CN112306227A - 成像装置及成像控制系统 - Google Patents
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Abstract
提供一种成像装置及成像控制系统,该成像装置包括图像源,发出图像光线;透反元件,允许光线反射且允许光线透射;对向反射元件,将入射至其的光线沿入射方向的反方向出射;图像源设置在第一区域,对向反射元件设置在第二区域,第一区域和第二区域分别为透反元件的两侧区域;图像源发出的图像光线出射至透反元件,反射的图像光线出射至第一区域,在第一预设空间形成虚像;透射的图像光线出射至对向反射元件,沿入射方向的反方向出射,出射的图像光线经由透反元件反射至第二区域,在第二预设空间形成实像;第一预设空间和第二预设空间重合,均位于第二区域。成像装置可在不同区域分别形成实像和虚像,实现全方位成像展示,提升了成像装置的展示效果。
Description
技术领域
本申请属于成像技术领域,具体涉及一种成像装置及成像控制系统。
背景技术
传统的成像显示装置,所成的图像基本为简单的实像或虚像,且成像往往需要介质辅助,无法做到全方位的成像,成像效果差、可视范围小,严重影响成像效果,成像所展示的内容相对有限,已经引起了人们的感官和审美疲劳,亟待开发新颖性更强、科技性更浓、感官更深刻的成像装置或系统。
发明内容
为克服上述问题,本申请提供一种成像装置及成像控制系统。
本申请至少一实施例提供一种成像装置,包括:图像源,所述图像源发出图像光线;透反元件,所述透反元件允许光线反射且允许光线透射;对向反射元件,所述对向反射元件将入射至其的光线沿入射方向的反方向出射;所述图像源设置在第一区域,所述对向反射元件设置在第二区域,所述第一区域和所述第二区域分别为所述透反元件的两侧区域;所述图像源发出的图像光线出射至所述透反元件,反射的图像光线出射至所述第一区域,在第一预设空间形成虚像;透射的图像光线出射至所述对向反射元件,沿入射方向的反方向出射,出射的图像光线经由所述透反元件反射至所述第二区域,在第二预设空间形成实像;所述第一预设空间和所述第二预设空间重合,均位于所述第二区域。
根据本申请一些实施例提供的成像装置,所述图像源、所述对向反射元件分别与所述透反元件成相同的预设角度。
根据本申请一些实施例提供的成像装置,所述对向反射元件具有朝向所述透反元件弯曲的弧度。
根据本申请一些实施例提供的成像装置,所述对向反射元件包括基材和分布在所述基材上的多个微结构。
根据本申请一些实施例提供的成像装置,所述微结构包括分布在所述基材表面的实心透明材质的直角顶点微结构、实心透明材质的球形微结构或空心凹陷的直角顶点微结构中的至少一种。
根据本申请一些实施例提供的成像装置,所述成像装置还包括:第一相位延迟元件和偏振透反元件;所述第一相位延迟元件设置于所述对向反射元件靠近所述偏振透反元件的一侧,用于改变经过其的光的相位;所述偏振透反元件贴合设置在所述透反元件靠近所述图像源的一侧,所述偏振透反元件透射第一偏振态光线且反射第二偏振态光线。
根据本申请一些实施例提供的成像装置,所述成像装置还包括:所述成像装置还包括:增透元件;所述增透元件贴合设置于所述透反元件远离所述图像源的一侧,用于提高所述透射的图像光线在所述透反元件上的透射率。
根据本申请一些实施例提供的成像装置,所述成像装置还包括:光线阻隔元件;所述光线阻隔元件设置于所述图像源的出光面侧,用于阻隔预设角度的光线。
根据本申请一些实施例提供的成像装置,所述图像源包括:至少一个光源模组、光扩散元件和图像生成层;所述光源模组出射光线,所述光扩散元件将所述光源模组发出的光线扩散,所述图像生成层将经过扩散后的光线转化为图像光线。
根据本申请一些实施例提供的成像装置,所述光扩散元件包括多个,且相邻的所述光扩散元件之间间隔预设距离。
根据本申请一些实施例提供的成像装置,所述图像生成层用于将所述第二偏振态光线转化为第一偏振态的图像光线。
根据本申请一些实施例提供的成像装置,所述光源模组包括:光源、偏振分束元件、反射元件和第二相位延迟元件;所述光源发出光线,所述光线包括第一偏振态光线和第二偏振态光线;所述偏振分束元件用于将入射到其的光线分束为所述第一偏振态光线和所述第二偏振态光线;所述反射元件用于改变入射至所述反射元件的光线的传播方向以使其射向所述图像生成层;所述第二相位延迟元件用于将分束后的所述第一偏振态光线在到达所述图像生成层之前转换为第二偏振态光线。
根据本申请一些实施例提供的成像装置,所述光源模组还包括:导光元件,所述导光元件设置在所述光源与所述偏振分束元件之间,所述导光元件包括允许光线传输的通道和允许光线反射的内反射面,所述光源发出的光线经所述导光元件后出射至所述偏振分束元件。
根据本申请一些实施例提供的成像装置,所述导光元件包括:带有出光面的实心透明部件;所述光源设置在所述实心透明部件远离所述出光面的端部,所述光源发出的部分光线在所述实心透明部件的内反射面上发生全反射后转化为准直光线,经由所述出光面出射。
根据本申请一些实施例提供的成像装置,所述导光元件包括:带有出光口和端部开口的中空壳体;所述光源设置在所述中空壳体的端部开口,所述光源发出的部分光线在所述内反射面上反射后转化为准直光线,经由所述出光口出射。
根据本申请一些实施例提供的成像装置,所述导光元件还包括:准直元件,所述准直元件将经过其的光线转化为准直光线。
根据本申请一些实施例提供的成像装置,所述实心透明部件的端部设有空腔,所述光源设置在所述空腔内,所述空腔靠近所述出光面的一面设置所述准直元件。
根据本申请一些实施例提供的成像装置,所述实心透明部件的端部设有空腔,所述光源设置在所述空腔内,且所述实心透明部件的出光面设有向所述端部延伸的开孔,所述开孔靠近所述端部的底面设置所述准直元件。
根据本申请一些实施例提供的成像装置,所述导光元件还包括:准直元件,所述准直元件将经过其的光线转化为准直光线,所述准直元件设置在所述中空壳体内部。
根据本申请一些实施例提供的成像装置,还包括:壳体,所述壳体包括位于所述第一区域的第一出光开口和位于所述第二区域的第二出光开口;所述图像源、所述透反元件及所述对向反射元件均布置在所述壳体内。
根据本申请一些实施例提供的成像装置,所述成像装置还包括:第一介质设备;所述第一介质设备为透光结构,布置在所述壳体的第二出光开口。
根据本申请一些实施例提供的成像装置,所述成像装置还包括:第二介质设备;所述第二介质设备为透光结构,布置在所述壳体的第一出光开口。
根据本申请一些实施例提供的成像装置,所述第一介质设备与所述实像不完全重合。
本申请至少一实施例还提供一种成像控制系统,包括上述任一项所述的成像装置,还包括:采集设备,用于至少采集操作者作用在所述第二预设空间的操作;处理器,用于根据所述操作控制所述图像源发出的图像光线所对应的显示内容。
根据本申请一些实施例提供的成像控制系统,所述处理器包括:确定单元,用于根据所述操作确定对应的内容以及所述内容在所述第二预设空间对应的位置;处理单元,用于根据所述内容以及所述内容在第二预设空间对应的位置来对所述图像源发出的图像光线所对应的显示内容进行修改,以使得所述图像源发出对应于修改后的显示内容的图像光线。
根据本申请一些实施例提供的成像控制系统,所述采集设备包括摄像头、红外传感器和语音传感器中的至少一种。
根据本申请一些实施例提供的成像控制系统,所述操作包括手势、声音或触控中的至少一种。
本申请实施例提供的上述方案中,可以形成具有真实感、融入环境感的逼真影像,同时也生成高清、高亮的虚拟影像,做到虚实结合,达到虚拟影像与实景同步演示、近乎360度全方位展示的功能,可满足各类应用场景,如游戏、教育、军事训练等的不同需求。
为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂,下文特举较佳实施例,并配合所附附图,作详细说明如下。
附图说明
图1显示了本申请实施例提供的成像装置的示意图一;
图2显示了本申请实施例提供的成像装置中的对向反射元件对光线作用的示意图;
图3显示了本申请实施例提供的成像装置的示意图二;
图4显示了本申请实施例提供的成像装置的示意图三;
图5a显示了本申请实施例提供的成像装置中的对向反射元件的结构示意图一;
图5b显示了本申请实施例提供的成像装置中的对向反射元件的结构示意图二;
图5c显示了本申请实施例提供的成像装置中的对向反射元件的结构示意图三;
图5d显示了本申请实施例提供的成像装置中的对向反射元件的结构示意图四;
图6a显示了本申请实施例提供的成像装置中的对向反射元件的结构示意图五;
图6b显示了本申请实施例提供的成像装置中的对向反射元件的结构示意图六;
图6c显示了本申请实施例提供的成像装置中的对向反射元件的结构示意图七;
图7显示了本申请实施例提供的成像装置的示意图四;
图8显示了本申请实施例提供的成像装置中的对向反射元件和第一相位延迟元件对光线作用的示意图;
图9显示了本申请实施例提供的成像装置的示意图五;
图10显示了本申请实施例提供的成像装置的示意图六;
图11显示了本申请实施例提供的成像装置中的光线阻隔元件对光线作用的示意图;
图12显示了本申请实施例提供的成像装置中的图像源的示意图一;
图13a显示了本申请实施例提供的成像装置中的图像源的示意图二;
图13b显示了本申请实施例提供的成像装置中的图像源的示意图三;
图14显示了本申请实施例提供的成像装置中的图像源的示意图四;
图15显示了本申请实施例提供的成像装置中的光源模组的示意图一;
图16显示了本申请实施例提供的成像装置中的图像生成层的示意图;
图17显示了本申请实施例提供的成像装置中的光源模组的示意图二;
图18显示了本申请实施例提供的成像装置中的图像源的示意图五;
图19显示了本申请实施例提供的成像装置中的导光元件对光线作用的示意图一;
图20显示了本申请实施例提供的成像装置中的导光元件对光线作用的示意图二;
图21显示了本申请实施例提供的成像装置中的导光元件对光线作用的示意图三;
图22显示了本申请实施例提供的成像装置中的导光元件对光线作用的示意图四;
图23显示了本申请实施例提供的成像装置中的导光元件对光线作用的示意图五;
图24显示了本申请实施例提供的成像装置的示意图七;
图25a显示了本申请实施例提供的成像装置的示意图八;
图25b显示了本申请实施例提供的成像装置的示意图九;
图25c显示了本申请实施例提供的成像装置的示意图十;
图26显示了本申请实施例提供的成像装置的示意图十一;
图27显示了本申请实施例提供的成像装置的示意图十二;
图28显示了本申请实施例提供的成像控制系统的示意图。
标号说明:10-图像源;11-光源模组;110-光源;111-偏振分束元件;112-反射元件;113-第二相位延迟元件;114-导光元件;1140-导光元件传输通道;1141-导光元件内反射面;1142-实心透明部件出光面;1143-实心透明部件端部;1144-中空壳体出光口;1145-中空壳体端部开口;1146-准直元件;1147-实心透明部件空腔;1148-实心透明部件开孔;12-光扩散元件;13-图像生成层;130-液晶层;131-第一偏光片;132-第二偏光片;20-透反元件;30-对向反射元件;31-对向反射元件基材;310-高反射涂层;32-对向反射微结构;320-实心透明材质的球形微结构;321-实心透明材质的正三角锥直角顶点微结构;322-实心透明材质的等腰三角锥直角顶点微结构;323-实心透明材质的立方锥直角顶点微结构;324-空心凹陷的正三角锥直角顶点微结构;325-空心凹陷的等腰三角锥直角顶点微结构;326-空心凹陷的立方锥直角顶点微结构;40-第一相位延迟元件;50-偏振透反元件;60-增透元件;70-光线阻隔元件;80-壳体;81-第一出光开口;82-第二出光开口;91-第一介质设备;92-第二介质设备;100-成像装置;200-采集设备;300-处理器。
具体实施方式
下面结合附图对本申请实施例作更进一步的说明。
以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式,本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用,本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用,在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是,在不冲突的情况下,以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是,以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本申请的基本构想,遂图式中仅显示与本申请中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制,其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变,且其组件布局型态也可能更为复杂。
需要说明的是,为了描述上的简洁和直观,下文通过描述若干代表性的实施方式来对本申请的方案进行阐述。实施方式中大量的细节仅用于帮助理解本申请的方案。但是很明显,本申请的技术方案实现时可以不局限于这些细节。为了避免不必要地模糊了本申请的方案,一些实施方式没有进行细致地描述,而是仅给出了框架。下文中,“包括”是指“包括但不限于”,“根据……”是指“至少根据……,但不限于仅根据……”。“第一”、“第二”等仅用于对特征的指代,而并不意图对该特征进行任何限制、例如顺序上的限制。由于汉语的语言习惯,下文中没有特别指出一个成分的数量时,意味着该成分可以是一个也可以是多个,或可理解为至少一个。
本申请的第一种实施方式中,提供一种成像装置,参见图1所示,包括:图像源10,图像源10发出图像光线;透反元件20,透反元件20允许光线反射且允许光线透射;对向反射元件30,对向反射元件30将入射至其的光线沿入射方向的反方向出射;图像源10设置在第一区域I,对向反射元件30设置在第二区域II,第一区域I和第二区域II分别为透反元件20的两侧区域;图像源10发出的图像光线出射至透反元件20,反射的图像光线出射至第一区域I,在第一预设空间S1形成虚像;透射的图像光线出射至对向反射元件30,沿入射方向的反方向出射,出射的图像光线经由透反元件20反射至第二区域II,在第二预设空间S2形成实像,第一预设空间S1和第二预设空间S2重合,均位于第二区域II。
本实施例中,图像源10包括可发出图像光线的显示设备,或这些显示设备经过折射、反射等形成的实像或虚像,可以是液晶显示器,或LED(Light-Emitting Diode)、OLED(Organic Light-Emitting Diode)、等离子发光点等发光点光源组成的主动发光的点阵屏幕;也可以是基于例如DLP(Digital Light Procession),LCOS(Liguid Crystal onSilicon),液晶等投影技术,由LED、OLED、激光、荧光等光源或其组合驱动,经DMD(DigitalMicromirror Device),LCOS,LCD等显示面板反射或透射,再经投影镜头投射在投影屏幕上成像的投影成像装置;还可以是激光束在屏幕上扫描成像的投影成像装置;并且,以上所述的所有显示设备经由一次或多次折射或反射所成的实像或虚像也都可作为图像源10。
本实施例中,透反元件20可以是透明材料制成,如玻璃、石英、树脂或高分子聚合物制作而成,可同时透射和反射光线。可选的,透反元件20的反射率在20%~90%之间,其透射率也在20%~90%之间,如透反元件20的反射率为30%/50%/70%,相应的透射率则为70%/50%/30%;优选地,透反元件20的反射率约为50%,其透射率也约为50%。
本实施例中,对向反射元件30可将入射到其的光线沿入射方向的反方向出射,图2示出了光线入射至对向反射元件30的局部放大图,可以看出,从微观上观察,可以认为反射路径和入射路径略有偏移;然而,从宏观上观察,可以认为两条路径是完全重合的,从光线经对向反射元件30反射后沿原入射路径出射。
图像源10设置在第一区域I,对向反射元件30设置在第二区域II,分设在透反元件20的两侧区域,出射至透反元件20的图像光线同时反射和透射,反射的图像光线出射至第一区域I,在第一预设空间S1处形成虚像;透射的图像光线出射至对向反射元件30,经对向反射元件30反射后沿入射方向的反方向出射,出射的图像光线经由透反元件20反射至第二区域II,在第二预设空间S2处形成实像,是漂浮在空气中的、可触摸的实像,第一预设空间S1和第二预设空间S2重合,均位于第二区域II。根据实像和虚像的成像原理,第一预设空间S1和第二预设空间S2,与图像源10关于透反元件20对称,也即第一预设空间S1和第二预设空间S2是图像源10的镜像位置;如图1所示,第二区域II的用户可以观察和触摸到形成在第二预设空间S2处的实像;同时,第一区域I的用户可以观察到形成在第一预设空间S1处的虚像,且实像和虚像形成的位置重合,也即在成像装置的不同位置,几乎360环绕的情况下,用户都可以观察到清晰的图像。本领域技术人员可以理解,虚像形成在第一预设空间S1,实像形成在第二预设空间S2,第一预设空间S1大于或等于上述虚像所占的空间,第二预设空间S2大于或等于上述实像所占的空间;本申请实施例及附图中,为方便描述,第一预设空间S1等于上述虚像所占的空间,第二预设空间S2等于上述实像所占的空间,附图中的S1同时可代表第一预设空间及与其等大的虚像,附图中的S2同时可代表第二预设空间及与其等大的实像。
本申请实施例提供的成像装置,通过设置和排布图像源10、透反元件20和对向反射元件30,使在成像装置的不同位置处,第一区域I处的用户可以观察到虚像,第二区域II处的用户可以观察到实像,不同区域的用户都可以看到清晰的图像,达到了虚实结合、全方位展示的效果,带来了全新的成像展示效果。
在本申请上述实施例的基础上,图像源10、对向反射元件30分别与透反元件20成相同的预设角度。具体的,图像源10、对向反射元件30与透反元件20所成的角度,是指上述元件直接所成的角度,或上述元件的延长线所成的角度,如图3中示意性的标注了图像源10与透反元件20的延长线所成的预设角度α,以及对向反射元件30与透反元件20的延长线所成的预设角度β,在图3对应的实施例中,预设角度α及预设角度β不同,并不会影响成像装置的成像;在图1对应的实施例中,两个预设角度相同,也即图像源10和对向反射元件30是平行设置的,便于成像装置元件的加工和安装组合。本实施例对预设角度α及预设角度β的大小没有限制,α∈(0,90°),β∈(0,90°);在一个优选的实施例中,预设角度α及预设角度β相同且均为45°,此时将图像源10水平设置,所成的实像和虚像会垂直于水平面,方便用户观察成像装置的成像,展示和使用效果较好。
在本申请上述实施例的基础上,对向反射元件30具有朝向透反元件20弯曲的弧度,如图4所示;对向反射元件30朝向透反元件20弯曲,经过透反元件20的不同角度的、透射的图像光线入射至对向反射元件30时,因不同区域的入射角度不同,入射角度较大的区域,如对向反射元件30边缘处的光线,对向反射效率较差,对向反射效率具体是指出射的对向反射光线与入射光线强度的比值,如对向反射光线光通量和入射光线光通量的比值;弯曲的对向反射元件30有利于减小入射光线在对向反射元件30上的入射角,角度越小,对向反射效果越好,则最终实像成像亮度越高。
在本申请上述实施例的基础上,如图5、图6所示,对向反射元件30包括基材31和分布在基材31上的多个微结构32,通过对向反射微结构32实现对向反射功能,具体是入射光线在对向反射微结构32上发生一次或多次反射来实现对向反射效果,因此为了保证对向反射的效率,基材31上还设置有高反射涂层310,高反射涂层310的反射率达60%以上,优选地,达70%、80%或90%以上,可以是以镀膜、粘接或一体成型等方式设置在基材31上,可以提高光线在对向反射微结构32上每次反射的效率,进而提升对向反射效率;可以理解,对向反射效率由光线在微结构32上一次或多次反射决定,简单来说可以认为是多次反射率共同的乘积,因此提高光线在微结构32上每次反射的反射率,就可提高对向反射的效率。
具体的,微结构32包括分布在基材31表面的实心透明材质的直角顶点微结构、实心透明材质的球形微结构或空心凹陷的直角顶点微结构中的至少一种,根据不同实施方式的微结构32,基材31及高反射涂层310的位置和实施方式也会有所不同,高反射涂层310可以例如附在微结构32朝向或背离基材31的面上,或是附在微结构32与基材31交界的区域上,如图5及图6所示。
在本实施例的一种实施方式中,对向反射元件30包括基材31及分布在基材31表面的实心透明材质的微结构,高反射涂层310设置在实心透明材质的微结构与基材31相接触的表面,图5a示出了包括实心透明材质的球形对向反射微结构320的对向反射元件30的侧视图,对向反射元件30包括基材31,基材31表面分布多个实心透明材质的球形微结构320,实心透明材质的球形微结构320和基材31相接触的表面上设置有高反射涂层310。当光线入射至对向反射元件30时,光线折射进入实心透明材质的球形微结构320内部,并在实心透明材质的球形微结构320与基材31交界处的高反射涂层310上发生反射,反射光线折射出实心透明材质的球形微结构320,并沿与入射光线相反的方向出射。或者,实心透明材质的球形微结构320还包括椭球形状的微结构,光线在椭球形状的微结构实现对向反射的过程与上述过程类似,不再赘述,椭球形状的微结构的对向反射效率略低于球形微结构。
图5b示出了包括实心透明材质的正三角锥直角顶点微结构321的对向反射元件30的侧视图。对向反射元件30包括基材31,基材31为透光结构,基材31的表面分布多个实心透明材质的正三角锥直角顶点微结构321,实心透明材质的正三角锥直角顶点微结构321背离基材31的表面设置有高反射涂层310,具体是实心透明材质的正三角锥的三个互相垂直的直角三角面处设置有高反射涂层310。当光线入射至对向反射元件30时,光线首先折射进入基材31内部,并经基材31传播至实心透明材质的正三角锥直角顶点微结构321内部,并在实心透明材质的正三角锥直角顶点微结构321的三个互相垂直的直角三角面处发生三次反射,反射光线折射出对向反射元件30,并沿与入射光线相反的方向出射;包括实心透明材质的正三角锥直角顶点微结构321的对向反射元件30的正面对向反射效率非常高,但入射光线角度较大时,对向反射效率会有较大的衰减。
图5c示出了包括实心透明材质的等腰三角锥直角顶点微结构322的对向反射元件30的侧视图。对向反射元件30包括基材31,基材31为透光结构,基材31的表面分布多个实心透明材质的等腰三角锥直角顶点微结构322,实心透明材质的等腰三角锥直角顶点微结构322背离基材31的表面处设置有高反射涂层310,具体是实心透明材质的等腰三角锥的三个互相垂直的三角面处设置有高反射涂层310。当光线入射至对向反射元件30时,光线首先折射进入基材31内部,并经基材31传播至实心透明材质的等腰三角锥直角顶点微结构322内部,并在实心透明材质的等腰三角锥直角顶点微结构322的三个互相垂直的三角面处发生三次反射,反射光线折射出对向反射元件30,并沿与入射光线相反的方向出射。包括实心透明材质的等腰三角锥直角顶点微结构322的对向反射元件30的正面对向反射效率比上述实心透明材质的正三角锥直角顶点微结构321的对向反射元件的反射效率低一些,但在入射光线角度较大时,对向反射效率不会有较大的衰减。
图5d示出了包括实心透明材质的立方锥直角顶点微结构323的对向反射元件30的侧视图。对向反射元件30包括基材31,基材31为透光结构,基材31的表面分布多个实心透明材质的立方锥直角顶点微结构323,实心透明材质的立方锥直角顶点微结构323背离基材31的表面处设置有高反射涂层310,具体是实心透明材质的立方角锥的三个互相垂直的立方面处设置有高反射涂层310。当光线入射至对向反射元件30时,光线首先折射进入基材31内部,并首先经基材31传播至实心透明材质的立方锥直角顶点微结构323内部,并在实心透明材质的立方锥直角顶点微结构323的三个互相垂直的立方面处发生三次反射,反射光线折射出对向反射元件30,并沿与入射光线相反的方向出射。
在本实施例的另一种实施方式中,对向反射元件30包括基材31及设置在基材31上的空心凹陷的直角顶点微结构,高反射涂层310设置在空心凹陷的直角顶点微结构背离基材31的凹陷面。图6a示出了包括空心凹陷的正三角锥直角顶点微结构324的对向反射元件30的侧视图,对向反射元件30包括基材31,基材31的表面分布多个空心凹陷的正三角锥直角顶点微结构324,正三角锥直角顶点微结构324背离基材31的凹陷面处设置有高反射涂层310,具体是正三角锥的三个互相垂直的直角三角面处设置有高反射涂层310。当光线入射至对向反射元件30时,光线传播至空心凹陷的正三角锥直角顶点微结构324内部,并在空心凹陷的正三角锥直角顶点微结构324的三个互相垂直的直角三角面处发生三次反射,反射光线沿与入射光线相反的方向出射;包括空心凹陷的正三角锥直角顶点微结构324的对向反射元件30的正面对向反射效率非常高,但入射光线角度较大时,对向反射效率会有较大的衰减。
图6b示出了包括空心凹陷的等腰三角锥直角顶点微结构325的对向反射元件30的侧视图。对向反射元件30包括基材31,基材31的表面分布多个空心凹陷的等腰三角锥直角顶点微结构325,空心凹陷的等腰三角锥直角顶点微结构325背离基材31的凹陷面处设置有高反射涂层310,具体是空心凹陷的等腰三角锥的三个互相垂直的三角面处设置有高反射涂层310。当光线入射至对向反射元件30时,光线传播至空心凹陷的等腰三角锥直角顶点微结构325内部,并在空心凹陷的等腰三角锥直角顶点微结构325的三个互相垂直的三角面处发生三次反射,反射光线沿与入射光线相反的方向出射;包括空心凹陷的等腰三角锥直角顶点微结构325的对向反射元件30,正面对向反射效率比上述空心凹陷的正三角锥微结构324的对向反射元件的反射效率低一些,但在入射光线角度较大时,对向反射效率不会有较大的衰减。
图6c示出了包括空心凹陷的立方锥直角顶点微结构326的对向反射元件30的侧视图。对向反射元件30包括基材31,基材31的表面分布多个空心凹陷的立方锥直角顶点微结构326,空心凹陷的立方锥直角顶点微结构326背离基材31的凹陷面设置有高反射涂层310,具体是空心凹陷的立方角锥的三个互相垂直的立方面处设置有高反射涂层310。当光线入射至对向反射元件30时,光线传播至空心凹陷的立方锥直角顶点微结构326内部,并在空心凹陷的立方锥直角顶点微结构326的三个互相垂直的立方面处发生三次反射,反射光线沿与入射光线相反的方向出射。
本申请实施例提供的成像装置,通过设计对向反射元件30的基材31和对向反射微结构32,利用不同结构、不同实现方式的对向反射微结构32和基材31实现对光线的对向反射功能,使得入射到对向反射元件30的光线可沿入射方向的反方向回射,并经透反元件20反射后,就可形成漂浮在空气中的实像,第二区域II处的用户可以观察并触摸到实像,带来良好的观看体验。
在本申请上述实施例的基础上,如图7所示,成像装置还包括第一相位延迟元件40和偏振透反元件50,第一相位延迟元件40设置于对向反射元件30靠近透反元件20的一侧,用于改变经过其的光的相位;偏振透反元件50贴合设置在透反元件20靠近图像源10的一侧,偏振透反元件50透射第一偏振态光线且反射第二偏振态光线。具体的,图像源10发出的光线经偏振透反元件50和透反元件20后,透射光线包括第一偏振态的光线,第一偏振态光线经过第一相位延迟元件40,透射光线的相位发生改变,表现为透射光线的偏振态发生改变;透射光线继续传播至对向反射元件30,沿入射方向的反方向出射,再次经过第一相位延迟元件40,光线的偏振态再次发生改变,转化为第二偏振态光线,第二偏振态的光线出射至透反元件20,经偏振透反元件50反射,反射后的光线形成实像。
在一个优选的实施方式中,第一相位延迟元件40为1/4波片,可贴合设置或保持一定距离设置在对向反射元件30靠近透反元件20的一侧;偏振透反元件50为可透射第一线偏振态光线、同时反射第二线偏振态光线的光学元件,可镀设或贴覆在透反元件20靠近图像源10的一侧,偏振透反元件50透射第一偏振态光线且反射第二偏振态光线,并不意味着偏振透反元件50只透射第一偏振态光线且反射第二偏振态光线,具体可以理解为,偏振透反元件50对第一偏振态光线的透射率较高,且对第二偏振态光线的反射率较高,如偏振透反元件50对第一线偏振态光线的平均透射率大于70%、优选地大于80%、甚至大于90%,而其对第二线偏振态光线的平均反射率大于70%、优选地大于80%、甚至大于90%。结合图8,图像源10发出包括第一线偏振态的图像光线,第一线偏振态光线具体可以是P偏振光,第二线偏振态光线具体可以是S偏振光,透反元件20透射P偏振光且透射S偏振光,偏振透反元件50对P偏振光的平均透射率大于70%、优选地大于80%、甚至大于90%,而其对S偏振光的平均反射率大于70%、优选地大于80%、甚至大于90%。P偏振光经过偏振透反元件50和透反元件20后,透射光线仍为P偏振光,光线传输并经过第一相位延迟元件40后,会转化为圆偏振光(图8中以光线C进行示意),圆偏振光继续传播至对向反射元件30,并沿入射方向的反方向出射,仍为圆偏振光;圆偏振光再次经过第一相位延迟元件40,转化为第二线偏振态光线,且第二线偏振态光线的偏振方向与第一线偏振态光线的偏振方向垂直,也即第一线偏振态光线为P偏振光时,光线两次经过1/4波片,会转化为第二线偏振态的S偏振光,S偏振光出射至偏振透反元件50,再反射至第二区域II,形成实像;第一线偏振态光线也可以是S偏振光,第二线偏振态光线也可以是P偏振光,实现方式与上述过程类似,不再赘述。
具体的,偏振透反元件50可以是如偏振分束器、偏振分光膜等,具体可以是单独的膜层或者多个膜层叠加而成,膜层的成分选自金属氧化物、金属氮化物、金属氮氧化物镀膜,氟化物,以及/或者有机聚合物;可以是五氧化二钽、二氧化钛、氧化镁、氧化锌、氧化锆、二氧化硅、氟化镁、氮化硅、氮氧化硅、氟化铝中的一种或多种;可以理解,本申请实施例中透反元件20为普通的、不带偏振特性的透反元件,通过在其表面设置偏振透反元件50使得具有偏振透反性能,透反元件20和偏振透反元件50也可以合并替换为一体结构的、具有偏振透反性能的透反元件20,均应视为本申请实施方式的扩展。
需要说明的是,本申请中的第一相位延迟元件40的位置可以根据实际情况来设置,例如其可以与对向反射元件30具有一定的间隔,也可以直接设置在对向反射元件30的表面上,即与对向反射元件30的表面接触贴覆,这样可以减少第一相位延迟元件40和对向反射元件30的之间空气介质层的反射,提高了透过第一相位延迟元件40的光线的数量,进一步提高光效,成像增亮。
在一个更优选的实施方式中,图像源10可以选用特定波段的第一偏振态光线,偏振透反元件50设置成对该特定波段的第一偏振态光的透射率较高,而对其他波段的第一偏振态光以及可见光波段内的第二偏振态光线的反射率较高。例如,偏振透反元件50对该特定波段的P偏振光的平均透射率大于80%、甚至大于90%,而对于其他波段的S偏振光以及可见光波段内的S偏振光的平均反射率大于80%、甚至大于90%;该特定波段可以是例如中心波长位于590nm~690nm的红色光、500nm~565nm的绿色光、410nm~480nm的蓝色光。
以下对上述不同实施方式的成像亮度进行计算,如上所述,图1所示的成像装置,对于实像成像亮度而言,图像源10发出的光线需依次经历透反元件20的一次透射、对向反射元件30的反射及透反元件20的一次反射才能成像,因此第二预设空间S2处形成的实像,其成像亮度由图像源10的亮度、对向反射元件30的反射光效以及透反元件20上的一次反射和一次透射共同决定;对于上述不同实施方式而言,图像源10的亮度、对向反射元件30的反射光效是固定不变的,因此不同实施方式下实像的亮度主要取决于光线在透反元件20上一次透射和一次反射的效率的光效,可以简单认为透反元件20的光效为透射率(T1)和反射率(R1)的乘积。
对于图1对应的实施例,在不考虑透反元件20对光能量的吸收的情况下,因反射率和透射率之和为1,光效可转换为:T1*(1—T1),而T1的取值均小于1,因此图1对应的实施例中,透反元件20的光效小于等于1/4,也即透反元件20的光效最大为25%。
对于图7及图8对应的实施例,在不考虑透反元件20对光能量的吸收的情况下,设定偏振透反元件50对第一偏振态光线的透射率大于70%,同时对第二偏振态光线的反射率大于70%为例,光效为70%*70%=49%,相较于图1对应的实施例,光效提升了几乎一倍,也即实像的亮度会提升几乎一倍;对于在特定波段的第一线偏振光线而言,计算过程类似,不再赘述。
本申请实施例提供的成像装置,通过设置第一相位延迟元件40和偏振透反元件50,透射光线依次经过第一相位延迟元件40、对向反射元件30和第一相位延迟元件40后,图像源10发出的第一偏振态的光线可转化为第二偏振态的光线并经反射后形成实像,大大提高了光线利用率,在图像源10功耗不变的情况下大大增加了成像装置中实像的成像亮度。
在本申请上述实施例的基础上,如图9所示,成像装置还包括增透元件60,增透元件60贴合设置于透反元件20远离图像源10的一侧,用于提高图像源10发出的图像光线在透反元件20上的透射率,进而提高光效,提高实像的亮度;同时,增透元件60还可以避免反射的图像光线再次在透反元件20远离图像源10的一侧内表面处发生反射,可消除鬼影,提高成像的清晰度。可选的,增透元件60包括但不限于氟化镁、二氧化锆、二氧化钛、硫化锌或氧化镁等膜层中的一种或多种膜层的组合;优选地,增透膜可以增加光的透射率达3%,甚至5%以上。
在本申请上述实施例的基础上,成像装置还包括光线阻隔元件70,如图10及图11所示,光线阻隔元件70设置于图像源10的出光面侧,用于阻隔预定角度的光线;本实施例成像装置在使用时,不同区域的用户可以看到实像或虚像,但如果用户还能看到图像源10本身直接形成的图像,就会影响对实像或者虚像的观察,也会影响成像装置的使用效果,因此通过设置光线阻隔元件70来阻挡这些可能会直接被用户接收到的图像光线。
光线阻隔元件70的结构和作用原理如图11所示,包括多个设有预设高度的光线阻隔栅栏,通过多个凸起的光线阻隔栅栏形成栅栏阵列,来物理阻挡光线在某些方向的传播;通过设计光线阻隔栅栏的高度和宽度,可以限制观察者可看到光线的角度,通过光线阻隔层70,将光线限制在可视角度γ内,如可视角度γ为60°、70°或80°,即人眼位于可观察区域内(如图11中两虚线之间的区域),可以观察到图像源10图像,人眼位于可观察区域之外,就不能观察到图像源10的成像。
也即,在成像装置工作时,其在图像源10表面会形成实像,且在第一预设空间S1形成虚像、在第二预设空间S2形成实像,而由于设置了光线阻隔元件70,限制了图像源10所发出的图像光线的可视角度,因此,用户不能看到图像源10表面形成的实像,只能通过在第一区域I观看到图像源10所形成的虚像,或在第二区域II看到图像源10所形成的实像,从而避免用户看到图像源10表面所形成的实像,提升成像装置的使用效果,具体的,光线阻隔元件70可以为防窥光栅或防窥膜。
本申请实施例提供的成像装置,通过在图像源10的出光面侧设置光线阻隔元件70,可以阻挡观用户直接看到图像源10本身形成的图像,这样不同区域的用户就只能观察到成像装置形成的实像和虚像,起到防窥及提升显示效果的作用。
在本申请上述实施例的基础上,如图12所示,成像装置的图像源10包括至少一个光源模组11、光扩散元件12和图像生成层13,光源模组11出射光线,光扩散元件12将光源模组11发出的光线扩散,图像生成层13将经过扩散后的光线转化为图像光线。具体的,光源模组11包括一个或多个光源,可出射光线,光源模组11出射的光线传播至光扩散元件12;当不存在光扩散元件12时,光源模组11发出的光线会沿图12中的虚线传播至图像生成层13;当存在光扩散元件12时,光扩散元件12将光线扩散成多个出射角度的光线,图12中示出了扩散角度最大的两条边缘光线,也即光扩散元件12会将光线在一定范围内扩散,提高光线分布的均匀性,使得最终的图像光线分布更加均匀,成像效果更好。
可选的,在一些实施方式中,如图12所示,光源模组11、图像生成层13和光扩散元件12依次设置,光源模组11发出的光线出射至图像生成层13,转化为图像光线,图像光线再经过光扩散元件12后扩散,提高成像的亮度均匀性;在另一些实施例中,例如,光扩散元件12可与图像生成层13贴合设置,或者光扩散元件12可贴覆设置在透光的支撑板材如玻璃上,方便和其他元件一同安装设置。
其中,光扩散元件12具体可以是成本较低的散射光学元件,如匀光片、扩散片等。或者,光扩散元件12也可以为对扩散效果控制较好的衍射光学元件(Diffractive OpticalElements,DOE),例如光束整形片(Beam Shaper)等;其中,光线透过匀光片等散射光学元件时会发生散射,光线会透射至许多不同的角度,还会发生少量的衍射,但光线的散射起主要作用,对光线的扩散程度较大。而衍射光学元件通过在表面设计特定的微结构,主要通过衍射起到光扩束作用,且扩散后光束的大小和形状可控。优选地,本实施例中光线经过光扩散元件12后转变成的光束,在垂直于传播方向的截面具有特定的形状,即光扩散元件12可以将经过其的光线扩散形成特定形状的光束,扩散后光束截面的形状包括但不限于圆形、椭圆形、正方形或长方形。
其中,图像生成层13具体可以是液晶面板,光线通过液晶面板就可形成图像,也即液晶面板会将光线转化为图像光线;本领域技术人员可以理解,光线经过液晶面板后,液晶面板不改变光线的传播方向,因此扩散后的光线经过液晶面板后,传播方向不变,转变为分布均匀的图像光线。
本申请实施例提供的成像装置,通过设置光扩散元件12,可将光线扩散,提高光线分布的均匀性,避免图像源10显示内容时,出现明暗不均匀的情况。
在本申请上述实施例的基础上,如图13-图14所示,光扩散元件12的数量包括多个,且相邻的所述光扩散元件12之间间隔预设距离。在上述实施例的基础上,在实际情况中采用一个光扩散元件12对光线进行一次扩散,并不能完美实现较好的光线均匀效果,如多个光源模组11的缝隙处容易形成光线较暗的区域,不足以较好的使光线分布均匀。本实施例中通过间隔设置多个光扩散元件12来进一步提升光线分布的均匀性,多个光扩散元件12均可以对光源模组11发出的光线进行扩散,使得图像生成层13的成像亮度比较均匀。其中,多个光扩散元件12可以是相同的扩散元件,具体可以是衍射光学元件,例如光束整形片(Beam Shaper)等;或者也可以是散射光学元件,如匀光片、扩散片等,具体结构可参见上述光扩散元件12的相关描述,此处不做赘述。
同时,为了保证多个光扩散元件12均可以起到相应作用,相邻的光扩散元件12之间间隔有预设距离,该预设距离具体可以为30~60mm,优选地,可以为40~50mm。此外,本实施例中的多个光扩散元件12可以均设置在图像生成层13的同一侧,如图13a所示;也可以将光扩散元件12分散设置在图像生成层13的两侧,设置在图像生成层13出光外侧的光扩散元件12需要紧贴图像生成层13,避免影响成像,如图13b所示;光扩散元件12也可设置在光源模组11中,只要多个光扩散元件12之间保持预设距离即可。
因多个光扩散元件12彼此之间都要间隔预设距离,多个光扩散元件12会增加图像源的厚度,在一个优选的实施方式中,如图13所示,设置两个光扩散元件12,不仅可对光线起到较好的扩散作用,同时图像源10的厚度也较小;也可以在两个光扩散元件12的基础上进一步增加光扩散元件12的数量,如图14示出的实施例中包括三个光扩散元件12;本申请实施例对光扩散元件12的数量不做限定。
本申请实施例提供的成像装置,通过多个间隔设置的光扩散元件12,对光线起到较好的扩散作用,均匀光线亮度,保证图像源10的成像亮度均匀,进而提升成像装置的实像和虚像的观看效果。
在本申请上述实施例的基础上,如图15所示,光源模组11包括光源110、偏振分束元件111、反射元件112和第二相位延迟元件113,光源110发出光线,光线包括第一偏振态光线和第二偏振态光线;偏振分束元件111用于将入射到其的光线分束为第一偏振态光线和第二偏振态光线;反射元件112用于改变入射至反射元件112的光线的传播方向以使其射向图像生成层13;第二相位延迟元件113用于将分束后的第一偏振态光线在到达图像生成层13之前转换为第二偏振态光线。
在本申请实施例中,图像生成层13包括液晶面板,如图16所示,图16中隐藏了扩散元件12,图像生成层13液晶面板包括液晶层130、设置在液晶层130远离光源模组11一侧表面的第一偏光片131,以及设置在液晶层130靠近光源模组11的一侧表面的第二偏光片132,且第一偏光片131和第二偏光片132的偏振方向互相垂直。本实施例中,液晶层130包括液晶、驱动阵列、夹设液晶的透明板、彩色滤光片和像素电极等,第二偏光片132透过第二偏振态的光线,光源模组11发出的包括第二偏振态的光线经过第二偏光片132后,经液晶层130的作用,转变为携带图像信息的第一偏振态光线,也即第一偏振态的图像光线;第一偏光片131透过第一偏振态的光线,上述第一偏振态的图像光线可以顺利通过并出射。具体的,第二偏振态光线可以为线偏振态光线,如S偏振光,第一偏振态光线为与其偏振方向垂直的线偏振态光线,如P偏振光。也即在本申请实施例中,图像生成层13通过分设在液晶层两侧且偏振方向互相垂直的第一偏光片131和第二偏光片132,第二偏振态的光线通过液晶面板就可形成图像,也即液晶面板会将第二偏振态光线转化为第一偏振态的图像光线,为成像装置提供图像信息。由上述内容可知,图像生成层13为液晶面板时,只能利用特定偏振态的光线,如第二偏振态的光线成像;但光源110出射的光线一般为非偏振光线,也即光源110出射的光线中最多只有50%可被图像生成层13利用而成像,其余约50%的光线会被浪费;偏振分束元件111将光源110发出的光线分束为第一偏振态光线和第二偏振态光线,第二偏振态的光线经反射元件112改变传播方向,射向图像生成层13,同时第一偏振态的光线经第二相位延迟元件113后转变为第二偏振态光线,就实现了将光源110发出的光线几乎全部利用成像,提高光线利用率,避免光线浪费。
本实施例中,光源110出射光线,可以为点光源、线光源或面光源,光源110的数量可以为一个或多个,对此不做限制;光源110包括至少一个电致发光元件,电致发光元件通过电场激发产生光线,包括但不限于包括但不限于发光二极管(Light Emitting Diode,LED)、有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode,OLED)、迷你发光二极管(MiniLED)、微发光二极管(Micro LED)、冷阴极荧光灯管(Cold Cathode Fluorescent Lamp,CCFL)、LED冷光源(Cold LED Light,CLL)、电激发光(Electro Luminescent,EL)、电子发射(Field Emission Display,FED)或量子点光源(Quantum Dot,QD)等。
本实施例中,偏振分束元件111包括利用光线透射和光线反射进行分束的光学元件,如偏振分束元件111可同时透射第一偏振态的光线并反射第二偏振态的光线;偏振分束元件111也可以是在如玻璃、石英或高分子聚合物等的透明板材表面,贴覆或镀设具有偏振透反功能的膜层。偏振分束元件111透射第一偏振态光线且反射第二偏振态光线,并不意味着偏振分束元件111只透射第一偏振态光线且反射第二偏振态光线,具体可以理解为,偏振分束元件111对第一偏振态光线的透射率较高,且对第二偏振态光线的反射率较高,如偏振分束元件111对第一线偏振态光线的平均透射率大于70%、优选地大于80%、甚至大于90%,而其对第二线偏振态光线的平均反射率大于70%、优选地大于80%、甚至大于90%;利用光线透射和反射进行分束的偏振分束膜层具体实施方式和工作原理如上述偏振透反元件50,此处不再赘述。
本实施例中,反射元件112通过反射改变光线的传播方向,将偏振分束元件111反射的第二偏振态的光线B再次反射,以使得光线B可以出射至光扩散元件12;反射元件112包括镀设有金属层的反射镜、抛光的金属板等,也可以是类似偏振分束元件111的,具有偏振反射功能元件,只要保证可将第二偏振态的光线B尽可能高效的反射出去即可;在一些实施方式中,反射元件112采用与偏振分束元件111相同材质和相同偏振反射性能的元件,方便成像装置中元件可统一的安装设置。
本实施例中,第二相位延迟元件113为具有改变经过其的光相位的元件,经过偏振分束元件111透射的第一偏振态的光线A经过第二相位延迟元件113后,会转变为第二偏振态的光线B,就实现了将光源110发出的非偏振态光线AB均转化为相同偏振态光线B的过程。第二相位延迟元件113可以紧贴偏振分束元件111设置,也可以与偏振分束元件111保持一定间距,本实施例对此不做限定。
具体的,在本实施例的一种实施方式中,第二相位延迟元件113贴合或保持一定距离设置在偏振分束元件111远离反射元件112的一侧;光源110发出光线,光线入射至偏振分束元件111并发生透射和反射,光源110发出的非偏振态光线,光线具有多偏振态但不表现出唯一的偏振态,可以理解为光线可分解为至少两种偏振态的光线,如非偏振态光可认为是包括第一偏振态和第二偏振态两种偏振态,图15中以A和B分别表示第一偏振态和第二偏振态,光源110产生的光线包括第一偏振态和第二偏振态,表示为AB,光线AB透过偏振分束元件111之后,光线AB中的第一偏振态部分透射,也即透射的光线为第一偏振态光线,图中以光线A进行示意;同时光线AB中的第二偏振态部分反射,也即反射的光线为第二偏振态光线,图中以光线B进行示意。反射光线B出射至反射元件112,再次反射后出射至光扩散元件12;透射光线A经过第二相位延迟元件113后,透射光线转变为与反射光线相同的偏振态光线B,出射至图像生成层13。可以理解,光线出射至图像生成层13,可以是直接出射至图像生成层13,也可以是经过一个或多个光扩散元件12后出射至图像生成层13。通过设置偏振分束元件111、反射元件112和第二相位延迟元件113,将无法被图像生成层13直接利用的光线转化为可用的偏振态光线,提高光线利用率,在低功耗的情况下图像源10就可提供高亮度的画面,进而提升成像装置实像和虚像的亮度。
优选地,偏振分束元件111为透反分束元件,可透射第一线偏振态的光线,同时反射第二线偏振态的光线,具体可以是透射P偏振光且同时反射S偏振光;第二相位延迟元件113为可以将P偏振光转化为S偏振光的元件,具体可以是1/2波片;光源110发出非偏振态光线,光线在偏振分束元件111上发生反射和透射,透射的P偏振光再经过第二相位延迟元件113后转为S偏振光,同时反射的S偏振光经反射元件112反射后出射,实现了将光源110发出的非偏振态光线均转化为相同偏振态光线的过程;结合上述图8对应的实施例,图像源10出射的光线包括P偏振光线,故背光部分光源模组11出射的光线应转化为S偏振光,才能顺利进入图像生成层13如液晶面板,并转化为P偏振态的图像光线出射;反之亦然。
在本实施例的另一种实施方式中,第二相位延迟元件113设置在反射元件112反射光线的传播路径上,偏振分束元件111反射第一偏振态的光线,且透射第二偏振态的光线;光源110发出光线,光线入射至偏振分束元件111并发生透射和反射,光源110发出的非偏振态光线包括第一偏振态和第二偏振态,表示为AB,光线AB透过偏振分束元件111之后,光线AB中的第二偏振态部分透射,也即透射的光线为第二偏振态光线B;同时光线AB中的第一偏振态部分反射,也即反射的光线为第一偏振态光线A,反射光线A出射至反射元件112,再次反射后经过第二相位延迟元件113,转变为与透射光线相同的偏振态光线B,直接或间接出射至图像生成层13,实现了将光源110发出的非偏振光线几乎全部转化为可被图像生成层13利用的第二偏振态光线B。
优选地,偏振分束元件111为透反分束元件,可反射第一线偏振态的光线,同时透射第二线偏振态的光线,具体可以是反射P偏振光且同时透射S偏振光;第二相位延迟元件113为可以将P偏振光转化为S偏振光的元件,具体可以是1/2波片;光源110发出非偏振态光线,光线在偏振分束元件111上发生反射和透射,透射的S偏振光直接或间接出射至图像生成层13;反射的P偏振光在反射元件112上反射后,再经过第二相位延迟元件113后转为S偏振光,实现了将光源110发出的非偏振态光线均转化为相同偏振态光线的过程;结合上述图8对应的实施例,图像源10出射的光线包括P偏振光线,故背光部分光源模组11出射的光线应转化为S偏振光,才能顺利进入图像生成层13如液晶面板,并转化为P偏振态的图像光线出射;反之亦然。
在本实施例的又一种实施方式中,第二相位延迟元件113设置在偏振分束元件111与反射元件112之间反射光线的传播路径上,偏振分束元件111反射第一偏振态的光线,且透射第二偏振态的光线;光源110发出光线,光线入射至偏振分束元件111并发生透射和反射,光源110发出的非偏振态光线包括第一偏振态和第二偏振态,表示为AB,光线AB透过偏振分束元件111之后,光线AB中的第二偏振态部分透射,也即透射的光线为第二偏振态光线B;同时光线AB中的第一偏振态部分反射,也即反射的光线为第一偏振态光线A,反射光线A经过第二相位延迟元件113转化为第二偏振态光线B,经反射元件112反射后,直接或间接出射至图像生成层13,实现了将光源110发出的非偏振光线几乎全部转化为可被图像生成层13利用的第二偏振态光线B。
优选地,偏振分束元件111为透反分束元件,可反射第一线偏振态的光线,同时透射第二线偏振态的光线,具体可以是反射P偏振光且同时透射S偏振光;第二相位延迟元件113为可以将P偏振光转化为S偏振光的元件,具体可以是1/2波片;光源110发出非偏振态光线,光线在偏振分束元件111上发生反射和透射,透射的S偏振光直接或间接出射至图像生成层13;反射的P偏振光经过第二相位延迟元件113后转为S偏振光,再在反射元件112上反射后,直接或间接出射至图像生成层13,实现了将光源110发出的非偏振态光线均转化为相同偏振态光线的过程;结合上述图8对应的实施例,图像源10出射的光线包括P偏振光线,故背光部分光源模组11出射的光线应转化为S偏振光,才能顺利进入图像生成层13如液晶面板,并转化为P偏振态的图像光线出射;反之亦然。
在本实施例的再一种实施方式中,第二相位延迟元件113贴合或保持一定距离设置在反射元件112靠近偏振分束元件111的一面;偏振分束元件111反射第一偏振态的光线,且透射第二偏振态的光线;光源110发出光线,光线入射至偏振分束元件111并发生透射和反射,光源110发出的非偏振态光线包括第一偏振态和第二偏振态,表示为AB,光线AB透过偏振分束元件111之后,光线AB中的第二偏振态部分透射,也即透射的光线为第二偏振态光线B;同时光线AB中的第一偏振态部分反射,也即反射的光线为第一偏振态光线A,反射光线A经过第二相位延迟元件113转化为第三偏振态光线C,经反射元件112反射后,光线C再次经过第二相位延迟元件113,转化为第二偏振态光线B,实现了将光源110发出的非偏振光线几乎全部转化为可被图像生成层13利用的第二偏振态光线B。
优选地,偏振分束元件111为透反分束元件,可反射第一线偏振态的光线,同时透射第二线偏振态的光线,具体可以是反射P偏振光且同时透射S偏振光;第二相位延迟元件113为可以将P偏振光转化为圆偏振光的元件,具体可以是1/4波片;光源110发出非偏振态光线,光线在偏振分束元件111上发生反射和透射,透射的S偏振光直接或间接出射至图像生成层13;反射的P偏振光经过第二相位延迟元件113后转为圆偏振光,圆偏振光在反射元件112上反射后,再次经过第二相位延迟元件113,转化为S偏振光,直接或间接出射至图像生成层13,实现了将光源110发出的非偏振态光线均转化为相同偏振态光线的过程;结合上述图8对应的实施例,图像源10出射的光线包括P偏振光线,故背光部分光源模组11出射的光线应转化为S偏振光,才能顺利进入图像生成层13如液晶面板,并转化为P偏振态的图像光线出射;反之亦然。
在本实施例的上述实施方式中,偏振分束元件111和反射元件112可以平行设置,优选地,两元件与水平方向之间的夹角为40°~50°之间,如45°;这样最终转化的第二偏振态光线B的分散程度较小,为接近平行的光线,且两种元件平行设置,更易于安装实施;当然,偏振分束元件111和反射元件112也可不平行设置,之间存在一定夹角,最终转化的第二偏振态光线B会呈现聚集或分散的状态;本实施例对此不做限定。
本申请实施例提供的成像装置,通过设置偏振分束元件111、第二相位延迟元件113和反射元件112,可以将光源110发出的非偏振态光线转化为可为图像生成层13利用的特定偏振态的光线,避免光线浪费,大大提高图像源10的光效,进而提升成像装置实像和虚像的亮度。
在本申请上述实施例的基础上,因光源110发出的光线具有一定的分散角度,分散角度较大的光线,如发散角大于15°、20°、30°、45°、60°或75°的光线,会向四周发射,难以到达偏振分束元件111进而被利用成像。本实施例光源模组11还包括导光元件114,如图17-图20所示,导光元件114设置在光源110与偏振分束元件111之间,导光元件114包括允许光线传输通道1140和允许光线反射的内反射面1141,光源110发出的光线经导光元件114传输至偏振分束元件111。
如图17-图20所示,导光元件114设置在光源110的出光方向上,光源110发出的部分光线在导光元件114的传输通道1140中传输出射,内反射面1141朝向光源110,出射角度较大的光线则在内反射面1141上发生反射并传输出射;经导光元件114传输的光线传输至偏振分束元件111,具体可以是光线直接传输至偏振分束元件111,如图17所示;也可以是间接传输至偏振分束元件111,光线可先经过上述可扩散光线的光扩散元件12后再传输至偏振分束元件111,均可视为光源110发出的光线经导光元件114传输至偏振分束元件111。通过设置导光元件114,光源110发出的大角度、难以传输至偏振分束元件111的光线在导光元件114的内反射面1141发生反射,反射后光线的角度改变并向中心聚拢,可提高光源110发出光线的利用率,提高了光源模组11的光效。
本申请实施例提供的成像装置,通过在光源模组11中设置导光元件114,将光源110发出的大角度、难以被利用的光线反射并聚拢,使得光线尽可能多的被利用,提高光效,提升了图像源10的成像亮度,进而提升了成像装置实像和虚像的亮度。
在本申请实施例一个优选的实施方式中,如图18所示,图像源10包括光源模组11、两个光扩散元件12和图像生成层13,光源模组11包括光源110、偏振分束元件111、反射元件112、第二相位延迟元件113和导光元件114,两个光扩散元件12之间间隔预设距离,分别设置在光源110和偏振分束元件111之间,以及光源模组11与图像生成层13之间。本实施方式中,因导光元件114对光线具有较好的聚集作用,可能会导致光源110中心处亮度高于边缘处的亮度,进而可能会导致成像亮度不均匀,通过两个光扩散元件12实现对光线的均匀扩散,可以均匀成像亮度,提高成像装置的成像体验;同时利用偏振分束元件111、反射元件112和第二相位延迟元件113实现对光线的回收利用,在低功耗的情况下提升成像亮度。
在本申请上述实施例的基础上,如图19所示,导光元件114包括带有出光面1142的实心透明部件,光源110设置在实心透明部件远离出光面1142的端部1143,光源110发出的部分光线在实心透明部件的内反射面上发生全反射后转化为准直光线,经由出光面1142出射,准直光线是指平行或近乎平行的光线,准直光线的发散角较小,更有利于成像;部分光线是指上述光源110发出的分散角度较大的光线,如发散角大于15°、20°、30°、45°、60°或75°的光线,会出射至内反射面上并发生全反射,全反射后转化为准直光线;分散角度较小的其他光线则会直接经由实心透明部件传输至出光面1142并出射。
本实施例中,实心透明部件的折射率大于1,实心透明部件的内反射面包括曲面形状、自由曲面形状或圆锥面形状等;实心透明部件的出光面1142朝向偏振分束元件111,光源110设置在实心透明部件远离出光面1142的端部1143,光源110出射角度较大的部分光线在内反射面上全反射,其他光线经实心透明部件的传输通道传输,同时光线传输至偏振分束元件111,光源110具体是设置在靠近端部1143的外侧,即光源110设置在空气中;图19示意性的给出了光源110发出的光线经过实心透明部件的传输示意图,由于实心透明部件的折射率大于1,而实心透明部件的外围介质一般为空气(折射率为1),因此光源110发出的大角度光线在到达实心透明部件的内表面时,光线从光密介质(即实心透明部件)射向光疏介质(即空气)时,光线入射角达到预设角度就可发生全反射,也即实心透明部件的内反射面具体是指实心透明部件的内表面;实心透明部件的出光面1142朝向偏振分束元件111,通过设计实心透明部件的形状,光源110发出的部分光线就可经全反射后准直出射;其他光线则直接经实心透明部件传输出射,上述两部分光线经过出光面1142出射至偏振分束元件111,再传输到图像生成层13,从而可以提高图像生成层13对图像光线的转化效率,进而提高了成像装置的光效。
可选地,实心透明部件外部还可设置高反射率涂层,光源110发出的部分大角度光线满足全反射条件,会发生全反射进而传输至偏振分束元件111,其余不满足全反射角度的光线进一步在高反射率涂层上发生镜面反射并传输至偏振分束元件111,可进一步对光源110发出的光线进行高效利用。
可选的,出光面1142沿光线传播方向的截面形状包括圆形、椭圆形、矩形、梯形、平行四边形或正方形中的至少一种形状;端部1143的形状包括圆形、椭圆形、矩形、梯形、平行四边形或正方形中的至少一种形状。
在本申请上述实施例的基础上,导光元件114也可以采用中空壳体的设计,如图20所示,导光元件114包括带有出光口1144和端部开口1145的中空壳体,光源110设置在中空壳体的端部开口1145,光源110发出的部分光线在内反射面上反射后转化为准直光线,经由出光口1144出射;具体的,端部开口1145的尺寸小于出光口1144的尺寸,中空壳体的内反射面包括镀铝、镀银、镀其他金属或镀介质膜形成的内反射面,光线可在内反射面上发生镜面反射。中空壳体的出光口1144朝向偏振分束元件111,中空壳体的端部开口1145可设置一个或多个光源110,光源110发出的部分光线在中空壳体的内反射面上发生反射,反射光线转化为准直光线并出射;光源110出射的另一部分光线在中空壳体的传输通道中传输出射。通过设置中空壳体,光源110发出的大角度光线在中空壳体的内反射面发生反射,反射后光线的角度改变并向中心聚拢,可提高光源110发出光线的利用率,进而提高了成像装置的光效。
可选的,出光口1144的形状包括圆形、椭圆形、矩形、梯形、平行四边形或正方形中的至少一种形状;端部开口1145的形状包括圆形、椭圆形、矩形、梯形、平行四边形或正方形中的至少一种形状。
可选的,中空壳体具体可以包括抛物面形状、圆锥曲面形状或自由曲面形状中的至少一种形状,中空壳体的形状具体是指内反射面的形状;可以理解,中空壳体的形状可以与内反射面的形状不同,只要内反射面为上述可以使光线反射的形状即可;本申请实施例中为方便说明,中空壳体与内反射面的形状一致。
在本申请上述实施例的基础上,导光元件114还包括:准直元件1146,准直元件1146将经过其的光线转化为准直光线,如图21-图23所示,准直元件146设置在光源110与偏振分束元件111之间;可选的,准直元件1146可为准直透镜或准直膜,图21-图23中以准直透镜进行解释示意。准直透镜包括凸透镜、菲涅尔透镜、透镜组合(例如凸透镜与凹透镜的组合,菲涅尔透镜与凹透镜的组合等)中的一种或多种。具体的,准直元件105可以为凸透镜,则光源101可以设置在凸透镜的焦距处,即凸透镜与光源位置之间的距离为凸透镜的焦距,以使得光源110发出的不同方向的光线经准直元件1146后可以平行射出。或者,准直元件1146可以为准直膜,比如BEF膜(Brightness Enhancement Film),用于将光线的出射方向调整至预设角度范围内,例如将光线聚集在准直膜法线的±35°的角度范围内。准直元件1146可以覆盖光源110发出的所有光线,也可以覆盖光源110发出的部分光线,本实施例对此不做限定。准直后的平行光线后续传输至图像生成层13,光线发散角很小,光线一致性较好,从而可以提高图像生成层13对图像光线的转化效率,进而提高了成像装置的光效。
进一步地,在一种优选的实施方式中,如图21所示,实心透明部件的端部1143设有空腔1147,光源110设置在空腔1147内,空腔1147靠近出光面1142的一面设置准直元件1146。光源110设置在空腔1147内,准直元件1146设置在实心透明部件的中间位置,且准直元件1146的尺寸小于实心透明部件的出光面1142的尺寸;准直元件1146可将实心透明部件内的光源110发出的、经过准直元件1146的光线进行准直后出射,其他出射角度较大的光线在实心透明部件内发生全反射后再准直出射;可选的,准直元件1146为准直透镜,光源110设置在准直透镜的焦点处,准直透镜可采取与实心透明部件相同的材质,便于一体集成。
或者,在另一种优选的实施方式中,如图22所示,实心透明部件设置光源110的端部1143设有空腔1147,且实心透明部件的出光面1142设有向端部1143延伸的开孔1148,开孔1148靠近端部1143的底面设置准直元件1146。光源110设置在空腔1147内,实心透明部件在出光面1142设有开孔1148,准直元件1146设置在开孔1148的底面;准直元件1146将实心透明部件内的光源110发出的、经过其的光线进行准直后出射,其他出射角度较大的光线在实心透明部件内发生全反射后再准直出射;可选的,准直元件1146为准直透镜,光源110设置在准直透镜的焦点处,准直透镜可采取与实心透明部件相同的材质,便于一体集成。
再一种优选的实施方式中,进一步地,如图23所示,准直元件1146设置在中空壳体内部,用于将经过其的光线转化为准直光线,准直元件1146设置在中空壳体内部,光源110发出的光线经过准直元件1146后会调整为平行或近乎平行的光线,可选的,准直元件1146可为准直透镜或准直膜,图23中以准直透镜进行解释示意,准直元件1146可以为凸透镜,则光源110可以设置在凸透镜的焦距处,即凸透镜与光源位置之间的距离为凸透镜的焦距,以使得光源110发出的不同方向的光线经准直元件1146后可以平行射出。具体的,准直元件1146设将在中空壳体内传输的部分光线进行准直后发射至偏振分束元件111,部分光线具体是光源110发出的角度较小的中心光线经过准直元件1146后会转变为平行或近乎平行的光线;而光源110发出的出射角度较大的光线通过中空壳体的内反射面反射并转化为准直光线,从而结合准直元件1146和中空壳体可以更加有效地对光源110发出的光线进行聚拢和准直,进一步提高光线利用率。
本申请实施例提供的成像装置,通过设置实心透明材质或者中空壳体设计的导光元件,光源110发出的大角度光线在中空壳体的内反射面发生反射,反射后光线转化为准直光线,可提高成像装置对光源110发出光线的利用率,进而提高了成像装置的光效;进一步通过设置准直元件1146,可以更加有效的对对光源110发出的光线进行准直,将光线转化为平行或近乎平行的准直光线,准直后的平行光线发散角很小,光线一致性较好,光线利用率进一步提高,进而提升成像装置的画面亮度和降低功耗。
在本申请上述实施例的基础上,成像装置还包括壳体80,壳体80包括位于第一区域I的第一出光开口81(附图中以虚线示意)和位于第二区域II的第二出光开口82(附图中以虚线示意),图像源10、透反元件20及对向反射元件30均布置在壳体80内,壳体80用于安装和支撑上述元件,使得上述元件固定在各自成像所需的位置。壳体80可为透光或不透光材质制成,优选为不透光的材质,如金属、塑料或木材等,避免用户直接看到成像装置的内部结构和图像源10;壳体80包括两个用于出射光线的出光开口,第一出光开口81位于第一区域I,用于通过形成虚像的光线;第二出光开口82位于第二区域II,用于通过形成实像的光线,图24示出了成像装置的剖面图。
在本申请上述实施例的基础上,如图25所示的成像装置剖面图,成像装置还包括:第一介质设备91,第一介质设备91为透光结构,布置在壳体80的第二出光开口82。具体的,第一介质设备91为玻璃、石英或透明高分子聚合物制作而成的板材,光线可透射经过第一介质设备91并在第二预设空间S2形成实像。设置第一介质设备91,主要是对成像装置起到保护作用,避免灰尘、水分等进入成像装置,对成像造成影响,同时透光材质的第一介质设备90也不会阻挡光线,不会影响用户对实像和虚像的观察。
可选地,第一介质设备91可以与实像完全重合,如图25b所示,此时第二区域II处的用户在观察实像时,感官上是实像形成在第一介质设备91上;而实际上实像是形成在空气中的,有漂浮在空气中的科幻感,实像和第一介质设备91重合时,就会降低实像的观看体验。
可选地,第一介质设备91与实像也可以不完全重合,具体的,第一介质设备91与实像可以完全不重合,如图25a所示;也可以重合部分,如图25c所示;此时第二区域II处的用户在观察实像时,感官上是实像部分或全部的漂浮在空气中,有较好的观看体验。
在本申请上述实施例的基础上,如图26所示的成像装置剖面图,成像装置还包括第二介质设备92,第二介质设备92为透光结构,布置在壳体80的第一出光开口81。具体的,第二介质设备92为玻璃、石英或透明高分子聚合物制作而成的板材,反射的图像光线可透射经过第二介质设备92到达用户双眼,并在第一预设空间S1形成虚像,设置第二介质设备92主要是对成像装置起到支撑及保护作用,避免灰尘、水分等进入成像装置,对成像造成影响,同时透光材质的第二介质设备92也不会阻挡光线,不会影响用户对虚像的观察。
在本实施例一个优选的实施方式中,对向反射元件30和图像源10平行,与透反元件20所成角度相同且均为45°,这样所成的实像和虚像均为垂直状态,方便用户对图像的观察;且第一介质设备91也垂直设置,与第二预设空间S2平行且完全不重合,此时第一介质设备91与对向反射元件30、透反元件20及壳体80均相连,第二介质设备92与对向反射元件30、透反元件20及壳体80均相连,成像装置元件排布紧凑、防水防尘,第一区域I的用户可观察到虚像,第二区域II的用户可观察到漂浮在空气中的实像,实现全方位成像与展示。
在本申请实施例一个特别优选的实施方式中,如图27所示的成像装置剖面图,成像装置包括上述各实施例中的元件,图像源10出射的图像光线包括第一偏振态光线(如出射单一偏振态光线的液晶显示器),第一偏振态光线具体可为S偏振光或P偏振光;第一偏振态光线经过偏振透反元件50和透反元件20后透射,透射光线依次经过第一相位延迟元件40、对向反射元件30和第一相位延迟元件40,转化为第二偏振态光线,再反射至第二区域II,在第二预设空间S2处形成实像,第二偏振态光线与第一偏振态光线偏振方向垂直,具体可为P偏振光或S偏振光;反射光线则出射至第一区域I,在第一预设空间S1处形成虚像,处于第一区域I的用户可以看到形成于第一预设空间S1处的虚像,同时第二区域II处的用户可以观察到形成于第二预设空间S2处的实像;同时增透元件60提高光线透射率,消除鬼影;光线阻隔元件70避免用户直接看到图像源10形成的图像,提高成像装置的使用体验;成像装置还设置壳体80、第一介质设备91和第二介质设备92,保护成像装置元件不受损坏,透光的结构也方便用户对实像和虚像的观察;本实施方式提供的成像装置光效高,所形成的虚像和实像清晰高亮,成像几乎无鬼影及杂散光等,可实现接近360°环绕成像,带来全新的虚实结合的显示体验。或者,图像源10出射的光线也包括第一偏振态以及第二偏振态(如出射包括多个偏振态的非偏振光线的LED显示器),成像装置形成实像与虚像的过程与上述过程类似,不再赘述。
在本申请的另一种实施方式中,提供一种成像控制系统,如图28所示,成像控制系统包括上述实施例中的成像装置100,还包括:采集设备200,用于至少采集操作者作用在第二预设空间S2的操作;处理器300,用于根据操作控制图像源10发出的图像光线所对应的显示内容。
具体的,操作者在第二预设空间S2操作时,采集设备200采集相应操作,处理器300则根据该操作控制图像源10发出的图像光线所对应的显示内容,使得图像源10发出对应操作控制后的显示内容的图像光线,也即此时显示操作控制后的实像和虚像。该控制装置中通过采集操作者的操作,根据该操作控制图像源10发出的图像光线所对应的显示内容,使得操作反馈到成像装置所成的实像和虚像上,这样用户在第一区域I或者第二区域II,就可以实时的看到操作者操作对应的内容对应的虚像或实像,实现对成像内容的实时调节,可实现用户的指导和/或评价等。并且,该成像控制系统的结构简单,只需要在成像装置的基础上增加采集设备和处理器即可。
在本申请上述实施例的基础上,处理器300包括确定单元301和处理单元302,确定单元301用于根据操作确定对应的内容以及内容在第二预设空间S2对应的位置;处理单元302用于根据内容以及内容在第二预设空间S2对应的位置来对图像源10发出的图像光线所对应的显示内容进行修改,以使得图像源10发出对应于修改后的显示内容的图像光线,如确定单元301确定操作为画圈标注,并确定此标注圆圈对应的位置,处理单元302则根据标注内容及标注内容对应的位置,对图像源10的显示内容进行修改,使得图像源10发出对应修改后的显示内容的图像光线,如图像源10显示上述标注操作的圆圈,此时成像装置显示标注圆圈后的实像和虚像。操作也可以是控制指令,如如确定单元301确定操作为左滑,并确定此左滑控制指令对应的位置,处理单元302则根据操作内容及操作内容对应的位置,对图像源10的显示内容进行修改,使得图像源10发出对应修改后的显示内容的图像光线,如此时成像装置显示左滑控制指令后的切换画面。
可选的,采集设备200可以为现有技术中的任何可以采集到操作者在预定区域的操作的设备,本领域技术人员可以根据实际情况选择合适的设备作为本申请的采集设备。可选的,采集设备200包括摄像头、红外传感器和语音传感器中的至少一种,即可以仅包括摄像头,也可以仅仅包括红外传感器,还可以仅仅包括语音传感器,或者还可以同时包括摄像头、红外传感器以及语音传感器中的至少一种,同时包括多种采集设备可以更加准确地采集到操作者在预定区域的操作。
可选的,上述操作可以为任何合适的操作,本领域技术人员可以根据实际情况来选择合适的操作;可选的,上述操作包括手势、声音和触控中的至少一种,操作手势对应的内容为欲显示在实像或者虚像上的内容,可以为标记;该控制手势可以用于控制图像源10的显示内容,例如,控制图像源10进行显示内容的翻页、向上移动或者向下移动等。
需要说明的是,对于操作对应具体的显示内容的某些情况来说,本申请的采集设备可以仅仅采集操作者在第二预设空间S2的操作,后续处理器可以根据操作确定对应的内容,并将其显示出来,这部分内容的显示位置没有特殊要求;对于另外一些情况中,操作者的操作对应的内容只能显示在第二预设空间S2中的预定位置,这样采集设备200可以同时采集操作者的操作以及操作在第二预设空间S2的位置,后续处理器根据操作以及其位置确定对应的内容以及显示的位置。
本申请的第二预设空间S2可以与成像区域完全重合,操作者的操作作用在成像组件的成像区域中,可简化处理器的处理过程,提高控制装置的交互效率;第二预设空间S2也可以不是成像区域,对于不是成像区域的情况来说,第二预设空间S2与成像区域之间有对应的关系,即第二预设空间S2中的每个位置都会对应成像区域的一个位置,这样操作者在预定区域的操作,处理器可以根据对应的第二预设空间S2和成像区域之间的关系来确定操作在成像区域的位置。需要说明的是,本申请实施例的成像区域就是指成像装置形成的实像所占的区域,由于成像装置的实像和虚像是重合的,所以,成像区域实际上也是虚像所占的区域。
需要说明的是,本申请实施例中的采集设备、成像装置的图像源以及处理器之间的数据可以通过有线传输的方式进行传输,也可以通过无线传输的方式进行传输,本领域技术人员可以根据实际情况选择合适的传输方式进行数据的传输。
另外,还需要说明的是,本申请中的采集设备200和处理器300可以集成在一个装置中,本申请的采集设备、成像装置以及处理器可以集成在一个装置中,比如集成在服务器、PC、PAD、手机等中。当然,也可以为分立的器件。
本申请中的处理器300中包含内核,由内核去存储器中调取相应的程序单元。内核可以设置一个或以上,通过调整内核参数来控制上述图像源的显示内容。
上述处理器用于运行程序,其中,上述程序运行时执行“根据上述操作控制上述图像源发出的图像光线所对应的显示内容”。
本申请的处理器可以为任何可以执行“根据上述操作控制上述图像源发出的图像光线所对应的显示内容”的设备,本领域技术人员可以根据实际情况选择合适结构的设备作为本申请的处理器。
需要说明的是,本申请中的成像装置及成像控制系统可以应用在任何合适的场景中,本领域技术人员可以根据实际情况将其应用在合适的场景中。
为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本申请的技术方案,以下将结合具体的实施方式来说明本申请的技术方案。具体的,成像控制系统包括成像装置100、采集设备200、以及处理器300,采集设备200为一个或多个红外传感器,该成像控制系统应用在教学场景中的情况中,图像源显示课件,老师在第二预设空间S2的课件实像上进行操作手势,如标记、审阅等,采集装置200采集操作手势以及操作手势在第二预设空间的位置,处理器300对操作手势进行分析,确定操作手势对应的标记以及标记在实像上的位置,并对应的信息发送至图像源10,图像源10发出老师的课件以及在课件上的审阅、批注,学生可以在第一区域I看到老师,以及课件内容、板书批注的虚像;同时,学生还可在第二区域II观看到老师,以及课件内容、板书批注的实像,并且课件内容、板书批注是根据老师的操作实时变化的。
当然,该成像控制系统还可以应用在其他的场景中,例如可以应用在旅游讲解场景中,讲解员在第二区域II的实像上进行操作手势,采集设备200采集操作手势以及操作手势在成像区域的位置,处理器300对操作手势进行分析,确定操作手势对应的标记以及标记在实像上的位置,并对应的信息发送至图像源,图像源发出观赏内容和标记,游客可以在第一区域I观看到讲解员,以及标记内容以及观赏内容的虚像。
还需要说明的是,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
本领域技术人员应明白,本申请的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此,本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且,本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请实施例提供的成像控制系统,采集设备采集操作者作用在第二预设空间的操作,处理器根据采集到的操作控制图像源发出的图像光线对应的显示内容,图像源发出对应于操作的显示内容的图像光线,通过采集操作者的操作,并将操作对应的内容显示在成像装置的实像和虚像上,这样观看者在第一区域I或者第二区域II就可以看到操作者操作对应的内容,实现对观看者的实时指导和/或评价等。并且,该成像控制系统的结构简单,只需要在成像装置的基础上增加采集设备和处理器即可,其结构简单,且交互效果较好。
以上所述仅是本申请的优选实施方式,应当指出:对于本技术领域的技术人员来说,在不脱离本申请原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。
Claims (26)
1.一种成像装置,其特征在于,包括:
图像源,所述图像源发出图像光线;
透反元件,所述透反元件允许光线反射且允许光线透射;
对向反射元件,所述对向反射元件将入射至其的光线沿入射方向的反方向出射;
所述图像源设置在第一区域,所述对向反射元件设置在第二区域,所述第一区域和所述第二区域分别为所述透反元件的两侧区域;
所述图像源发出的图像光线出射至所述透反元件,反射的图像光线出射至所述第一区域,在第一预设空间形成虚像;透射的图像光线出射至所述对向反射元件,沿入射方向的反方向出射,出射的图像光线经由所述透反元件反射至所述第二区域,在第二预设空间形成实像;
所述第一预设空间和所述第二预设空间重合,均位于所述第二区域。
2.根据权利要求1所述的成像装置,其特征在于,所述图像源、所述对向反射元件分别与所述透反元件成相同的预设角度。
3.根据权利要求1所述的成像装置,其特征在于,所述对向反射元件具有朝向所述透反元件弯曲的弧度。
4.根据权利要求1所述的成像装置,其特征在于,所述对向反射元件包括基材和分布在所述基材上的多个微结构。
5.根据权利要求4所述的成像装置,其特征在于,所述微结构包括分布在所述基材表面的实心透明材质的直角顶点微结构、实心透明材质的球形微结构或空心凹陷的直角顶点微结构中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的成像装置,其特征在于,所述成像装置还包括:第一相位延迟元件和偏振透反元件;
所述第一相位延迟元件设置于所述对向反射元件靠近所述偏振透反元件的一侧,用于改变经过其的光的相位;
所述偏振透反元件贴合设置在所述透反元件靠近所述图像源的一侧,所述偏振透反元件透射第一偏振态光线且反射第二偏振态光线。
7.根据权利要求1所述的成像装置,其特征在于,所述成像装置还包括:增透元件;
所述增透元件贴合设置于所述透反元件远离所述图像源的一侧,用于提高所述透射的图像光线在所述透反元件上的透射率。
8.根据权利要求1所述的成像装置,其特征在于,所述成像装置还包括:光线阻隔元件;
所述光线阻隔元件设置于所述图像源的出光面侧,用于阻隔预设角度的光线。
9.根据权利要求1所述的成像装置,其特征在于,所述图像源包括:至少一个光源模组、光扩散元件和图像生成层;所述光源模组出射光线,所述光扩散元件将所述光源模组发出的光线扩散,所述图像生成层将经过扩散后的光线转化为图像光线。
10.根据权利要求9所述的成像装置,其特征在于,所述光扩散元件包括多个,且相邻的所述光扩散元件之间间隔预设距离。
11.根据权利要求9所述的成像装置,其特征在于,所述光源模组包括:光源、偏振分束元件、反射元件和第二相位延迟元件;
所述光源发出光线,所述光线包括第一偏振态光线和第二偏振态光线;
所述偏振分束元件用于将入射到其的光线分束为所述第一偏振态光线和所述第二偏振态光线;
所述反射元件用于改变入射至所述反射元件的光线的传播方向以使其射向所述图像生成层;
所述第二相位延迟元件用于将分束后的所述第一偏振态光线在到达所述图像生成层之前转换为第二偏振态光线。
12.根据权利要求11所述的成像装置,其特征在于,所述光源模组还包括:导光元件,所述导光元件设置在所述光源与所述偏振分束元件之间,所述导光元件包括允许光线传输的通道和允许光线反射的内反射面,所述光源发出的光线经所述导光元件后出射至所述偏振分束元件。
13.根据权利要求12所述的成像装置,其特征在于,所述导光元件包括:带有出光面的实心透明部件;
所述光源设置在所述实心透明部件远离所述出光面的端部,所述光源发出的部分光线在所述实心透明部件的内反射面上发生全反射后转化为准直光线,经由所述出光面出射。
14.根据权利要求12所述的成像装置,其特征在于,所述导光元件包括:带有出光口和端部开口的中空壳体;
所述光源设置在所述中空壳体的端部开口,所述光源发出的部分光线在所述内反射面上反射后转化为准直光线,经由所述出光口出射。
15.根据权利要求13所述的成像装置,其特征在于,所述导光元件还包括:准直元件,所述准直元件将经过其的光线转化为准直光线。
16.根据权利要求15所述的成像装置,其特征在于,所述实心透明部件的端部设有空腔,所述光源设置在所述空腔内,所述空腔靠近所述出光面的一面设置所述准直元件。
17.根据权利要求15所述的成像装置,其特征在于,所述实心透明部件的端部设有空腔,所述光源设置在所述空腔内,且所述实心透明部件的出光面设有向所述端部延伸的开孔,所述开孔靠近所述端部的底面设置所述准直元件。
18.根据权利要求14所述的成像装置,其特征在于,所述导光元件还包括:准直元件,所述准直元件将经过其的光线转化为准直光线,所述准直元件设置在所述中空壳体内部。
19.根据权利要求1所述的成像装置,其特征在于,还包括:壳体,所述壳体包括位于所述第一区域的第一出光开口和位于所述第二区域的第二出光开口;所述图像源、所述透反元件及所述对向反射元件均布置在所述壳体内。
20.根据权利要求19所述的成像装置,其特征在于,所述成像装置还包括:第一介质设备;
所述第一介质设备为透光结构,布置在所述壳体的第二出光开口。
21.根据权利要求20所述的成像装置,其特征在于,所述成像装置还包括:第二介质设备;
所述第二介质设备为透光结构,布置在所述壳体的第一出光开口。
22.根据权利要求20所述的成像装置,其特征在于,所述第一介质设备与所述实像不完全重合。
23.一种成像控制系统,包括权利要求1-22任一项所述的成像装置,其特征在于,还包括:
采集设备,用于至少采集操作者作用在所述第二预设空间的操作;
处理器,用于根据所述操作控制所述图像源发出的图像光线所对应的显示内容。
24.根据权利要求23所述的成像控制系统,其特征在于,所述处理器包括:
确定单元,用于根据所述操作确定对应的内容以及所述内容在所述第二预设空间对应的位置;
处理单元,用于根据所述内容以及所述内容在第二预设空间对应的位置来对所述图像源发出的图像光线所对应的显示内容进行修改,以使得所述图像源发出对应于修改后的显示内容的图像光线。
25.根据权利要求23或24任一项所述的成像控制系统,其特征在于,所述采集设备包括摄像头、红外传感器和语音传感器中的至少一种。
26.根据权利要求23或24任一项所述的成像控制系统,其特征在于,所述操作包括手势、声音或触控中的至少一种。
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