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。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例一：

参阅图1、图2为本发明空间成像光学系统的实施例一，空间成像光学系统，包括：

用于显示图案的图像源1；

和用于将图像源1发出光线折射后在空气中成放大实像5的菲涅尔透镜组3；

所述图像源1距离菲涅尔透镜组3的距离在菲涅尔透镜组3的一倍到两倍焦距之间，所述菲涅尔透镜组3包括至少两片平行设置的菲涅尔透镜，每片所述菲涅尔透镜均包括基板8和平行排列在基板8上的直齿9，相邻菲涅尔透镜的直齿9均不平行。两片平行设置的菲涅尔透镜是指两片菲涅尔透镜的基板相互平行，而且每片基板上的直齿也相互平行，即直齿的长度方向都平行设置，如图11所示；所谓直齿是指两个端面形状完全相同，每条棱线93都相互平行，如图8至图10所示。

光线从图像源1发出，经过菲涅尔透镜组3折射后在空气中形成放大的实像5，采用菲涅尔透镜组3，改变了以往采用长条反射器或者二面角反射器利用反射进行成像的原理，利用菲涅尔透镜组3的折射原理在空气中成放大的实像5，从而在图像源1较小的情况下可以获得比图像源1大得多的像，相对于传统的空气成像系统不仅可以有效的降低整个装置的重量，而且可以有效降低生产成本。一般来说最好菲涅尔透镜组的尺寸大于所成实像的尺寸，让用户能看到完整的像。

本系统中的菲涅尔透镜组3采用直齿9，并且相邻菲涅尔透镜的直齿9不平行，相对于普通环形齿且平行叠放的菲涅尔透镜，可以有效降低像差，获得更加清晰的图像，同时有利于矫正畸变，确保图像周边也有较高的清晰度。

上述系统的图像源1可以采用LCD、LED、OLED或LCOS中的一种，这些图像源1拥有较为成熟的显示技术，比较易于获得，而且成本比较容易控制，适用于图像源不太大的情况下使用。

如图5所示，菲涅尔透镜组包括两块菲涅尔透镜，两块菲涅尔透镜最好为对向设置，即两块菲涅尔透镜的直齿9与直齿9相对，两块菲涅尔透镜的之间最好贴紧，缩小整个菲涅尔透镜组的厚度，也能获得更好的光学性能，当然也可以间隔一定间隙，间隙之间利用透光性能好的胶水固定。当然菲涅尔透镜组也可以包括两块以上的菲涅尔透镜，菲涅尔透镜使用的数量根据成像实际需要确定，相邻两片菲涅尔透镜也可以采用相向和背向结合的方式设置。

相邻菲涅尔透镜的直齿9最好是相互垂直，可以是相互接触的垂直，也可以是在空间中成垂直状态，即在平行于基板的平面上的投影为相互垂直状态，比如一块菲涅尔透镜上的所有直齿9沿横向设置，相邻的另一块菲涅尔透镜上的直齿9全部沿纵向设置，这样易于调整和控制在获得放大实像的同时拥有较好的成像质量。当然两块菲涅尔透镜的直齿9之间也可以成锐角，这个锐角是两片菲涅尔透镜上的齿在平行于菲涅尔透镜的面上的投影所成的夹角为锐角，这样得到的图像会有倾斜旋转，可以满足一些特殊的场景需求。

如图11所示，每片菲涅尔透镜的尺寸和参数最好是相同的，这样容易调整和计算相关参数，但是也可以根据实际需要选择尺寸和参数不同的菲涅尔透镜进行组合，但是菲涅尔透镜的大致结构是相同的，即每片菲涅尔透镜均包括基板8和设置在基板8上的直齿9，本方案采用的菲涅尔透镜和平常的菲涅尔透镜有所不同，常规的菲涅尔透镜是在基板8上设置若干同心圆环形的齿，而本方案是采用直齿9，并且直齿9是平行排列的，即齿不再是圆环形，而是长条形，直齿9远离基板的顶端设有棱线93，且棱线93平行于基板的直线，如图8至图10所示，直齿的横截面形状最好为三角形或者类似的三角形，横截面为三角形即三棱柱，最好横截面的三角形为直角三角形，所谓类似的三角形即由首尾相连的底边91和两条斜边92组成，底边91与基板8贴合或者重合，两条斜边92可以都为弧形，也可以一条斜边是弧形另一条斜边是直线，但是如果两条斜边都为弧形，他们相交处不是平滑过渡，保持相交形成棱线，可以获得更好的光学性能。

同一块基板8上直齿9的高度遵循菲涅尔透镜要求，从中心到两侧高度逐渐降低，也就是中间的直齿高度最高，其两侧的直齿高度逐渐降低，而且直齿9的斜边与基板8之间的角度也可以不同，这些参数根据实际成像效果做相应调整。基板8可以是矩形或者圆形，也可以是其他形状，根据实际布局和显示需要确定，直齿的棱与基板的边可以平行也可以不平行，基板8和直齿9一体制造，采用玻璃或者塑料等材料制造。

对于整个光学系统来说，为了合理布局，提高空间利用率，在图像源1与菲涅尔透镜之间可以增加第一反射镜2，而菲涅尔透镜组和实像5之间的光路上也可以增加第二反射镜4，利用反射镜调整光线走向。

如图2所示，图像源1竖直设置，菲涅尔透镜组3水平设置，第一反射镜2和第二反射镜4均与水平面成45度，图像源1发出的光线经过第一反射镜2的反射垂直射入菲涅尔透镜组3，经过菲涅尔透镜组3的折射后，光线照射在第二反射镜4上，通过第二反射镜4的反射在空气中成实像5，而用户看见的就是悬浮在空气中的像，该实像5的尺寸比图像源1的尺寸大，所以可以理解为得到的是一个放大的实像5。

实施例二：

如图3、图4，与实施例一的区别在于，图像源1变为投影机6，比如DLP投影机6或者激光MEMS模组，因为图像源1的发光特性改变了，所以在投影机6与菲涅尔透镜组3之间增加扩散片7，高图像源1的发散角度，扩大人眼观测实像5的角度，一般来说，扩散片7的透光率为70％±10％，高于80％的透光率，观察者可以看到投影机6明亮的投射点，而低于60％的透光率，会导致图像模糊，亮度不够，影响到用户的使用。

实施例二相对于实施例一来说，更换了可以形成更大源图像的图像源1，用于呈现更大实像5的场景中使用，对于更大的显示场景来说投影机6的造价和体积要明显低于实施例一的图像源1。

实施例三：

如图6所示，与实施例一和二的区别在于：两片菲涅尔透镜的朝向不同，两片菲涅尔透镜同向设置，这样利于多片菲涅尔透镜的平行排列，在制造时便于菲涅尔透镜的安装，按同一个方向排列即可。

实施例四：

如图7所示，与实施例一和二的区别在于：两片菲涅尔透镜的朝向不同，两片菲涅尔透镜背向设置，即两片菲涅尔的基板和基板靠在一起，这样两片菲涅尔透镜更容易实现定位，装配精度也可以得到更好的提高。

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。