>[0061]此外，所述光學(xué)系統(tǒng)還可以包括微光線折變單元陣列，微光線折變單元陣列包括 若干微光線折變單元，微光線折變單元用以改變微圖像單元出射光線的傳播方向，微圖像 單元或者微光學(xué)單元的主面經(jīng)過(guò)微光線折變單元產(chǎn)生的像面與微圖像陣列形成的平面形 成一定夾角。
[0062]本發(fā)明實(shí)現(xiàn)在空間中形成懸浮顯示的實(shí)像并且其中心深度平面(CDP)垂直于物理 顯示平面的原理如圖2所示。該光學(xué)成像系統(tǒng)由微光學(xué)單元陣列和微圖像陣列兩部分組成， 在本實(shí)施例中微光學(xué)單元為透鏡2,微圖像單元陣列由若干液晶顯示器組成，微圖像單元1 的像素為液晶顯示器的像素。微圖像陣列形成的平面為Χ_Υ(可以為水平面）。單元透鏡相對(duì) 于微圖像單元陣列10形成的平面傾斜一定的角度β設(shè)置為0<β<180°，微圖像單元設(shè)置在 單元透鏡的焦平面附近，其與微圖像單元陣列10形成的平面成一定夾角α，0<α<180°，如 圖3所示。單元微透鏡將其對(duì)應(yīng)的單元圖像中的像素以不同的俯仰角Θ和方位角φ投射到空 中，如圖4所示。各個(gè)微圖像單元分別與對(duì)應(yīng)的微透鏡單元配合，不同微光學(xué)單元下分辨率 為s*t的微圖像單元的對(duì)應(yīng)像素點(diǎn)在設(shè)定界面匯聚為一點(diǎn)，形成空間中懸浮圖像中的一點(diǎn)， 所有微圖像的各個(gè)像素組合在一起，形成總體圖像3(如圖2所示），空間中懸浮的圖像的分 辨率為s*t。
[0063]具體的，如圖5所示，對(duì)于空間中預(yù)定形成的懸浮圖像的中心深度平面CDP與豎直 平面Y-Z的夾角為ω，單元透鏡2'主面與微圖像陣列形成的平面(可以為水平面X-Y)之間的 夾角為β，透鏡的焦距為f。為了便于計(jì)算，將Χ-Ζ坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)ω角形成新的坐標(biāo)系Χ'-Ζ'，對(duì) 于空間中的像點(diǎn)Γ，其與單元透鏡2'主面平行的面為像平面，像點(diǎn)與光心的距離為V，像距 為v*C〇Sγ，空間中像點(diǎn)對(duì)應(yīng)的單元平面上的像素點(diǎn)，其與單元透鏡主面平行的平面為物平 面，像素點(diǎn)與光心的距離為u，物距為u*cosγ。γ為像素光線出射方向與透鏡主軸的夾角。 根據(jù)透鏡成像公另
：，可得像素點(diǎn)距離透鏡光心的距離
d 為在X'-z'空間中成像平面到透鏡光心的距離，Θ為像素點(diǎn)出射光線在χ-ζ坐標(biāo)系中的俯仰 角，在坐標(biāo)系中與坐標(biāo)軸？的夾角為Φ=θ-ω。任意兩像點(diǎn)對(duì)應(yīng)的像素點(diǎn)的到透鏡光 心的距離為
兩像素點(diǎn)的 坐標(biāo)為：

;;任意兩像素點(diǎn)間的斜率滿足關(guān)系式！
將xl，zl，x2， z2帶入公式經(jīng)過(guò)化簡(jiǎn)可得
d1為在X-Z坐標(biāo)系下空間像 點(diǎn)A距離透鏡光心的水平距離，h為在X-Z坐標(biāo)系下空間像點(diǎn)A的成像高度，則有d= (h*tanω+dl)*cosc〇，將d帶入公式化簡(jiǎn)得
顯然d為定值，因此空間中任意兩成像點(diǎn)對(duì)應(yīng)的兩像素點(diǎn)之間具有相同的斜率，所以圖像單 元為平面，其與水平面(本實(shí)施例中，微圖像陣列形成的平面為水平面）的夾角α可由公式
求得。
[0064] 本實(shí)施例中采用m行η列的單元透鏡組成的透鏡陣列，每一列透鏡為一個(gè)整體，由m 個(gè)單元透鏡組成，其對(duì)應(yīng)的每一列微圖像單元為一個(gè)整體，為一個(gè)平板顯示屏。每一列透鏡 2采用光學(xué)膠水貼合在一個(gè)楔形玻璃上，然后采用光學(xué)膠水將透鏡2和楔形玻璃11 一起粘合 在條狀的平板顯示器上，如圖6所示。本實(shí)施例中空間成像平面的CDP與水平面垂直，即ω為 0，Χ_Ζ坐標(biāo)系與X' -Ζ'坐標(biāo)系重合，此時(shí)單元圖像1平面與水平面的夾角為
U因此本實(shí)施例中優(yōu)選的將楔形玻璃的夾角設(shè)置為σ=β_α，然后 再通過(guò)光學(xué)膠水將粘貼了單元透鏡的顯示器粘合在傾斜面角度為 、
________ 的底座凹槽中，如圖7所示。按照此方法將η列的單元透鏡2和顯示面板組裝成m*n的透鏡陣 列和l*n的圖像陣列。為了便于加工，本實(shí)施例中優(yōu)選的底座12凹槽的傾斜平面的傾斜角度 不同列均為相同，不同列的楔形玻璃13的夾角也為相同。
[0065] 對(duì)于m行、η列的微光學(xué)單元陣列，m行沿Y方向排列，η列沿X方向排列。由于不同列 的透鏡距離空間成像的CDP平面的距離為不同，為了使單元圖像通過(guò)不同列的透鏡在空間 中投射的像素大小相同，像素與像素的間距相同，在本實(shí)施例中優(yōu)選的將每一列中的透鏡 焦距設(shè)置為相同，列與列之間的透鏡焦距設(shè)置為不同，沿X方向的每一列的透鏡單元的焦距 隨著遠(yuǎn)離⑶Ρ平面線性增加，對(duì)于第η列透鏡的焦距為備~其中dn為第η列透鏡的光心 到⑶Ρ平面的距離，d為第一列透鏡光心到空間成像平面的距離，f為該列透鏡單元的焦距。
[0066] 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，對(duì)于m行，η列的光學(xué)單元陣列每一列中的透鏡的孔 徑相同，列與列之間的透鏡孔徑為不同，沿X方向的每一列的透鏡單元的孔徑尺寸在遠(yuǎn)離空 間中的像的位置線性增加，如圖8所示。
[0067] 單元透鏡下對(duì)應(yīng)于不同俯仰角Θ的單元圖像的像素，在空間中CDP平面上成的像具 有不同的放大倍數(shù)ke，
_中《為CDP平面與豎直平面的夾角，d為該 點(diǎn)透鏡光心到CDP平面的距離，f為透鏡的焦距，β為透鏡的焦平面或者焦平面的成像平面與 水平方向的夾角，ke可以化簡(jiǎn)為
[0068] 平板顯示器提供單元透鏡下的單元圖像，每一個(gè)單元圖像由顯示器中的s*t個(gè)像 素組成，如圖9所示。因?yàn)閱卧哥R下的像素通過(guò)透鏡在空間中成像的像距為不同，所以對(duì) 應(yīng)的單元透鏡下的像素大小也不同。對(duì)于s行，t列子像素的單元圖像，每一行的像素的大小 a為相同，不同行的子像素大小為a為不同，滿足關(guān)系式3 =A為該像素在空間形成的像的 大小，本實(shí)施例中ω=0，
，空間中在 CDP平面上成像高度h為線性變化，單元透鏡2到CDP平面的距離為不變，容易推導(dǎo)出像素的 放大倍數(shù)1?為線性變化。如圖10所示，在單元圖像1平面建立坐標(biāo)系Y-U-V，作為本發(fā)明的一 種優(yōu)選方案，沿著U方向的正方向，顯示器上的像素大小為線性增加。
[0069]如圖11所示，每一行像素與單元透鏡之間的距離相同，為ge，該行像素經(jīng)過(guò)透鏡的 成像距離為1θ，則該行像素的中心與其對(duì)應(yīng)的透鏡的中心沿Y方向的位置偏移量設(shè)置為we= d/ke，其中&# 為不同俯仰角出射光線的對(duì)應(yīng)像素的放大倍數(shù)，d為透鏡光心到CDP平面 中心的距離。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，沿著U方向的正方向，行像素的中心與其對(duì)應(yīng)的 透鏡的中心沿Y方向的位置位置偏移量we設(shè)置為線性增加，如圖12所示。
[0070]沿著Y方向的每一列透鏡陣列對(duì)應(yīng)的圖像單元可以通過(guò)對(duì)應(yīng)的透鏡在中心位置成 像，同時(shí)也會(huì)通過(guò)相鄰的透鏡在中心成像位置兩側(cè)也形成像，這些像是我們所不需要的，稱 之為"鬼影"，如圖13所示。本實(shí)施例將每一列單元透鏡中相鄰的單元透鏡的距離設(shè)置為均 不相同，使得顯示相同信息的圖像點(diǎn)經(jīng)過(guò)相鄰的透鏡成像不匯聚在同一位置，從而來(lái)消除 這些鬼影，實(shí)現(xiàn)效果較好的懸浮顯示。
[0071] 實(shí)施例二
[0072]該技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)在空間中形成一個(gè)垂直于水平面的二維懸浮顯示的實(shí)像，光學(xué)組 件的結(jié)構(gòu)如圖14所示，本實(shí)施例中，微圖像陣列放置在傾斜角度為ω的楔形玻璃基板上，微 圖像單元陣列形成的平面與水平面成一個(gè)小角度ω，微圖像單元與微圖像單元陣列形成的 平面之間的夾角為0,微光學(xué)單元陣列設(shè)置為平面，與水平面平行并反向置于微圖像陣列之 上，在光學(xué)單元陣列的上方放置一組微光線折變單元，用來(lái)改變圖像經(jīng)過(guò)透鏡調(diào)制后的光 線傳播方向。本實(shí)施例中優(yōu)選的將微光學(xué)單元為透鏡，微圖像陣列采用一個(gè)超高分辨率的 液晶顯示器，液晶顯示器可以顯示m*n個(gè)單元圖像，采用m*n個(gè)側(cè)面鍍有反射膜的三棱鏡組 成微光線折變單元陣列。本實(shí)施例中優(yōu)選的將三棱鏡反射面與微圖像單元陣列的夾角設(shè)置 為
如圖15所示，這樣微圖像單元在三棱鏡的反射面上成的像面的角度與微圖 像單元陣列的夾角為α，透鏡單元的主面與微圖像單元陣列平面的夾角設(shè)置為σ，這樣微透 鏡單元的主面的平面在三棱鏡的反射面上成的像面與微圖像單元陣列的夾角為β=α+σ。
[0073]空間中形成的二維懸浮圖像與微圖像陣列平面對(duì)應(yīng)的豎直平面之間的夾角為-ω，微圖像單元為平面，在三棱鏡的反射面上的像面與微圖像單元陣列的平面間的角度α滿 足關(guān)系式
其中f為單元透鏡 的焦距，d為透鏡單元光心到成像平面的距離，三棱鏡的反射面上的像面與水平面的夾角為α_ω;透鏡單元主面在三棱鏡的反射面上成的像面與微圖像單元陣列的夾角為β可以由單 元透鏡陣列的中心單元透鏡對(duì)應(yīng)的單元圖像單元中的中心像素在空間CDP平面上的成像位 置確定，該成像點(diǎn)相對(duì)于微圖像單