CN106292164B - 多源光谱立体投影系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多源光谱立体投影系统，包括框架以及固定在框架上的正方形激光列阵、圆形成像列阵、集成电路板和电源；激光列阵由至少四十个均匀排列成正方形方框的激光棱形生成器组成，用于产生激光使空气中形成上下两个相互对称的四棱锥体水雾屏幕；成像列阵位于激光列阵内部，由至少一百个均匀排列成实心圆的光成像接收发射器组成，用于向四棱锥体水雾屏幕发射图像光源、以及发射和接收感应射线；集成电路板和电源均安装在框架底部，集成电路板分别与激光棱形生成器、光成像接收发射器和电源电性连接；集成电路板还分别与激光棱形生成器和光成像接收发射器连接有光纤。本发明无需佩戴立体眼镜就可以看见在空气中投影出完全立体的三维图像。

Description

多源光谱立体投影系统

技术领域

本发明属于立体投影显示技术领域，具体涉及一种多源光谱立体投影系统。

背景技术

二十一世纪科技突飞猛进，人类已经进入虚拟化和信息化全面发展的时代，使用液晶显示器的智能手机、笔记本电脑、多功能显示器以及现在大规模使用的数字、多媒体、投影仪都是二维成像，无法实现真正的空间三维立体成像，而最近新推出的棱镜形多维立体成像，是采用人视觉上的错觉造成空间中有三维立体图像产生，但此多普成像技术受制于地形和使用范围，受制于制作的成像玻璃的精度，造成其多维立体空间狭小，而且不稳定，携带不方便。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的问题，提供一种携带方便、可在空气中投影出三维立体图像的多源光谱立体投影系统，让使用者有十分直观的可视性与直接可控操作性。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

一种多源光谱立体投影系统，包括框架以及固定在框架上的激光列阵、成像列阵、集成电路板和电源；

所述激光列阵由至少四十个均匀排列成正方形方框的激光棱形生成器组成，用于产生激光使空气中形成上下两个相互对称的四棱锥体水雾屏幕；

所述成像列阵位于激光列阵内部，由至少一百个均匀排列成实心圆的光成像接收发射器组成，用于向四棱锥体水雾屏幕发射图像光源、以及发射和接收感应射线；

所述集成电路板和电源均安装在框架底部，集成电路板分别与激光棱形生成器、光成像接收发射器和电源电性连接；集成电路板还分别与激光棱形生成器和光成像接收发射器连接有光纤；集成电路板用于控制各个激光棱形生成器和光成像接收发射器配合生成投影图像。

上述激光棱形生成器包括顶面为开口的第一外壳；位于第一外壳内部从上到下依次设置有外半球透镜、内半球透镜、散光器、激光温控器和激光发射器；所述外半球透镜比内半球透镜的直径大，且两者均为中空的半球体结构，该半球体结构中间的厚度比四周薄，外半球透镜、内半球透镜和散光器从外到内依次套设；外半球透镜的底边前后左右分别通过第一推杆连接有四个第一电机；内半球透镜的底边前后左右分别通过第二推杆连接有四个第二电机，每个第二电机下方均通过第三推杆连接有第三电机；所述激光温控器、激光发射器、第一电机、第二电机和第三电机分别与集成电路板电性连接；激光发射器与集成电路板之间接有光纤。

上述散光器为一个内部充满单晶硅材料的透明球体。

上述光成像接收发射器包括顶面为开口的第二外壳和安装在第二外壳上方的凸透镜；所述凸透镜为下方设有开口的中空球体结构，凸透镜内部设有一根固定柱，固定柱内装有光感发射器，光感发射器上方装有一个实心的透明玻璃球；第二外壳内部设有一个第四电机、至少一个感应射线发射器和至少一个感应射线接收器；第四电机通过第四推杆穿入凸透镜下方的开口与固定柱下端连接；光感发射器、第四电机、感应射线发射器和感应射线接收器分别与集成电路板电性连接；光感发射器与集成电路板之间接有光纤。

上述感应射线发射器为X射线发射器；上述感应射线接收器为X射线接收器。

上述的多源光谱立体投影系统还包括分别与集成电路板连接的扬声器和声音传感器。

上述集成电路板包括：

存储卡，用于储存图像和声音信息；

分别与光感发射器、感应射线发射器和感应射线接收器连接的智能显示驱动芯片，分别用于控制光感发射器向水雾屏幕投影图像、控制感应射线发射器向水雾屏幕发射感应射线以及传输处理来自感应射线接收器接收到的感应射线信号；

分别与扬声器和声音传感器连接的无线通信芯片，分别用于向扬声器传输声音信号以及传输处理来自声音传感器的声音信号；

分别与激光发射器、激光温控器、第一电机、第二电机、第三电机、第四电机、存储卡、智能显示驱动芯片、无线通信芯片和电源连接的处理器，用于处理图像与声音数据。

上述正方形激光列阵的边长大于5cm；圆形成像列阵的直径大于3cm。

上述的多源光谱立体投影系统还包括安装在框架底部的PWM液冷散热器，PWM液冷散热器与集成电路板连接的，用于给集成电路板散热。

上述集成电路板还连接有USB接口和网口。

相比于现有技术，本发明的优势在于：

本发明提供的投影系统利用正方形激光列阵产生激光使空气中形成上下两个相互对称的四棱锥体水雾屏幕，再由圆形成像列阵向倒四棱锥形水雾屏幕发射图像光源形成三维立体图像，图像大小可根据需要设置，还可通过发射和接收感应射线，实现人机交互。本发明的投影系统可用于代替通信手机、电视机、电影屏幕、电脑显示器等二维平面显示系统，使用者无需佩戴立体眼镜就可以看见在空气中投影出完全立体的三维图像。可应用于制造业、游戏，使使用者有十分直观的可视性与可控操作性，并且可以感受到无感官触摸的操作感受。

附图说明

图1是本发明中激光列阵和成像列阵的分布示意图。

图2是本发明中激光棱形生成器的结构示意图。

图3是本发明中激光棱形生成器的俯视图。

图4是本发明中光成像接收发射器的结构示意图。

图5是本发明中光成像接收发射器的俯视图。

图6是本发明多源光谱立体投影系统的折射成像光路图。

图7是本发明多源光谱立体投影系统的反射成像光路图。

图8是本发明中集成电路板的模块框图。

图中：1.激光列阵；11.激光棱形生成器；112.外半球透镜；113.内半球透镜；114.散光器；115.激光温控器；116.激光发射器；117.第一电机；1171.第一推杆；118.第二电机；1181.第二推杆；119.第三电机；1191.第三推杆；2.成像列阵；21.光成像接收发射器；211.第二外壳；212.凸透镜；213.固定柱；214.光感发射器；215.玻璃球；216.第四电机；217.X射线发射器；218.X射线接收器；3.框架。

具体实施方式

以下结合实施例及其附图对本发明技术方案作进一步非限制性的详细说明。

一种多源光谱立体投影系统，包括框架3以及固定在框架上的激光列阵1、成像列阵2、扬声器、声音传感器、PWM液冷散热器、集成电路板和电源；

如图1所示，激光列阵1由四十个均匀排列成正方形方框的激光棱形生成器11组成，用于产生激光使空气中形成上下两个相互对称的四棱锥体水雾屏幕；

成像列阵2位于激光列阵1内部，由一百个均匀排列成实心圆的光成像接收发射器21组成，用于向四棱锥体水雾屏幕发射图像光源、以及发射和接收感应射线；

所述集成电路板和电源均安装在框架3底部，集成电路板分别与激光棱形生成器11、光成像接收发射器21和电源电性连接；集成电路板还分别与激光棱形生成器11和光成像接收发射器21连接有光纤；集成电路板用于控制各个激光棱形生成器11和光成像接收发射器21配合生成投影图像。

所述扬声器、声音传感器和PWM液冷散热器均安装在框架3底部，且分别与集成电路板连接，PWM液冷散热器用于给集成电路板散热。

所述正方形激光列阵1的边长为5cm；圆形成像列阵2的直径为4cm。

如图2和3所示，激光棱形生成器11包括顶面为开口的第一外壳111；位于第一外壳内部从上到下依次设置有外半球透镜112、内半球透镜113、散光器114、激光温控器115和激光发射器116；外半球透镜112比内半球透镜113的直径大，且两者均为中空的半球体结构，该半球体结构中间的厚度比四周薄，外半球透镜与内半球透镜的倾斜角度相互配合用于调节激光照射的角度；外半球透镜112、内半球透镜113和散光器114从外到内依次套设；外半球透镜112的底边前后左右分别通过第一推杆1171连接有四个第一电机117；内半球透镜113的底边前后左右分别通过第二推杆1181连接有四个第二电机118，每个第二电机下方均通过第三推杆1191连接有第三电机119；激光温控器115、激光发射器116、第一电机117、第二电机118和第三电机119分别与集成电路板电性连接；激光发射器116与集成电路板之间接有光纤；散光器114为一个内部充满单晶硅材料的透明球体，用于减弱激光的强度。每个激光棱形生成器11的宽度为0.5cm。

如图4和5所示，光成像接收发射器21包括顶面为开口的第二外壳211和安装在第二外壳上方的凸透镜212；凸透镜212为下方设有开口的中空球体结构，凸透镜内部设有一根固定柱213，固定柱内装有光感发射器214，光感发射器214上方装有一个实心的透明玻璃球215，用于扩大投影范围；第二外壳内部设有一个第四电机216、两个X射线发射器217和两个X射线接收器218；第四电机216通过第四推杆2161穿入凸透镜下方的开口与固定柱213下端连接；光感发射器214、第四电机216、X射线发射器217和X射线接收器218分别与集成电路板电性连接；光感发射器214与集成电路板之间接有光纤。每个光成像接收发射器21的宽度为0.5cm。光感发射器21可采用液晶射头或微型LED射头。

如图8所示，所述集成电路板包括：

存储卡，用于储存图像和声音信息；

分别与光感发射器214、X射线发射器217和X射线接收器218连接的智能显示驱动芯片，分别用于控制光感发射器214向水雾屏幕投影图像、控制X射线发射器217向水雾屏幕发射X射线以及传输处理来自X射线接收器218接收到的X射线信号；

分别与扬声器和声音传感器连接的无线通信芯片，分别用于向扬声器传输声音信号以及传输处理来自声音传感器的声音信号；

分别与激光发射器116、激光温控器115、第一电机117、第二电机118、第三电机119、第四电机216、存储卡、智能显示驱动芯片、无线通信芯片和电源连接的处理器，用于处理图像与声音信号数据；

本实施例所述的处理器采用Helio x20处理器(生产于联发科技有限公司)；无线通信芯片采用NRF24E1芯片；智能显示驱动芯片采用HD7289A芯片；存储卡采用SIM卡或SD卡。

本实施例的集成电路板还连接有USB接口和网口，用于播放来自外部设备的图像和声音信息。

本发明可根据需要改变激光列阵和成像列阵的大小，以及改变激光棱形生成器和光成像接收发射器的数量，使其适用于室内外大型投影或小型电子设备投影等。

本实施例的工作原理：

圆形的成像列阵2位于正方形的激光列阵1内部，使用时，开启电源开关，激光棱形生成器11发射激光，该激光加热空气中的水汽使其凝结生成微小的水晶体，在激光光线所形成的热量达到与空气中的水分子处于凝结的临界点的状态时，激光光壁上会包裹着水晶子，从而形成的水雾反射镜或折射镜作为投影屏幕；通过集成电路板调节激光棱形生成器11所发射激光的方向，在激光列阵正上方的空气中形成上下两个相互对称的四棱锥体水雾屏幕，同时还可调节激光棱形生成器11所发射激光的温度，从而控制空气中所形成的水晶体的浓度；然后开启光成像接收发射器21，光成像接收发射器21从四棱锥体水雾屏幕下方向上投射图像光线，在屏幕上形成三维立体图像。

如图6所示，当水雾屏幕中的水晶体浓度大于10500个每立方微米时，此时水晶体浓度相对较高，水雾屏幕将通过折射成像，调整激光棱形生成器11的激光照射角度，使激光列阵所形成的位于下方正立的四棱锥体水雾屏幕的高度为3-8cm；熄灭位于成像列阵中间部分的光成像接收发射器21，开启位于成像列阵外围的光成像接收发射器21进行投影，由于倒棱形投影方式有交叉点可能会形成两面呈像，因此熄灭光谱列阵中间的光成像接收发射器可防止出现两重或多重成像；三维立体图像将形成于上方倒立的四棱锥体水雾屏幕中间，观众可以水平角度观看到呈现在水雾屏幕中的图像。

如图7所示，当水雾屏幕中的水晶体浓度大于4013个且小于10500个每立方微米时，此时水晶体浓度相对较低，水雾屏幕将通过反射成像，调整激光棱形生成器11的激光照射角度，使激光列阵所形成的位于下方正立的四棱锥体水雾屏幕的高度为10-15cm；熄灭位于成像列阵外围的光成像接收发射器，开启位于成像列阵中间的光成像接收发射器进行投影，可使图像更清晰；三维立体图像将形成于下方正立的四棱锥体水雾屏幕中间，观众可以俯视角度观看到水雾屏幕中的图像。另外，所能成像的投影面积不能小于55.7861cm²。

在进行人机交互时，当人手部触碰到屏幕，手部会反射来自光成像接收发射器21发射出的X射线，光成像接收发射器21再接收反射回来的X射线，并将信号传输给集成电路板进行数据分析处理，集成电路板中的处理器根据预设好的程序发出的指令命令，作出相应的信息反馈。

本发明提供的投影系统利用正方形激光列阵产生激光使空气中形成上下两个相互对称的四棱锥体水雾屏幕，再由圆形成像列阵向倒四棱锥形水雾屏幕发射图像光源形成三维立体图像，图像大小可根据需要设置，还可通过发射和接收感应射线，实现人机交互。本发明的投影系统可用于代替通信手机、电视机、电影屏幕、电脑显示器等二维平面显示系统，使用者无需佩戴立体眼镜就可以看见在空气中投影出完全立体的三维图像。可应用于制造业、游戏，使使用者有十分直观的可视性与可控操作性，并且可以感受到无感官触摸的操作感受。

本发明的激光列阵和成像列阵可根据需要改变列阵的大小以及改变激光棱形生成器和光成像接收发射器的数量，可适用于室内外大型投影或小型电子设备投影等。例如：该列阵是一台手机的操作系统，无需使用屏幕，通过投影出的三维立体空间图象直接点击在空中形成的三维立体空间虚拟图像的键盘，便可以拨打电话；若想观看一段视频，无需使用手指点击，也可通过声音控制激光列阵手机或播放器，使其在空中虚拟形成立体图像而观看视频；同时，也可以根据需要放大功率，使其投影出跟人大小一样或比人更大的物品，如楼房、轮船、飞机等1：1同比例虚拟空中模型，使人身临其境。另外，运用在游戏上使游戏更加真实、逼真，无需佩戴三维立体游戏眼镜，便可使其身临其境的创造出一个虚假的模拟空间。

需要指出的是，上述实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多源光谱立体投影系统，其特征在于：包括框架以及固定在框架上的激光列阵、成像列阵、集成电路板和电源；

所述激光列阵由至少四十个均匀排列成正方形方框的激光棱形生成器组成，用于产生激光，使空气中的水汽凝结，形成上下两个相互对称的四棱锥体水雾屏幕；

所述成像列阵位于激光列阵内部，由至少一百个均匀排列成实心圆的光成像接收发射器组成，用于向四棱锥体水雾屏幕发射图像光源、以及发射和接收感应射线；

所述集成电路板和电源均安装在框架底部，集成电路板分别与激光棱形生成器、光成像接收发射器和电源电性连接；集成电路板还分别与激光棱形生成器和光成像接收发射器连接有光纤；集成电路板用于控制各个激光棱形生成器和光成像接收发射器配合生成投影图像。

2.根据权利要求1所述的多源光谱立体投影系统，其特征在于：所述激光棱形生成器包括顶面为开口的第一外壳；位于第一外壳内部从上到下依次设置有外半球透镜、内半球透镜、散光器、激光温控器和激光发射器；所述外半球透镜比内半球透镜的直径大，且两者均为中空的半球体结构，该半球体结构中间的厚度比四周薄，外半球透镜、内半球透镜和散光器从外到内依次套设；外半球透镜的底边前后左右分别通过第一推杆连接有四个第一电机；内半球透镜的底边前后左右分别通过第二推杆连接有四个第二电机，每个第二电机下方均通过第三推杆连接有第三电机；所述激光温控器、激光发射器、第一电机、第二电机和第三电机分别与集成电路板电性连接；激光发射器与集成电路板之间接有光纤。

3.根据权利要求2所述的多源光谱立体投影系统，其特征在于：所述散光器为一个内部充满单晶硅材料的透明球体。

4.根据权利要求2所述的多源光谱立体投影系统，其特征在于：所述光成像接收发射器包括顶面为开口的第二外壳和安装在第二外壳上方的凸透镜；所述凸透镜为下方设有开口的中空球体结构，凸透镜内部设有一根固定柱，固定柱内装有光感发射器，光感发射器上方装有一个实心的透明玻璃球；第二外壳内部设有一个第四电机、至少一个感应射线发射器和至少一个感应射线接收器；第四电机通过第四推杆穿入凸透镜下方的开口与固定柱下端连接；光感发射器、第四电机、感应射线发射器和感应射线接收器分别与集成电路板电性连接；光感发射器与集成电路板之间接有光纤。

5.根据权利要求4所述的多源光谱立体投影系统，其特征在于：所述感应射线发射器为X射线发射器；所述感应射线接收器为X射线接收器。

6.根据权利要求4所述的多源光谱立体投影系统，其特征在于还包括分别与集成电路板连接的扬声器和声音传感器。

7.根据权利要求6所述的多源光谱立体投影系统，其特征在于：所述集成电路板包括：

存储卡，用于储存图像和声音信息；

分别与光感发射器、感应射线发射器和感应射线接收器连接的智能显示驱动芯片，分别用于控制光感发射器向水雾屏幕投影图像、控制感应射线发射器向水雾屏幕发射感应射线以及传输处理来自感应射线接收器接收到的感应射线信号；

分别与扬声器和声音传感器连接的无线通信芯片，分别用于向扬声器传输声音信号以及传输处理来自声音传感器的声音信号；

分别与激光发射器、激光温控器、第一电机、第二电机、第三电机、第四电机、存储卡、智能显示驱动芯片、无线通信芯片和电源连接的处理器，用于处理图像与声音数据。

8.根据权利要求1至5中任一项所述的多源光谱立体投影系统，其特征在于：所述正方形激光列阵的边长大于5cm；圆形成像列阵的直径大于3cm。

9.根据权利要求1至5中任一项所述的多源光谱立体投影系统，其特征在于还包括安装在框架底部的PWM液冷散热器，PWM液冷散热器与集成电路板连接的，用于给集成电路板散热。

10.根据权利要求1至5中任一项所述的多源光谱立体投影系统，其特征在于：所述集成电路板还连接有USB接口和网口。