CN115268103A - 一种基于凹面镜成像原理的裸眼3d微型空中成像设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于凹面镜成像原理的裸眼3D微型空中成像设备，该设备由压电片、micro‑led 2D显示屏、圆点光栅、凹面镜、凹透镜和其他电子设备组成，其中所有光学设备的主光轴均处于同一直线上，压电片用于实现变焦功能，micro‑led 2D显示器用于显示微图像阵列，圆点光栅用于调制micro‑led 2D显示屏上像素发出的光线，重建出3D图像，凹面镜分别置于micro‑led2D显示屏的上方与下方，上方凹面镜直径远小于下方，并且其曲率远大于下方；上方凹面镜用于将3D图像调制成放大的虚像，下方凹面镜将各方向的虚像在空中汇聚成可直接用裸眼观测的3D图像，凹透镜用于发散还未汇聚成实像的光线以达到放大3D图像的目的。
Description
技术领域
本发明属于光学技术领域，具体涉及一种裸眼3D微型空中成像设备。
背景技术
3D显示技术主要分为眼镜式和裸眼式两大类。其中的裸眼式，亦即裸眼3D技术主要有两种实现思路，一种是进行光场重构的真3D，另一种是形成视差的伪3D。主流的技术实现手段是光屏障式、柱状透镜式以及方向性背光3D技术。
目前对于真3D显示设备而言，主要存在三大问题：其一是主流真3D显示设备所显示的3D场景只能出现在装置内部，无法呈现在空中，使人能够与之交互；其二是设备显示的视场角过小，只能在特定角度观看；其三是设备所呈现像的大小受平面显示器的尺寸限制。如果需要呈现更大的三维场景，则需要更大的设备尺寸。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种基于凹面镜成像原理的裸眼3D微型空中成像设备，该设备由压电片、micro-led 2D显示屏、圆点光栅、凹面镜、凹透镜和其他电子设备组成，其中所有光学设备的主光轴均处于同一直线上，压电片用于实现变焦功能，micro-led 2D显示器用于显示微图像阵列，圆点光栅用于调制micro-led2D显示屏上像素发出的光线，重建出3D图像，凹面镜分别置于micro-led2D显示屏的上方与下方，上方凹面镜直径远小于下方，并且其曲率远大于下方；上方凹面镜用于将3D图像调制成放大的虚像，下方凹面镜将各方向的虚像在空中汇聚成可直接用裸眼观测的3D图像，凹透镜用于发散还未汇聚成实像的光线以达到放大3D图像的目的。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：
一种基于凹面镜成像原理的裸眼3D微型空中成像设备，包括磁悬浮凹透镜、上盖板、上凹面镜、圆点光栅、2D显示屏、压电片、电子器件支撑板、下凹面镜、下盖板、控制单元、支撑架、磁悬浮装置和支撑柱；
所述上盖板为弧形壳体，顶部中间开孔；所述磁悬浮凹透镜悬浮在孔正上方；
所述下盖板为弧形壳体，上盖板和下盖板拼接为中空类球体；
所述电子器件支撑板设置在中空类球体内部；所述控制单元、磁悬浮装置安装在电子器件支撑板上；
所述上凹面镜、圆点光栅、2D显示屏、压电片、支撑柱和下凹面镜从上至下依次设置在中空类球体内部；
所述下凹面镜开口向上固定在下盖板上；所述支撑柱下端固定在下盖板上，上端与压电片固定连接；所述压电片与2D显示屏胶接；所述2D显示屏显示面向上放置；所述圆点光栅放置在2D显示屏上方并与2D显示屏镶嵌在支撑架内；所述上凹面镜通过支撑架固定在2D显示屏上方，所述支撑架下端固定在支撑柱上；上凹面镜开口向下；
所述圆点光栅与2D显示屏平行；
所述2D显示屏与上凹面镜的距离小于上凹面镜的焦距；
所述控制单元外接视频信号，将视频信号显示在2D显示屏上；控制单元控制压电片通电，改变压电片的厚度，从而改变2D显示屏和上凹面镜的距离；控制单元控制磁悬浮装置的启停，从而通过磁悬浮装置使磁悬浮凹透镜悬浮在上盖板上方；
所述磁悬浮凹透镜、上凹面镜、下凹面镜的主光轴以及圆点光栅、2D显示屏的中心点均处于同一条直线上；
所述上凹面镜直径小于下凹面镜，曲率大于下凹面镜；
由2D显示屏显示出平面图像，圆点光栅将平面图像调制成三维图像，然后经过上凹面镜的反射生成各个方向的虚像，最后由下凹面镜进行二次反射到磁悬浮凹透镜，通过磁悬浮凹透镜的发散以在空中形成放大、倒立的3D实像。
优选地，所述2D显示屏为micro-led 2D显示屏。
优选地，所述micro-led 2D显示屏有两片并列使用，分辨率为2*1920*1080，尺寸为0.4英寸。
优选地，所述圆点光栅线数为82。
优选地，所述磁悬浮凹透镜为液晶变焦透镜。
本发明的有益效果如下：
1.与以往裸眼3D显示设备相比，本发明设备能够实现微型化，具有便携、低能耗等优点。
2.与以往裸眼3D显示设备相比，本发明设备具有更大的视场角，并能够实现3D场景的尺寸调节。
3.与以往裸眼3D显示设备相比，本发明设备能够将3D场景投射至空中，便于人与3D场景之间的交互。
附图说明
图1为本发明成像设备结构图。
图2为本发明成像设备原理图。
图3为本发明成像设备光路图。
图4为本发明成像设备俯视渲染图。
图5为本发明成像设备侧视渲染图。
图中：1-磁悬浮凹透镜；2-上盖板；3-电子器件支撑板及控制单元；4-下凹面镜；5-下盖板；6-支撑柱；7-压电片；8-2D显示屏。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
本发明为解决现有裸眼3D成像系统无法实现空中成像、视场角过小和难以微型化的问题，提出一种基于凹面镜成像原理的裸眼3D微型空中成像设备。
如图1、图3和图4所示一种基于凹面镜成像原理的裸眼3D微型空中成像设备，包括磁悬浮凹透镜1、上盖板2、上凹面镜、圆点光栅、2D显示屏8、压电片7、电子器件支撑板3、下凹面镜4、下盖板5、控制单元、支撑架、磁悬浮装置和支撑柱6；
所述上盖板2为弧形壳体，顶部中间开孔；所述磁悬浮凹透镜1悬浮在孔正上方；
所述下盖板5为弧形壳体，上盖板2和下盖板5拼接为中空类球体；
所述电子器件支撑板3设置在中空类球体内部；所述控制单元、磁悬浮装置安装在电子器件支撑板3上；
所述上凹面镜、圆点光栅、2D显示屏8、压电片7、支撑柱6和下凹面镜4从上至下依次设置在中空类球体内部；
所述下凹面镜4开口向上固定在下盖板5上；所述支撑柱6下端固定在下盖板5上，上端与压电片7固定连接；所述压电片7与2D显示屏8胶接；所述2D显示屏8显示面向上放置；所述圆点光栅放置在2D显示屏8上方并与2D显示屏8镶嵌在支撑架内；所述上凹面镜通过支撑架固定在2D显示屏8上方，所述支撑架下端固定在支撑柱6上，上凹面镜开口向下；
所述圆点光栅与2D显示屏8平行；
所述2D显示屏8与上凹面镜的距离小于上凹面镜的焦距；
所述控制单元外接视频信号，将视频信号显示在2D显示屏8上；控制单元控制压电片7通电，改变压电片7的厚度，从而改变2D显示屏8和上凹面镜的距离；控制单元控制磁悬浮装置的启停，从而通过磁悬浮装置使磁悬浮凹透镜1悬浮在上盖板2上方；
所述磁悬浮凹透镜1、上凹面镜、下凹面镜4的主光轴以及圆点光栅、2D显示屏8的中心点均处于同一条直线上；
所述上凹面镜直径远小于下凹面镜4，并且其曲率远大于下凹面镜4；
由2D显示屏8显示出平面图像，圆点光栅将平面图像调制成三维图像，然后经过上凹面镜的反射生成各个方向的虚像，最后由下凹面镜4进行二次反射到磁悬浮凹透镜1，通过磁悬浮凹透镜1的发散以在空中形成放大、倒立的3D实像。
优选地，所述2D显示屏8为micro-led 2D显示屏。
优选地，所述micro-led 2D显示屏有两片并列使用，分辨率为2*1920*1080，尺寸为0.4英寸。
优选地，所述圆点光栅线数为82。
优选地，所述磁悬浮凹透镜1为液晶变焦透镜。
具体实施例：
本发明主要利用了凹面镜成像原理，上方凹面镜将全息光反射，得到各个方向上的虚像，这些不同方向上的虚像再经下方凹面镜反射，得到一束能够在空中成像的全息光，再经凹透镜的发散，最终得到于空中成像的可用裸眼直接观测的实像。所有的光学设备的主光轴均处于同一直线上。
压电片用于实现变焦功能。
micro-led 2D显示屏用于显示微图像阵列，2D显示屏是micro-led显示屏，以满足微型化条件。在其中一个实施例中，选用两片micro-led显示屏并列使用，分辨率为2*1920*1080，尺寸为0.4英寸。
圆点光栅置于所述显示屏正上方，并与显示屏平行，用于调制显示屏像素发出的光线，在上方一定距离处重建出3D图像。在一个实施例中，圆点光栅线数为82。
圆点光栅的调制光路为集成摄影术的逆光路，所以重建的3D图像为深度反转的图像。其深度反转的问题可采用uv贴图解决。在一个实施例中，unity中在相机贴图中建立一个着色器，并将着色器uv贴图的水平方向翻转，再将深度方向翻转，即可实现解决深度方向的翻转问题。
凹面镜用于将经过光栅后所呈现的3D图像在空中汇聚成可直接用裸眼观测的3D图像。如图3所示，经过光栅后所呈现的3D图像的部分入射光线经凹面镜镜组的反射以及凹透镜的发散，最终在空中呈现放大倒立的实像，观看者可直接用裸眼进行观看。上凹面镜直径远小于下凹面镜，并且其曲率远大于下凹面镜；
凹透镜用于发散还未汇聚成实像的光线以达到放大3D图像的目的。
本发明共提出三种变焦方式以调节调节空中实像尺寸，其一是采用压电片调节原像；其二是采用液晶变焦透镜；其三是采用磁悬浮凹透镜。
Claims (5)
1.一种基于凹面镜成像原理的裸眼3D微型空中成像设备，其特征在于，包括磁悬浮凹透镜、上盖板、上凹面镜、圆点光栅、2D显示屏、压电片、电子器件支撑板、下凹面镜、下盖板、控制单元、支撑架、磁悬浮装置和支撑柱；
所述上盖板为弧形壳体，顶部中间开孔；所述磁悬浮凹透镜悬浮在孔正上方；
所述下盖板为弧形壳体，上盖板和下盖板拼接为中空类球体；
所述电子器件支撑板设置在中空类球体内部；所述控制单元、磁悬浮装置安装在电子器件支撑板上；
所述上凹面镜、圆点光栅、2D显示屏、压电片、支撑柱和下凹面镜从上至下依次设置在中空类球体内部；
所述下凹面镜开口向上固定在下盖板上；所述支撑柱下端固定在下盖板上，上端与压电片固定连接；所述压电片与2D显示屏胶接；所述2D显示屏显示面向上放置；所述圆点光栅放置在2D显示屏上方并与2D显示屏镶嵌在支撑架内；所述上凹面镜通过支撑架固定在2D显示屏上方，所述支撑架下端固定在支撑柱上；上凹面镜开口向下；
所述圆点光栅与2D显示屏平行；
所述2D显示屏与上凹面镜的距离小于上凹面镜的焦距；
所述控制单元外接视频信号，将视频信号显示在2D显示屏上；控制单元控制压电片通电，改变压电片的厚度，从而改变2D显示屏和上凹面镜的距离；控制单元控制磁悬浮装置的启停，从而通过磁悬浮装置使磁悬浮凹透镜悬浮在上盖板上方；
所述磁悬浮凹透镜、上凹面镜、下凹面镜的主光轴以及圆点光栅、2D显示屏的中心点均处于同一条直线上；
所述上凹面镜直径小于下凹面镜，曲率大于下凹面镜；
由2D显示屏显示出平面图像，圆点光栅将平面图像调制成三维图像，然后经过上凹面镜的反射生成各个方向的虚像，最后由下凹面镜进行二次反射到磁悬浮凹透镜，通过磁悬浮凹透镜的发散以在空中形成放大、倒立的3D实像。
2.根据权利要求1所述的一种基于凹面镜成像原理的裸眼3D微型空中成像设备，其特征在于，所述2D显示屏为micro-led 2D显示屏。
3.根据权利要求2所述的一种基于凹面镜成像原理的裸眼3D微型空中成像设备，其特征在于，所述micro-led 2D显示屏有两片并列使用，分辨率为2*1920*1080，尺寸为0.4英寸。
4.根据权利要求1所述的一种基于凹面镜成像原理的裸眼3D微型空中成像设备，其特征在于，所述圆点光栅线数为82。
5.根据权利要求1所述的一种基于凹面镜成像原理的裸眼3D微型空中成像设备，其特征在于，所述磁悬浮凹透镜为液晶变焦透镜。
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN201508648U (zh) * | 2009-09-03 | 2010-06-16 | 上海电子艺术发展有限公司 | 悬浮成像演示装置 |
| CN110703459A (zh) * | 2019-11-07 | 2020-01-17 | 上海致菩汽车科技有限公司 | 一种浮空3d显示装置及其实现方法 |
| CN111240035A (zh) * | 2020-03-31 | 2020-06-05 | 吉林省广播电视研究所(吉林省广播电视局科技信息中心) | 透射变焦扫描裸眼三维显示方法 |
| CN111458898A (zh) * | 2020-03-31 | 2020-07-28 | 吉林省广播电视研究所(吉林省广播电视局科技信息中心) | 三维立体有机发光集成电路及成像方法 |
| US11092821B1 (en) * | 2016-07-09 | 2021-08-17 | Mary Gormley Waldron | Apparatus and method for projecting three-dimensional holographic images |
-
2022
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN201508648U (zh) * | 2009-09-03 | 2010-06-16 | 上海电子艺术发展有限公司 | 悬浮成像演示装置 |
| US11092821B1 (en) * | 2016-07-09 | 2021-08-17 | Mary Gormley Waldron | Apparatus and method for projecting three-dimensional holographic images |
| CN110703459A (zh) * | 2019-11-07 | 2020-01-17 | 上海致菩汽车科技有限公司 | 一种浮空3d显示装置及其实现方法 |
| CN111240035A (zh) * | 2020-03-31 | 2020-06-05 | 吉林省广播电视研究所(吉林省广播电视局科技信息中心) | 透射变焦扫描裸眼三维显示方法 |
| CN111458898A (zh) * | 2020-03-31 | 2020-07-28 | 吉林省广播电视研究所(吉林省广播电视局科技信息中心) | 三维立体有机发光集成电路及成像方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 邓欢;王琼华;: "基于集成成像的增强现实三维显示技术", 科技导报, no. 09, 13 May 2018 (2018-05-13) * |
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