CN110612471A - 一种增加可视范围的空中成像系统及空中成像方法 - Google Patents

Abstract

一种增加可视范围的空中成像系统，包括用于发射线性偏振光的图像发生器(10)、倾斜设于图像发生器(10)上方的反射式偏光组件(20)、设于图像发生器(10)上方且位于反射式偏光组件(20)的一侧的逆反射组件(30)，以及设于图像发生器(10)上方且分别位于图像发生器(10)的相对两侧的两个反射件(40)，其中，空中成像系统增加了反射件(40)，能够利用发射角较大的线性偏振光，从而大大提高了可视化范围，使得观察者在大视角的情况下也能清楚地观看到成像画面，同时还提高了光线的利用率，有效增加成像亮度，使得成像画面清晰。

Description

一种增加可视范围的空中成像系统及空中成像方法

技术领域

本申请涉及光学成像技术领域，更具体地说，是涉及一种增加可视范围的空中成像系统及空中成像方法。

背景技术

现在的空中成像多分为两种形式：第一种成像方式主要采用菲涅尔透镜为主要技术承载，利用菲涅尔聚光成焦的原理，将屏幕的多角度光源，在同一焦点上汇聚，并以圆锥型发散，观看视角在有效角度范围内；第二种成像方式是采用逆反射膜片，将屏幕的多角度光源，在一片半透半反射镜片上反射，至逆反射膜，逆反射膜再将屏幕光源几乎原路径返回，此时，返回光源的一半穿过半透半反射镜，最终依据空气成像的核心原理，屏幕的光在空中按照规律汇聚，呈现一个可被观察的像。然而，上述两种空中成像的形式均存在可视化范围较小的问题，这无疑会影响观察者的使用体验。

发明内容

本申请的目的在于提供一种增加可视范围的空中成像系统及空中成像方法，旨在解决现有的空中成像系统可视化范围较小的技术问题。

为解决上述技术问题，本申请实施例采用的技术方案是：提供一种增加可视范围的空中成像系统，包括：

图像发生器，用于发射线性偏振光；

反射式偏光组件，倾斜设于所述图像发生器上方，所述反射式偏光组件包括反射式偏光膜，所述反射式偏光膜的偏光轴方向与所述线性偏振光的偏振方向垂直；

逆反射组件，设于所述图像发生器上方且位于所述反射式偏光组件的一侧；以及

两个反射件，设于所述图像发生器上方且分别位于所述逆反射组件的相对两侧；

其中，所述反射式偏光膜用于接收所述图像发生器射出的线性偏振光并将线性偏振光反射至所述逆反射组件与所述反射件上，所述反射件用于接收被所述反射式偏光膜反射的线性偏振光并将线性偏振光反射至所述逆反射组件上，所述逆反射组件用于接收被所述反射式偏光膜与所述反射件二者所反射的线性偏振光并改变线性偏振光的偏振方向，然后将偏振方向改变的线性偏振光逆反射射回，使得偏振方向改变的线性偏振光能透过所述反射式偏光膜射出，偏振方向改变的线性偏振光在所述反射式偏光组件的远离所述逆反射组件的一侧聚焦成像。

在一个实施例中，所述反射式偏光组件还包括设于所述反射式偏光膜的远离所述逆反射组件的一侧的第一基材。

在一个实施例中，所述第一基材为透光材料制件。

在一个实施例中，所述第一基材的远离所述反射式偏光膜的一侧设有偏光膜。

在一个实施例中，所述偏光膜的偏光轴与所述反射式偏光膜的偏光轴平行。

在一个实施例中，定义所述图像发生器与所述反射式偏光组件的夹角为α，所述反射式偏光组件与所述逆反射组件的夹角为β，所述图像发生器与所述逆反射组件的夹角为γ，则有α+β+γ＝180°。

在一个实施例中，α与β均为45°，γ为90°，所述反射件同时垂直于所述图像发生器、所述反射式偏光组件以及所述逆反射组件。

在一个实施例中，所述逆反射组件包括第一波片，以及设于所述第一波片的远离所述反射式偏光组件的一侧的逆反射膜。

在一个实施例中，所述第一波片为四分之一波片。

在一个实施例中，所述逆反射膜为高回归性逆反射膜，所述高回归性逆反射膜上设有微三角锥棱镜阵列层。

在一个实施例中，所述逆反射组件还包括设于所述逆反射膜的远离所述第一波片的一侧的第二基材。

在一个实施例中，所述逆反射组件还包括设于所述第二基材的远离所述逆反射膜的一侧的背胶层。

本申请实施例还提供了一种空中成像方法，采用如上所述的增加可视范围的空中成像系统，所述空中成像方法包括以下步骤：

步骤S1、所述图像发生器朝所述反射式偏光膜发射线性偏振光；

步骤S2、所述反射式偏光膜接收线性偏振光并将线性偏振光分别反射至所述逆反射组件与所述反射件上，其中，反射至所述反射件的线性偏振光被所述反射件反射至所述逆反射组件上；

步骤S3、所述逆反射组件接收被所述反射式偏光膜与所述反射件二者所反射的线性偏振光并改变线性偏振光的偏振方向，然后将偏振方向改变的线性偏振光沿原光路逆反射射回；

步骤S4、偏振方向改变的线性偏振光透过所述反射式偏光膜射出，在所述反射式偏光组件的远离所述逆反射组件的一侧聚焦成像。

本申请实施例提供的增加可视范围的空中成像系统，其实现聚焦成像的光路根据线性偏振光的发射角，可以分为以下两种：

(1)对于发射角较小的线性偏振光而言，图像发生器朝反射式偏光膜发射线性偏振光，由于线性偏振光的偏振方向与反射式偏光膜的偏光轴方向垂直，因此，线性偏振光无法透过反射式偏光膜，线性偏振光会被反射，反射式偏光膜将线性偏振光反射至逆反射组件，逆反射组件改变线性偏振光的偏振方向并将偏振方向改变的线性偏振光逆反射射回反射式偏光膜，偏振方向改变的线性偏振光从反射式偏光膜射出；

(2)对于发射角较大的线性偏振光而言，图像发生器朝反射式偏光膜发射线性偏振光，由于线性偏振光的偏振方向与反射式偏光膜的偏光轴方向垂直，因此，线性偏振光无法透过反射式偏光膜，线性偏振光会被反射，由于这部分线性偏振光的发射角较大，反射式偏光膜无法将该部分线性偏振光直接反射至逆反射组件，反射式偏光膜通过将线性偏振光反射至反射件上，再由反射件将线性偏振光反射至逆反射组件上，逆反射组件改变线性偏振光的偏振方向并将偏振方向改变的线性偏振光逆反射射回反射件，反射件将偏振方向改变的线性偏振光反射至反射式偏光膜，偏振方向改变的线性偏振光从反射式偏光膜射出；

由此可见，本申请实施例的空中成像系统增加了反射件，相对于省略反射件的空中成像系统，能够额外利用发射角较大的线性偏振光，从而使得可视化范围由θ1增加至θ2，大大提高了可视化范围，使得观察者在大视角的情况下也能清楚地观看到成像画面，同时还提高了光线的利用率，有效增加成像亮度，使得成像画面清晰，有效提高观察者的使用体验。

本申请实施例提供的空中成像方法，其采用如上所述的增加可视范围的空中成像系统，能够额外利用发射角较大的线性偏振光，从而使得可视化范围由θ1增加至θ2，大大提高了可视化范围，使得观察者在大视角的情况下也能清楚地观看到成像画面，同时还提高了光线的利用率，有效增加成像亮度，使得成像画面清晰，有效提高观察者的使用体验。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的增加可视范围的空中成像系统的立体结构示意图；

图2为本申请实施例提供的增加可视范围的空中成像系统省略反射式偏光组件的立体结构示意图；

图3为本申请实施例提供的增加可视范围的空中成像系统的光学模拟图；

图4为本申请实施例提供的第一种反射式偏光组件的截面结构示意图；

图5为本申请实施例提供的第二种反射式偏光组件的截面结构示意图；

图6为本申请实施例提供的逆反射组件的截面结构示意图；

图7为本申请实施例提供的空中成像方法的流程图。

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。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。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请参阅图1与图2，同时结合图4，本申请实施例提供一种增加可视范围的空中成像系统，包括：

图像发生器10，用于发射线性偏振光；

反射式偏光组件20，倾斜设于图像发生器10上方，反射式偏光组件20包括反射式偏光膜21，反射式偏光膜21的偏光轴方向与线性偏振光的偏振方向垂直；

逆反射组件30，设于图像发生器10上方且位于反射式偏光组件20的一侧；以及

两个反射件40，设于图像发生器10上方且分别位于逆反射组件30的相对两侧；

其中，反射式偏光膜21用于接收图像发生器10射出的线性偏振光并将线性偏振光反射至逆反射组件30与反射件40上，反射件40用于接收被反射式偏光膜21反射的线性偏振光并将线性偏振光反射至逆反射组件30上，逆反射组件30用于接收被反射式偏光膜21与反射件40二者所反射的线性偏振光并改变线性偏振光的偏振方向，然后将偏振方向改变的线性偏振光全部逆反射射回，使得偏振方向改变的线性偏振光能透过反射式偏光膜21射出，最终，偏振方向改变的线性偏振光在反射式偏光组件20的远离逆反射组件30的一侧聚焦成像。

结合图1～图4，本申请实施例提供的增加可视范围的空中成像系统实现聚焦成像的光路根据线性偏振光的发射角(此处的发射角指的是图像发射器发射的线性偏振光与图像发射器的轴向的夹角)，可以分为以下两种：

(1)对于发射角较小的线性偏振光而言，图像发生器10朝反射式偏光膜21发射线性偏振光，由于线性偏振光的偏振方向与反射式偏光膜21的偏光轴方向垂直，因此，线性偏振光无法透过反射式偏光膜21，线性偏振光会被反射，反射式偏光膜21将线性偏振光反射至逆反射组件30，逆反射组件30改变线性偏振光的偏振方向并将偏振方向改变的线性偏振光逆反射射回反射式偏光膜21，偏振方向改变的线性偏振光从反射式偏光膜21射出；

(2)对于发射角较大的线性偏振光而言，图像发生器10朝反射式偏光膜21发射线性偏振光，由于线性偏振光的偏振方向与反射式偏光膜21的偏光轴方向垂直，因此，线性偏振光无法透过反射式偏光膜21，线性偏振光会被反射，由于这部分线性偏振光的发射角较大，反射式偏光膜21无法将该部分线性偏振光直接反射至逆反射组件30，反射式偏光膜21通过将线性偏振光反射至反射件40上，再由反射件40将线性偏振光反射至逆反射组件30上，逆反射组件30改变线性偏振光的偏振方向并将偏振方向改变的线性偏振光逆反射射回反射件40，反射件40将偏振方向改变的线性偏振光反射至反射式偏光膜21，偏振方向改变的线性偏振光从反射式偏光膜21射出。

由此可见，本申请实施例的空中成像系统增加了反射件40，相对于省略反射件40的空中成像系统，能够额外利用发射角较大的线性偏振光，从而使得可视化范围由θ1增加至θ2，大大提高了可视化范围，使得观察者在大视角的情况下也能清楚地观看到成像画面，同时还提高了光线的利用率，有效增加成像亮度，使得成像画面清晰。

在本申请的一个实施例中，图像发生器10、反射式偏光组件20以及逆反射组件30三者两两相互呈角度设置，定义图像发生器10与反射式偏光组件20的夹角为α，反射式偏光组件20与逆反射组件30的夹角为β，图像发生器10与逆反射组件30的夹角为γ，则有α+β+γ＝180°，即图像发生器10、反射式偏光组件20以及逆反射组件30各自所在的平面围合形成一个中空腔体的三棱柱，两个反射件40分别设于该中空腔体的两端的开口处。

作为一优选实施例，可以使得图像发生器10与反射式偏光组件20的夹角为45°，反射式偏光组件20与逆反射组件30的夹角为45°，图像发生器10与逆反射组件30的夹角为90°，反射件40同时垂直于图像发生器10、反射式偏光组件20以及逆反射组件30，在该实施例中，测得θ1为66.1°，θ2为94.2°，由此可见，大大提高了可视化范围。可以理解的是，根据实际情况的使用，图像发生器10、反射式偏光组件20、逆反射组件30以及反射件40相互之间的夹角可以作适当修改，本实施例在此不做限制。

在本申请的一个实施例中，反射式偏光膜21的厚度较薄，为了保证反射式偏光膜21的平整度，如图4所示，可以在反射式偏光膜21的远离逆反射组件30的一侧设置第一基材22，制作时，可以在第一基材22上形成反射式偏光膜21，从而能够保证反射式偏光膜21的平整度。

进一步地，第一基材22为透光材料制件，以便于透过反射式偏光膜21的光线在第一基材22的远离反射式偏光膜21的一侧聚集成像。可选地，第一基材22可以选用聚甲基丙烯酸甲酯(poly(methyl methacrylate)，PMMA)、聚苯乙烯(Polystyrene，PS)、聚碳酸脂(Polycarbonate，PC)等透明材料中的一种或多种制作。

在本申请的一个实施例中，如图5所示，第一基材22的远离反射式偏光膜21的一侧设有偏光膜25，偏光膜25的偏光轴与反射式偏光膜21的偏光轴平行，透过反射式偏光膜21的光线可以通过偏光膜25射出，并在偏光膜25远离反射式偏光膜21的一侧聚集成像。

在本申请的一个实施例中，如图6所示，逆反射组件30包括第一波片31，以及设于第一波片31的远离反射式偏光组件20的一侧的逆反射膜32，其中，第一波片31为四分之一波片，结合图3来看，反射至逆反射组件30的线偏振光先经过四分之一波片到达逆反射膜32，然后由逆反射膜32逆反射再次经过四分之一波片后射出，即线偏振光两次经过四分之一波片后沿原路径返回，从而改变了线性偏振光的偏振方向，使得偏振方向改变的线性偏振光的偏振属性与反射式偏光膜21的偏振属性相等，从而偏振方向改变的线性偏振光能从反射式偏光膜21射出。

优选地，逆反射膜32为高回归性逆反射膜，高回归性逆反射膜上设有微三角锥棱镜阵列层33，使得照射至逆反射膜32的光线高回归性地沿原路径返回，有效提高成像精度，使得成像画面清晰。

在本申请的一个实施例中，逆反射组件30还包括设于逆反射膜32的远离第一波片31的一侧的第二基材34，以及设于第二基材34的远离逆反射膜32的一侧的背胶层35，将逆反射膜32与第一波片31依次设置在第二基材34上，可以保证逆反射膜32与第一波片31的平整度，在第二基材34的远离逆反射膜32的一侧设置背胶层35，以便于将逆反射组件30粘贴在刚性基板上，从而将逆反射组件30固定。

请参阅图7，同时结合图1～图6，本申请实施例还提供一种空中成像方法，采用如上所述的增加可视范围的空中成像系统，空中成像方法包括以下步骤：

步骤S1、图像发生器10朝反射式偏光膜21发射线性偏振光；

步骤S2、反射式偏光膜21接收线性偏振光并将线性偏振光分别反射至逆反射组件30与反射件40上，其中，反射至反射件40的线性偏振光被反射件40反射至逆反射组件30上；

步骤S3、逆反射组件30接收被反射式偏光膜21与反射件40二者所反射的线性偏振光并改变线性偏振光的偏振方向，然后将偏振方向改变的线性偏振光沿原光路逆反射射回；

步骤S4、偏振方向改变的线性偏振光透过反射式偏光膜21射出，在反射式偏光组件20的远离逆反射组件30的一侧聚焦成像。

本申请实施例提供的空中成像方法，其采用如上所述的增加可视范围的空中成像系统，能够额外利用发射角较大的线性偏振光，从而使得可视化范围由θ1增加至θ2，大大提高了可视化范围，使得观察者在大视角的情况下也能清楚地观看到成像画面，同时还提高了光线的利用率，有效增加成像亮度，使得成像画面清晰，有效提高观察者的使用体验。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种增加可视范围的空中成像系统，其特征在于，包括：

图像发生器，用于发射线性偏振光；

反射式偏光组件，倾斜设于所述图像发生器上方，所述反射式偏光组件包括反射式偏光膜，所述反射式偏光膜的偏光轴方向与所述线性偏振光的偏振方向垂直；

逆反射组件，设于所述图像发生器上方且位于所述反射式偏光组件的一侧；以及

两个反射件，设于所述图像发生器上方且分别位于所述逆反射组件的相对两侧；

其中，所述反射式偏光膜用于接收所述图像发生器射出的线性偏振光并将线性偏振光反射至所述逆反射组件与所述反射件上，所述反射件用于接收被所述反射式偏光膜反射的线性偏振光并将线性偏振光反射至所述逆反射组件上，所述逆反射组件用于接收被所述反射式偏光膜与所述反射件二者所反射的线性偏振光并改变线性偏振光的偏振方向，然后将偏振方向改变的线性偏振光逆反射射回，使得偏振方向改变的线性偏振光能透过所述反射式偏光膜射出，偏振方向改变的线性偏振光在所述反射式偏光组件的远离所述逆反射组件的一侧聚焦成像。

2.如权利要求1所述的增加可视范围的空中成像系统，其特征在于，所述反射式偏光组件还包括设于所述反射式偏光膜的远离所述逆反射组件的一侧的第一基材。

3.如权利要求2所述的增加可视范围的空中成像系统，其特征在于，所述第一基材为透光材料制件。

4.如权利要求2所述的增加可视范围的空中成像系统，其特征在于，所述第一基材的远离所述反射式偏光膜的一侧设有偏光膜。

5.如权利要求4所述的增加可视范围的空中成像系统，其特征在于，所述偏光膜的偏光轴与所述反射式偏光膜的偏光轴平行。

6.如权利要求1所述的增加可视范围的空中成像系统，其特征在于，定义所述图像发生器与所述反射式偏光组件的夹角为α，所述反射式偏光组件与所述逆反射组件的夹角为β，所述图像发生器与所述逆反射组件的夹角为γ，则有α+β+γ＝180°。

7.如权利要求6所述的增加可视范围的空中成像系统，其特征在于，α与β均为45°，γ为90°，所述反射件同时垂直于所述图像发生器、所述反射式偏光组件以及所述逆反射组件。

8.如权利要求1至7任一项所述的增加可视范围的空中成像系统，其特征在于，所述逆反射组件包括第一波片，以及设于所述第一波片的远离所述反射式偏光组件的一侧的逆反射膜。

9.如权利要求8所述的增加可视范围的空中成像系统，其特征在于，所述第一波片为四分之一波片。

10.如权利要求8所述的增加可视范围的空中成像系统，其特征在于，所述逆反射膜为高回归性逆反射膜，所述高回归性逆反射膜上设有微三角锥棱镜阵列层。

11.如权利要求8所述的增加可视范围的空中成像系统，其特征在于，所述逆反射组件还包括设于所述逆反射膜的远离所述第一波片的一侧的第二基材。

12.如权利要求11所述的增加可视范围的空中成像系统，其特征在于，所述逆反射组件还包括设于所述第二基材的远离所述逆反射膜的一侧的背胶层。

13.一种空中成像方法，其特征在于，采用如权利要求1至12任一项所述的增加可视范围的空中成像系统，所述空中成像方法包括以下步骤：

步骤S1、所述图像发生器朝所述反射式偏光膜发射线性偏振光；

步骤S2、所述反射式偏光膜接收线性偏振光并将线性偏振光分别反射至所述逆反射组件与所述反射件上，其中，反射至所述反射件的线性偏振光被所述反射件反射至所述逆反射组件上；

步骤S3、所述逆反射组件接收被所述反射式偏光膜与所述反射件二者所反射的线性偏振光并改变线性偏振光的偏振方向，然后将偏振方向改变的线性偏振光沿原光路逆反射射回；

步骤S4、偏振方向改变的线性偏振光透过所述反射式偏光膜射出，在所述反射式偏光组件的远离所述逆反射组件的一侧聚焦成像。