[发明专利]一种基于微透镜阵列的VR投影系统及其设计方法

权利要求书

1.一种基于微透镜阵列的VR投影系统，其特征在于：包括沿投影光路方向依次设置的阵列图案单元、图案投影镜阵列和棱镜阵列，阵列图案单元由多个子图案单元构成，每个子图案单元都包括子光源、子图案和光学系统；

阵列图案单元发射的光线被图案投影镜阵列准直成沿不同方向传播的平行光后，经过棱镜阵列转折传输方向，最终从不同角度通过出瞳；

阵列图案单元的子图案单元、图案投影镜阵列的子投影镜以及棱镜阵列的子棱镜一一对应，形成一路图案投影的投影通道，每个子图案单元发射的光线在对应的投影通道内独立传播；

每一投影通道出射的投影光线，其中部分光线的传播方向与其他多个投影通道出射的投影光线中部分光线的传播方向相同；

阵列图案单元所有子图案单元的子图案组成图案阵列，图案阵列的图案或/和图案投影镜阵列的子投影镜的位置按非等间隔排布。

2.根据权利要求1所述的一种基于微透镜阵列的VR投影系统，其特征在于：所述阵列图案单元采用自发光类屏幕，每个子图案单元的子光源、子图案合为一体，光学系统包括子场镜，阵列图案单元所有子图案单元的子场镜组成场镜阵列，子场镜与对应的子投影镜共光轴或不共光轴，子图案发出的光线被子场镜收集后，部分光线被子场镜约束在与其对应的投影通道内，经过子图案投影镜、子棱镜后，最终以设计角度通过出瞳，未被子场镜约束在与其对应的投影通道内的光线不通过出瞳。

3.根据权利要求1所述的一种基于微透镜阵列的VR投影系统，其特征在于：所述阵列图案单元采用非自发光类屏幕，每个子图案单元的光学系统包括子光源准直镜、子场镜，子光源、子光源准直镜、子场镜、子图案沿投影方向以此排布，阵列图案单元所有子图案单元的子场镜组成场镜阵列，阵列图案单元所有子图案单元的子光源准直镜组成光源准直镜阵列，子光源准直镜、子场镜与对应的子投影镜共光轴或不共光轴，子光源发出的光线经子光源准直镜准直并被子场镜收集后，部分光线被子场镜约束在与其对应的投影通道内，经过子图案、子图案投影镜、子棱镜后，最终以设计角度通过出瞳，未被子场镜约束在与其对应的投影通道内的光线不通过出瞳。

4.根据权利要求2或3所述的一种基于微透镜阵列的VR投影系统，其特征在于：所述屏幕为单块屏幕，每个子图案单元构成单块屏幕的一个图案显示区域，每个图案显示区域显示一子图案，图案显示区域之间的间隔相同时，图案投影镜阵列的子投影镜之间的间距不同，图案显示区域之间的间隔不同时，图案投影镜阵列的子投影镜之间的间距相同或不同。

5.根据权利要求2或3所述的一种基于微透镜阵列的VR投影系统，其特征在于：所述屏幕为屏幕阵列，每个子图案单元构成屏幕阵列的一子屏幕，每个子屏幕显示一子图案，子屏幕之间的间隔相同时，图案投影镜阵列的子投影镜之间的间距不同，子屏幕之间的间隔不同时，图案投影镜阵列的子投影镜之间的间距相同或不同。

6.根据权利要求2或3所述的一种基于微透镜阵列的VR投影系统，其特征在于：各个投影通道之间设置阻光结构，未被子场镜约束在与其对应的投影通道内的光线，被阻光结构吸收或阻挡。

7.根据权利要求1所述的一种基于微透镜阵列的VR投影系统，其特征在于：所述出瞳设置在棱镜阵列后方20mm附近，且出瞳大小为8mm。

8.根据权利要求1所述的一种基于微透镜阵列的VR投影系统，其特征在于：所述棱镜阵列为单层或多层，多层棱镜阵列沿光线传播方向依次设置，多层棱镜阵列采用不同材料制成。

9.一种如权利要求1所述基于微透镜阵列的VR投影系统的设计方法，其特征在于，该设计方法包括：

棱镜阵列的子棱镜转折光线传播方向角度的大小依据子棱镜在棱镜阵列中的位置、子棱镜对应的子图案在图案阵列中的位置以及子棱镜相对于出瞳的位置，通过从出瞳逆向追击目标投影光线的方法确定；

在同一投影通道内，子图案与子投影镜之间的偏移距离，通过从出瞳逆向追击目标投影光线的方法确定。