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。

需要说明的是，当组件被称为“装设于”另一个组件，它可以直接装设在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“固定于”另一个组件，它可以是直接固定在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“或/及”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请一并参阅图1至图5，图1为本发明一个实施方式中全息透镜100的结构示意图，图2为图1所示全息透镜100的拆解示意图，图3为图1所示全息透镜100在另一视角下的结构示意图，图4为图1所示全息透镜100的光路成像示意图，图5为图3所示全息透镜100在A处的放大示意图。

全息透镜100用于实现三维成像，其能够将位于自身一侧的图像源所发出的图像投影至自身的另一侧，从而在空间上显现出图像，进而实现非感官的、真正意义上的裸眼三维(three-dimensional；3D)成像。

本实施方式中，全息透镜100应用至家庭影院的裸眼三维成像中，全息透镜100设置在家庭影院的液晶显示屏与用户之间，其中一个板面与液晶显示屏(Liquid CrystalDisplay；LCD)相对，另一个板面与用户相对，从而将液晶显示屏显示的画面直接透射至三维空间中以裸眼3D的效果供用户观看。

可以理解，全息透镜100应用至家庭影院时所配设的显示屏并不限于液晶显示屏，还可以采用有机电激光显示屏幕(Organic Light-Emitting Diode；OLED)等其他类型的显示屏幕。本发明也并不限制全息透镜100只能应用至家庭影院中，在其他的实施方式中，全息透镜100还可以应用至投影仪、电影放映机、游戏互动设备或者医疗成像设备中，只要这些显示系统能够应用本发明提供的全息透镜100即可。

具体地，全息透镜100包括层叠设置的第一透镜10、透过层20、第二透镜30、第一反射层40以及第二反射层50。第一透镜10朝向透过层20的一侧向外凸设并形成第一锯齿阵列11。第二透镜30朝向透过层20的一侧向外凸设并形成第二锯齿阵列31。透过层20嵌设于第一锯齿阵列11及第二锯齿阵列31，并通过第一锯齿阵列11及第二锯齿阵列31夹设于第一透镜10与第二透镜30之间。第一反射层40设置于透过层20与第一透镜10的第一锯齿阵列11之间，第二反射层50设置于透过层20与第二透镜30的第二锯齿阵列31之间。

第一透镜10与第二透镜30用于引导光线，二者均能够供光线射入并将光线引导至透过层20内；第一反射层40与第二反射层50用于反射经过第一透镜10或者第二透镜30入射的光线，第一反射层40与第二反射层50通过自身的反射特性会聚图像源发射出的光线，从而在全息透镜100相对远离图像源的另一侧会聚成像。

可以理解，本发明提供的全息透镜100既可以做单图像源成像，即仅在全息透镜100的一侧设置图像源，在全息透镜100的另一侧进行裸眼成像；也可以做双图像源成像，也即在全息透镜100的两侧均设置一个图像源，在全息透镜100的每一侧均进行隔屏图像源的对应成像。

可以理解，本发明是为了提高光线在第一锯齿阵列11与透过层20的界面上的反射能力，以及在第二锯齿阵列31与透过层20的界面上的反射能力而设置的第一发射层40与第二反射层50；此时全息投影出的图像亮度和分辨率均较高。

可以理解，若工况允许，第一反射层40与第二反射层50也可以省略；此时光线直接在第一锯齿阵列11与透过层20的界面，以及第二锯齿阵列31与透过层20的界面上进行反射，从而完成全息投影过程。

第一透镜10、透过层20及第二透镜30可以采用矩形板，优选采用正方形板且第一透镜10、透过层20及第二透镜30的板面尺寸(长度、宽度、厚度)均对应相同，第一透镜10、透过层20及第二透镜30堆叠设置并形成横截面为矩形的全息透镜100，此时的全息透镜100在应用与封装的便捷性、使用时的外形美观度以及图像的会聚性能上均相对较佳。

可以理解，第一透镜10、透过层20及第二透镜30的板面尺寸也可以不相同，例如第一透镜10与第二透镜30的长度及宽度可以大于透过层20的长度及宽度；本发明并不限制第一透镜10、透过层20及第二透镜30的板面尺寸需要完全相同，只要这三者的尺寸调整不影响全息透镜100的成像功能即可。

若不考虑侧面倾斜对光线会聚性能的干扰，第一透镜10、透过层20及第二透镜30还可以采用梯形板、菱形板等平板结构。

本实施方式中，第一透镜10与第二透镜30均为塑料透镜，此时第一透镜10与第二透镜30的抗碎裂性能相对较佳，在成本上也具有一定的优势。

可以理解，在其他的实施方式中，第一透镜10与第二透镜30中的一者或两者还可以采用玻璃透镜，玻璃透镜具有相对较高的透光率，会聚成像后的图像具有较高的亮度。

请一并参阅图6至图8，图6为图2所示全息透镜100中第一透镜10在α视角下的结构示意图，图7为图2所示全息透镜100中第一透镜10在β视角下的结构示意图，图8为图7所示第一透镜10在B处的放大示意图。

第一透镜10朝向透过层20的一侧向外凸设并形成第一锯齿阵列11，透过层20上形成对应于第一锯齿阵列11的第一凹槽(未标号)，第一锯齿阵列11嵌设于第一凹槽内，从而实现第一透镜10与透过层20之间的凹凸配合以及相互固定。

第一锯齿阵列11包括多个第一锯齿12，每个第一锯齿12均沿线形延伸(也即呈行设置)，多个第一锯齿12之间相互平行且等间距设置。每个第一锯齿12的横截面上均包括一个直角边13以及一个斜边14，直角边13所在的平面与斜边14所在的平面相互围设并形成第一锯齿12。

直角边13垂直于第一透镜10，也即直角边13的延伸方向垂直于第一透镜10的镜面延伸方向；斜边14与第一透镜10之间形成45°的夹角，也即斜边14的延伸方向与第一透镜10的镜面延伸方向之间形成45°的夹角。

本实施方式中，由于第一透镜10采用正方形平板，因此位于第一透镜10相对居中位置的第一锯齿12，相对位于边缘位置的第一锯齿12较长。多个第一锯齿12在垂直于自身延伸方向的方向以并列呈排的方式进行排布，居中和相对长度较长的第一锯齿12位于正方形第一透镜10的对角线位置。

本实施方式中，考虑到结构的紧凑性，同时为了减少光线在传输界面上的损耗，第一透镜10与第一锯齿阵列11一体设置。

可以理解，在其他的实施方式中，若不考虑多界面之间的光强损耗，第一透镜10与第一锯齿阵列11之间也可以采用分体结构。

请一并参阅图9至图11，图9为图2所示全息透镜100中第二透镜30在γ视角下的结构示意图，图10为图2所示全息透镜100中第二透镜30在δ视角下的结构示意图，图11为图10所示第二透镜30在C处的放大示意图。

第二透镜30朝向透过层20的一侧向外凸设并形成第二锯齿阵列31，透过层20上形成对应于第二锯齿阵列31的第二凹槽(未标号)，第二锯齿阵列31嵌设于第二凹槽内，从而实现第二透镜30与透过层20之间的凹凸配合以及相互固定。

第二锯齿阵列31包括多个第二锯齿32，每个第二锯齿32均沿线形延伸(也即呈行设置)，多个第二锯齿32之间相互平行且等间距设置。每个第二锯齿32的横截面上均包括一个直角边33以及一个斜边34，直角边33所在的平面与斜边34所在的平面相互围设并形成第二锯齿32。

直角边33垂直于第二透镜30，也即直角边33的延伸方向垂直于第二透镜30的镜面延伸方向；斜边34与第二透镜30之间形成45°的夹角，也即斜边34的延伸方向与第二透镜30的镜面延伸方向之间形成45°的夹角。

本实施方式中，由于第二透镜30采用正方形平板，因此位于第二透镜30相对居中位置的第二锯齿32，相对位于边缘位置的第二锯齿32较长。多个第二锯齿32在垂直于自身延伸方向的方向上并列呈排的排布，居中和相对长度较长的第二锯齿32位于正方形第二透镜30的对角线位置。

本实施方式中，考虑到结构的紧凑性，同时为了减少光线在传输界面上的损耗，第二透镜30与第二锯齿阵列31一体设置。

可以理解，在其他的实施方式中，若不考虑多界面之间的光强损耗，第二透镜30与第二锯齿阵列31之间也可以采用分体结构。

透过层20嵌设于第一锯齿阵列11及第二锯齿阵列31之间，透过层20的一侧与第一锯齿阵列11之间凹凸配合并相互嵌设，另一侧与第二锯齿阵列31之间凹凸配合并相互嵌设。

可以理解，在其他的实施方式中，为了增加透过层20与第一透镜10以及第二透镜30之间的连接可靠性，透过层20与第一透镜10之间以及透过层20与第二透镜30之间也可以设置光敏胶，以粘合透过层20与第一透镜10以及第二透镜30。

进一步地，光敏胶层的厚度优选为0.01mm，且在涂覆时厚度均匀设置。此厚度下的光敏胶层可以在保证粘合力的基础上兼顾厚度的轻薄，并且能够利用自身的均匀性避免对光线传输产生干扰，从而提高成像的效果，避免光敏胶层厚度过厚从而降低成像的清晰度。

当然，若不考虑对清晰度以及粘合力的影响，光敏胶层的厚度还可以选为除0.01mm之外的其他数字，只要该光敏胶层能够顺利粘合透过层20与第一透镜10以及第二透镜30即可。

此外，透过层20与第一透镜10以及第二透镜30的外部还可以围设透明的机械框体，三者通过围设固定的方式组装为一体。此种方式相对有利于多块全息透镜100的拼合。

当然，若透过层20与第一透镜10以及第二透镜30之间凹凸配合的连接可靠性满足工况要求，透过层20与第一透镜10以及第二透镜30之间优选通过凹凸配合实现相互固定，以减少光敏胶以及机械框体对光强的损耗。

第一透镜10的折射率与第二透镜30的折射率相等，第一反射层40设置于第一锯齿12的直角边13与透过层20之间，第二反射层50设置于第二锯齿32的直角边33与透过层20之间。第一锯齿12线形延伸的方向(也即第一锯齿阵列11线形延伸的方向)垂直于第二锯齿32线形延伸的方向(也即第二锯齿阵列31线形延伸的方向)。

多个第一锯齿12阵列形成的第一锯齿阵列11，使得图像源发出的每一束光线(或者角度相临近的几束光线)只在一个第一锯齿12的直角边13上进行反射；多个第二锯齿32阵列形成的第二锯齿阵列31，使得图像源发出的每一束光线(或者角度相临近的几束光线)只在一个第二锯齿32的直角边33上进行反射。这种结构设计，能够使得图像源发射出的光线在通过光路全反射后仍然能够会聚，降低了光路复杂性对图像源成像的干扰。

同时，第一锯齿阵列11与第二锯齿阵列31并非同向设置，第一锯齿阵列11的延伸方向与第二锯齿阵列31的延伸方向之间相垂直设置。此时，图像源发射出的光线能够在两层光波导阵列层中全反射至另一侧。

可以理解，第一锯齿阵列11与第一透镜10的边沿之间还可以形成除45°之外的其他角度，第二锯齿阵列31与第二透镜30的边沿之间还可以形成除45°之外的其他角度，只要第一锯齿阵列11的延伸方向与第二锯齿阵列31的延伸方向之间相垂直设置即可。

在本发明的一个实施方式中，第一锯齿12的直角边13的长度不低于0.4mm，且不超过1mm；及/或，

第二锯齿32的直角边33的长度不低于0.4mm，且不超过1mm。

在本发明的一个实施方式中，第一锯齿12的斜边14的长度不低于0.4mm，且不超过1.4mm；及/或，

第二锯齿32的斜边34的长度不低于0.4mm，且不超过1.4mm。

此时第一锯齿12的直角边13与斜边14，以及第二锯齿32的直角边33与斜边34的长度最大值与最小值均得以被限制，可以避免第一锯齿12以及第二锯齿32以过于稀疏的阵列密度和过大的体积造成图像清晰度较低，干扰图像的正常显示；同时能够避免第一锯齿12以及第二锯齿32过于密集，可以避免第一透镜10与第二透镜30的生产良品率过低且造价成本过于高昂的情况出现。

在本发明的一个实施方式中，第一透镜10与第二透镜30的折射率相等且均不低于1.4。

此时光线能够较佳的发生全反射，反射角与极限角度之间尚留存一定的设计余量，并能够提高成像的视场角度，避免图像源仅能够在很窄的角度内投射成像。当然，若不考虑视场角对成像的限制，第一透镜10与第二透镜30的折射率可以低于1.4，只要全息透镜100能够顺利成像即可。

在本发明的一个实施方式中，第一反射层40与第二反射层50均为金属反射层。由于金属反射层的反射率相对较佳，图像投影后的亮度也相对较佳。

作为优选，第一反射层40与第二反射层50采用铝箔。由于铝的反射率可以高达90％，在成本上也极具优势，这使得全息透镜100具有较佳的性价比，进一步提升了竞争力。

当然，第一反射层40与第二反射层50还可以采用银、铬、不锈钢等除铝之外的其他高反射材料层进行反射，第一反射层40与第二反射层50还可以采用全电介质反射膜来进行反射。

在本发明的一个实施方式中，第一反射层40沉积在第一锯齿12的直角边13上；及/或，

第二反射层50沉积在第二锯齿32的直角边33上。此时第一反射层40通过镀层沉积的方式敷设在第一透镜10上，第二反射层50通过镀层沉积的方式敷设在第二透镜30上，能够避免对透过层20进行双面镀层。由于透过层20的两面均相对凹凸不平整，在进行电镀等沉积工艺时相对难以实现双面精准定位。而将第一反射层40与第二反射层50分别设置在第一透镜10与第二透镜30上，可以利用第一透镜10与第二透镜30在外面的镜面进行定位，在沉积时能够获得的镜面效果更佳。

本发明提供的全息透镜100，通过在第一透镜10上形成的第一锯齿阵列11以及在第二透镜30上形成的第二锯齿阵列31，利用光线在直角边13以及直角边33上的反射，从而将图像源所发射的图像投影至空间上，进而实现真正意义上的裸眼3D成像。

本发明还提供一种全息透镜组件(图未示)，全息透镜组件包括至少两块上述的全息透镜100，两个全息透镜100在自身的侧面相互拼接并形成整体。此时的全息透镜组件能够通过多块拼合的方式提高自身的接收面积，在面对投影面积较大的图像源时具有小型化拼合为大型化的灵活性优势，避免了一个全息透镜100只能通过扩大板面才可以提高接收面积的劣势，在运输、生产制造上也具有便捷性。

本发明还提供一种显示系统(图未示)，该显示系统包括图像源200以及上述的全息透镜100；或者，该显示系统包括图像源以及上述的全息透镜组件。也即该显示系统，既可以包括至少一块全息透镜100，也可以包括相互拼合的一整块具有多个全息透镜100的全息透镜组件。

进一步地，图像源200可为二维图像源或者三维图像源。二维图像源包括但不限于LED显示屏、OLED显示屏等图像源，三维图像源包括但不限于霓虹灯等图像源。

本发明提供的显示系统通过利用全息透镜100或者全息透镜组件，能够将图像源发出的图像在空间上直接形成三维图像，提高了显示的观赏性和真实度，在家庭影院播放、电影播放、游戏互动甚至是医学成像中都具有极大的应用价值和广泛的应用前景，对居民生活水平的提高和全社会物质文明的建设都能够做出相应的贡献。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

本技术领域的普通技术人员应当认识到，以上的实施方式仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上实施方式所作的适当改变和变化都落在本发明要求保护的范围内。