CN107577060A - 大视角空中成像设备 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种大视角空中成像设备，包括平面对称成像光学板、反射镜和多个物体，多个物体设置在平面对称成像光学板的一侧面，且多个物体与反射镜位于平面对称成像光学板的两侧。平面对称成像光学板、多个物体、反射镜的设置用于将多个物体的像重合。本发明通过在成像位置设置雾面，可以将光学板下方的散射光线经过平面对称成像光学板汇聚到雾面区域，发生散射，可进一步达到扩大水平视角及垂直视角的效果。

Description

大视角空中成像设备

技术领域

本发明涉及光学成像元件技术领域，具体涉及大视角空中成像设备。

背景技术

现有技术中，平面对称成像设备主要有以下几大类：1、由发光物体或光学照射物体发射的发散光通过由角反射阵列组成的光学板透射，在光学板内经过两次反射，随后可以相对于光学板在平面对称位置上汇聚(成像)。2、由发光物体或光学照射物体发射的发散光通过微透镜阵列折射，在相对于光学板的平面对称位置上汇聚成像。3,、由发光物体或光学照射物体发射的发散光通过负折射率材料，在相对于光学板的平面对称位置上汇聚成像。

但是，直接采用上述三种方式，进行成像，存在观看悬浮显示物体的观察视角范围小的问题。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的目的在于提出大视角空中成像设备。具体技术方案如下：

一种大视角空中成像设备，包括平面对称成像光学板、反射镜和多个物体，多个物体设置在平面对称成像光学板的一侧面，且多个物体与反射镜位于平面对称成像光学板的两侧，平面对称成像光学板、多个物体、反射镜的设置用于将多个所述物体的像重合。

一种大视角空中成像设备，包括平面对称成像光学板、两个反射镜和物体，两个反射镜沿平面对称成像光学板对称设置，第一物体在通过第一反射镜成第一虚像，第一虚像通过平面对称成像光学板成第二像，物体通过平面对称光学板成第一像，第二像通过第二反射镜成第三像，第三像与第一像重合。

一种大视角空中成像设备，其特征在于，包括平面对称成像光学板、显示屏、雾面，显示屏经平面对称成像光学板内二次反射所成像与雾面重合，或，显示屏经平面对称成像光学板内二次反射及反射镜反射后所成像与雾面重合。

根据本发明提供的大视角空中成像设备，通过在平面对称成像光学板的一侧设置反射镜，可以将光学板下方的散射光线经过平面对称成像光学板汇聚到雾面区域，发生散射，以达到扩大水平视角及垂直视角的效果。

平面对称成像光学板包括由上至下设置的可透光的第一基板和第二基板，第一基板具有多个第一反射面，第二基板设有多个与第一反射面正交的第二反射面，第一反射面和第二反射面用于使得发散光线经过第二反射面和第一反射面的反射后到达第一基板上方，并在第一基板的上方空间汇聚成像；

通过设置在第一基板和第二基板上相交错的矩形块或矩形孔实现两次反射，使得像素密度高于同类技术，而且对矩形块或矩形孔的直角的加工精度要求较低，仅通过侧壁反光，降低了加工难度和整体造价。

根据本发明的一个示例，第一基板布设有多个矩形块和/或矩形孔，第二基板布设有多个矩形块和/或矩形孔，矩形块的外侧壁/矩形孔的内侧壁设有垂直于基板的反光面，第一基板上的矩形块/矩形孔与第二基板的矩形块/矩形孔的反光面交错布设，所述矩形孔的侧壁或所述矩形块的侧壁与所述第一基板或所述第二基板的侧边缘成0～90°的夹角。

根据本发明的一个示例，多个矩形块之间、矩形孔内设有透光材质的填充物。

根据本发明的一个示例，第一基板和第二基板之间设有透明的隔板。

根据本发明的一个示例，第一反射面和/或第二反射面为多层反光结构叠加成型。

根据本发明的一个示例，第一反射面、第二反射面镀膜或抛光处理。

根据本发明的一个示例，第一基板和第二基板通过紫外胶相粘结，或，第一基板和第二基板通过透明或半透明材料封装固定。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1是本发明实施例1的大视角空中成像设备的一种结构示意图；

图2是实施例1中的平面对称成像光学板的一种结构示意图；

图3是实施例1中的平面对称成像光学板的另一种结构示意图；

图4是实施例1中的高像素密度凹状双面角反射阵列平面对称成像光学板的的示意性立体图；

图5是实施例1中的高像素密度凹状双面角反射阵列平面对称成像光学板的示意性俯视图；

图6是实施例1中的高像素密度凸状双面角反射阵列平面对称成像光学板的示意性立体图；

图7是实施例1中的高像素密度凸状双面角反射阵列平面对称成像光学板的示意性俯视图；

图8是实施例1中的平面对称成像光学板的第一基板和第二基板的示意性俯视图(一)；

图9是实施例1中的平面对称成像光学板的第一基板和第二基板的示意性俯视图(二)；

图10是实施例1中的凹状双面角反射阵列光学板示意性立体图；

图11是实施例1中的槽状双面角反射阵列光学板示意性立体图；

图12是实施例1中的方筒状双面角反射阵列光学板示意性立体图；

图13是实施例1中的凸状双面角反射阵列光学板示意性立体图；

图14是实施例2的结构示意图；

图15是实施例3的结构示意图；

图16是微透镜阵列折射的原理示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。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。

下面参考附图来详细描述根据本发明的大视角空中成像设备。

结合附图1所示，本实施例一种大视角空中成像设备，包括平面对称成像光学板、部分透射部分反射平面镜和多个显示屏，多个显示屏设置在平面对称成像光学板的一侧面，且多个显示屏与部分透射部分反射平面镜位于平面对称成像光学板的两侧，平面对称成像光学板、多个显示屏、部分透射部分反射平面镜的设置用于将多个所述显示屏的像重合。

根据本发明提供的大视角空中成像设备，通过在平面对称成像光学板的一侧设置部分透射部分反射平面镜，可以将光学板下方的散射光线经过平面对称成像光学板汇聚到雾面区域，发生散射，以达到扩大水平视角及垂直视角的效果。

具体的，如图1所示，平面对称成像光学板100的下方有两个显示屏，第一显示屏101和第二显示屏102，第一显示屏101经过平面对称成像光学板100生成像103，平面对称成像光学板100的上方设置部分透射部分反射平面镜105。第二显示屏102经过平面对称成像光学板100所成的第二像104的位置，与第一显示屏101经过平面对称成像光学板100所成的像103的位置关于部分透射部分反射镜平面对称。

具体的，本实施例的第一基板和第二基板有多种组合方式，例如图2所示，透光的第一基板第二基板的板面相连接，可以是一体连接，便于加工，也可以是通过中间结构(例如胶等)相连接，图中第一基板的矩形块位于两者组合体的上方，第二基板的矩形块位于两者组合体的下方。

再例如图3所示，透光的第一基板和第二基板的矩形块相连接，两个基板的板面分别位于两者组合体的上下，第一基板的矩形块和第二基板的矩形块的侧壁均为垂直于基板平面的反光面，第一基板的矩形块和第二基板的矩形块可以直接接触，也可以在两者之间预留有一定空间，或者通过玻璃间隔，第一基板的矩形块和第二基板的矩形块交错布设，更具体的，可以从图示中得出，第一基板的一个矩形块或矩形孔的形心位于第二基板的四个矩形块或矩形孔之间的中间位置。

再例如图4和图5中的第一基板为透光材质或者不透光材质，其设有多个矩形孔，同样的，第二基板也设有多个矩形孔，第一基板的矩形孔和第二基板的矩形孔的侧壁均为反光面，第一基板的矩形孔和第二基板的矩形孔之间预留有一定空间，或者通过玻璃间隔，第一基板的矩形孔和第二基板的矩形孔交错布设。需要说明的是，矩形孔可以贯穿第一基板或第二基板的表面，形成通孔结构，这样，第一基板和第二基板的材质可以为不透光材质。其中，矩形孔的各个侧面可以与光学板的侧面成45°角设置。此外，矩形孔的侧面，也可以与光学板的侧边成其他的任意角度，均能够满足从相应角度观察的需求。

除了图4和图5所示的矩形孔的形式以外，还可以将第一基板和第二基板设置成具有凸块的形式，凸块形式的图示，可以参考图6和图7。

当然，第一基板和第二基板还可以有其他组合方式，例如在第一基板设有矩形块，第二基板设有矩形孔，再例如第一基板设有矩形孔，第二基板设有矩形块，再例如第一基板设有矩形块和矩形孔，第一基板也设有矩形块和矩形孔等等，两交错结构之间可通过透明板隔离支撑，透明挡板可独立存在或与上下交错结构部分或全部结合(图中均未示出)。以上结构均包含在本发明的保护范围之内。优选的，本实施例的矩形孔的大小为0.2mm，孔边边距为0.05mm，矩形块也可以如此设计，当然也可以对矩形块或矩形孔的结构比例进行限定，例如将矩形块的高度与宽度之比限定为1～1.5，当然，其他能够取得良好效果的比例也在本发明的保护范围之内。

有利的，本实施例还可以在矩形孔内或矩形块的间隙内可填充物质，例如液体或固体，液体或固体可为与基板同折射率或不同折射率的液体或固体，比如光固化树脂，高折射率有机物等。填充后可提升光学板机械强度，可增加像素密度，可提高显示亮度。填充同折射率或相似折射率物质，可提高像素密度并且不影响成像质量。

有利的，可以将上述的第一反射面、第二反射面、反光面镀膜或抛光处理，提高反射率。

具体的，本实施例的第一基板和第二基板可以通过紫外胶相粘结，或者，第一基板和第二基板通过透明或半透明材料封装固定。当然也可以采用其他连接方式，这里不一一列举。

综上，根据本实施例中提供的平面对称成像光学板，通过设置在第一基板和第二基板上相交错的矩形块或矩形孔实现两次反射，使得像素密度高于同类技术，而且对矩形块或矩形孔的直角的加工精度要求较低，仅通过侧壁反光，降低了加工难度和整体造价。

特别的，当不需要很高的像素密度时，则无需将两块基板进行重叠，则可以采用如图10所示的凹状双面角反射阵列光学板、图11所示的槽状双面角反射阵列光学板、图12所示的方筒状双面角反射阵列光学板、图13所示的凸状双面角反射阵列光学板，所列举的这些光学板，结构上，可以采用凹孔、上下两层的槽、方筒、凸块等多种的形状，角度分布上，则可以与光学板的边缘平行或成倾斜设置均可。可以实现将光学板一侧的发光物体成像在光学板的另一侧的效果。

实施例2：

如图14所示，一种大视角空中成像设备，包括平面对称成像光学板100、两个部分透射部分反射平面镜和显示屏，两个部分透射部分反射平面镜沿平面对称成像光学板100对称设置，第一显示屏101在通过第一部分透射部分反射平面镜106成第一虚像107，第一虚像107通过平面对称成像光学板成第二像108，第一显示屏101通过平面对称光学板100成第一像，第二像108通过第二部分透射部分反射平面镜109成第三像，第三像与第一像重合。

实施例3：

如图15所示，一种大视角空中成像设备，包括平面对称成像光学板100和显示屏110，显示屏110与雾面111沿平面对称成像光学板100对称设置，显示屏在平面对称成像光学板100上形成悬浮显示屏112。具体的，雾面相当于散射面。可以通过超声波换能器、风扇、加热、压力喷射这几种方式或几种方式组合的方式产生微水滴形成雾面。光学板下方的散射光线经过光学板汇聚到雾面区域，发生散射，以达到扩大水平视角和垂直视角的效果。

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”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个以上，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；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。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。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。例如，将上述实施例中的角反射阵列的光学板，替换成微透镜阵列折射的光学板(原理如图16所示)或负折射率材料的光学板等平面对称成像光学板；或者将部分透射部分反射平面镜替换为镜面等平面镜；或者将显示屏替换为可以反光的物体。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种大视角空中成像设备，其特征在于，包括平面对称成像光学板、反射镜和多个物体，多个所述物体设置在所述平面对称成像光学板的一侧面，且多个所述物体与所述反射镜位于所述平面对称成像光学板的两侧，所述平面对称成像光学板、多个所述物体、所述反射镜的设置用于将多个所述物体的像重合。

2.一种大视角空中成像设备，其特征在于，包括平面对称成像光学板、两个反射镜和物体，两个所述反射镜沿所述平面对称成像光学板对称设置，所述第一物体通过所述第一反射镜成第一虚像，所述第一虚像通过所述平面对称成像光学板成第二像，所述物体通过所述平面对称光学板成第一像，所述第二像通过第二反射镜成第三像，所述第三像与所述第一像重合。

3.一种大视角空中成像设备，其特征在于，包括平面对称成像光学板、显示屏、雾面，所述显示屏经所述平面对称成像光学板内二次反射所成像与所述雾面重合，或，显示屏经所述平面对称成像光学板内二次反射及反射镜反射后所成像与所述雾面重合。

4.根据权利要求1或2或3所述的大视角空中成像设备，其特征在于，所述平面对称成像光学板包括由上至下设置的可透光的第一基板和第二基板，所述第一基板具有多个第一反射面，所述第二基板设有多个与所述第一反射面正交的第二反射面，所述第一反射面和所述第二反射面用于使得发散光线经过第二反射面和第一反射面的反射后到达所述第一基板上方，并在所述第一基板的上方空间汇聚成像。

5.根据权利要求4所述的大视角空中成像设备，其特征在于，所述第一基板布设有多个矩形块和/或矩形孔，所述第二基板布设有多个矩形块和/或矩形孔，所述矩形块的外侧壁/矩形孔的内侧壁设有垂直于所述基板的反光面，所述第一基板上的矩形块/矩形孔与第二基板的矩形块/矩形孔的反光面交错布设，所述矩形孔的侧壁或所述矩形块的侧壁与所述第一基板或所述第二基板的侧边缘成0～90°的夹角。

6.根据权利要求5所述的大视角空中成像设备，其特征在于，多个所述矩形块之间、所述矩形孔内设有透光材质的填充物。

7.根据权利要求4所述的大视角空中成像设备，其特征在于，所述第一基板和第二基板之间设有透明的隔板。

8.根据权利要求4-7中任一项所述的大视角空中成像设备，其特征在于，所述第一反射面和/或第二反射面为多层反光结构叠加成型。

9.根据权利要求8所述的大视角空中成像设备，其特征在于，所述第一反射面、第二反射面镀膜或抛光处理。

10.根据权利要求4-9中任一项所述的大视角空中成像设备，其特征在于，

所述第一基板和所述第二基板通过紫外胶相粘结，或，所述第一基板和所述第二基板通过透明或半透明材料封装固定。