光波导单元(3)，所述微型正交光波导单元(3)均匀排布在所述基板(1)的侧表面，所述母板(2)的侧壁开设有与所述微型正交光波导单元(3)嵌合的凹槽，所述微型正交光波导单元(3)的侧壁设有反射膜，多个所述微型正交光波导单元(3)组成一个复合结构光波导单元，所述复合结构光波导单元阵列后形成等效负折射率透镜，所述微型正交光波导单元(3)的外侧表面开设有小结构单元(4)，所述小结构单元(4)之间的突出齿角度均为90°。

2.根据权利要求1所述的一种复合型光波导透镜，其特征在于：所述基板(1)和母板(2)均为长方体构件，所述基板(1)和所述母板(2)保持平行。

3.根据权利要求1所述的一种复合型光波导透镜，其特征在于：所有所述微型正交光波导单元(3)的正交线均与所述基板(1)和母板(2)的侧表面垂直。

4.根据权利要求1所述的一种复合型光波导透镜，其特征在于：所述微型正交光波导单元(3)的阵列或排列单元尺寸范围是0.01～3.0mm，所述小结构单元(4)的阵列或排列间隔尺寸范围小于等于1.0mm。

Images