CN210837087U - 成像装置和成像系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种成像装置和成像系统。该成像装置包括成像组件和介质设备，介质设备的透明度大于或者等于20％，介质设备所占的空间为预定空间，成像组件形成的实像的至与预定空间存在重叠部分，成像组件包括：像源；透反元件，位于像源的出光侧；对向反射元件，位于透反元件的出光侧，像源和对向反射元件分别位于透反元件的两侧。由于介质设备所占的空间为预定空间，所以该成像组件形成的实像呈现在介质设备上，当I区域的人在介质设备上进行标记等时，II区域的人可以看到虚像以及对应的标记等。因此，该成像装置还可以进行面对面教学等交互活动，相比现有技术来说，本申请的成像装置较为简单，只需要在成像组件的基础上增加一个介质设备。

Description

成像装置和成像系统

技术领域

本申请涉及成像领域，具体而言，涉及一种成像装置和成像系统。

背景技术

交互技术是虚拟现实系统的关键性技术之一，实现了人与计算机、现实世界与虚拟世界的交互。

现有技术中的交互领域中，实现交互的装置通常比较复杂，例如，采用数据手套跟踪实现的装置需要配置至少两个传感器，还需要配置光纤环等测量元件，对应的装置比较复杂。并且，现有技术中的交互装置无法做到同时具有较好的成像效果和较好的交互效果。

实用新型内容

本申请的主要目的在于提供一种成像装置和成像系统，以解决现有技术中的实现交互的装置较为复杂的问题。

为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种成像装置，包括成像组件和介质设备，所述介质设备的透明度大于或等于20％，所述介质设备所占的空间为预定空间，所述成像组件形成的实像与预定空间存在重叠部分，所述成像组件包括：像源；透反元件，位于所述像源的出光侧；对向反射元件，位于所述透反元件的出光侧，所述像源和所述对向反射元件分别位于所述透反元件的两侧。

进一步地，所述成像组件还包括：相位延迟元件，位于所述透反元件和所述对向反射元件之间，所述相位延迟元件用于改变经过的光的相位。

进一步地，所述成像组件还包括：至少一个增透元件，各所述增透元件位于所述透反元件的一侧或者位于所述相位延迟元件的远离所述对向反射元件的一侧。

进一步地，成像区域为所述成像组件形成的像所在的区域，所述成像组件还包括：偏振控制元件，位于所述透反元件远离所述像源的一侧。

进一步地，所述成像组件还包括：至少一个光线阻隔元件，各所述光线阻隔元件位于所述像源的出光侧或者位于所述透反元件的一侧，所述光线阻隔元件用于阻隔预定角度的光线。

进一步地，所述成像组件包括至少两个所述像源，各所述像源发出的光线最终形成的实像在同一位置。

进一步地，所述成像组件包括至少两个所述对向反射元件，经过各所述对向反射元件形成的实像在同一位置。

进一步地，所述相位延迟元件为1/4波片。

进一步地，所述介质设备为玻璃板或塑料板。

根据本申请的另一方面，提供了一种成像系统，包括所述成像装置，该成像装置为所述任一种的成像装置。

应用本申请的技术方案，所述的成像装置中，像源发出的光线，光线到达透反元件后发生透射，透射光线到达对向反射元件；光线在对向反射元件上经过一系列传播，沿与入射光线相反的路径出射，到达透反元件，反射后形成实像。当观察者在I区时，可以看到该成像装置的实像，当观察者在II区域时，可以看到该成像装置形成的虚像。这样前后两处的观众都可以看到展品的图像，实现360度展示。另外，该成像装置还包括介质设备，由于该介质设备所占的空间为预定空间，预定空间与实像存在重叠部分，所以该成像组件形成的实像会呈现在介质设备上，这样当I区域(即成像区域侧)的人在介质设备上进行标记等时，II区域(即成像区域相对于透反元件的对侧)的人可以同步看到与实像完全一致的虚像以及对应的标记等。因此，该成像装置不仅能够实现较好的成像效果，还可以进行面对面教学等交互活动，相比现有技术中的实现交互的装置来说，本申请的成像装置较为简单，只需要在成像组件的基础上增加一个介质设备。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1至图3示出了根据本申请的各种成像装置的实施例的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

11、像源；12、透反元件；13、对向反射元件；14、相位延迟元件；15、增透元件；1、介质设备；2、实像。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

应该理解的是，当元件(诸如层、膜、区域、或衬底)描述为在另一元件“上”时，该元件可直接在该另一元件上，或者也可存在中间元件。而且，在说明书以及权利要求书中，当描述有元件“连接”至另一元件时，该元件可“直接连接”至该另一元件，或者通过第三元件“连接”至该另一元件。

正如背景技术所介绍的，现有技术中的实现交互的装置较为复杂的问题，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种成像装置和成像系统。

本申请的第一种的实施方式中，提供了一种成像装置，如图1所示，该成像装置包括成像组件和介质设备1，上述介质设备1的透明度大于或者等于20％，上述介质设备1所占的空间为预定空间，上述成像组件形成的实像2与预定空间存在重叠部分，可以是部分重叠，也可以为全部重叠，即成像组件形成的实像2可能是全部位于预定空间的内部，也可能只是部分位于预定空间的内部，部分位于预定空间的外部，上述成像组件包括像源11、透反元件12和对向反射元件13，其中，透反元件12位于上述像源11的出光侧；对向反射元件13位于上述透反元件12的出光侧，如图1所示，该出光侧实际为上述透反元件12透射光的出光侧，并且，上述像源11和上述对向反射元件13分别位于上述透反元件12的两侧。

上述的成像装置中，像源发出的光线，光线到达透反元件后发生透射，透射光线到达对向反射元件；光线在对向反射元件上经过一系列传播，沿与入射光线相反的路径出射，到达透反元件，反射后形成实像2。当观察者在I区时，可以看到该成像装置的实像2，当观察者在II区域时，可以看到该成像装置形成的虚像。另外，该成像装置还包括介质设备1，由于该介质设备1所占的空间为预定空间，预定空间与实像2存在重叠部分，所以该成像组件形成的实像2会呈现在介质设备1上，这样当I区域(即成像区域侧)的人在介质设备1上进行标记等时，II区域(即成像区域相对于透反元件的对侧)的人可以同步看到与实像2完全一致的虚像以及对应的标记等。因此，该成像装置不仅能够实现较好的成像效果，还可以进行面对面教学等交互活动，相比现有技术中的实现交互的装置来说，本申请的成像装置较为简单，只需要在成像组件的基础上增加一个介质设备1。

本申请的第二种实施方式中，如图2所示，上述成像组件还包括相位延迟元件14，相位延迟元件14位于上述透反元件12和上述对向反射元件13之间，上述相位延迟元件14用于改变经过的光的相位。该相位延迟元件可以提高该成像组件的光效，使得该成像组件具有高光效的特点。以1/4波片为相位延迟元件为例说明该成像组件具有高光效的原理，具体地，像源发出的线性偏振光，第一次经过1/4波片后，相位改变，变为圆偏振光；随后在对向反射元件上反射后，再次经过1/4波片，相位再次改变，由圆偏振光变为线偏振光，且此线偏振光的偏振方向与初始光线的偏振方向垂直。

需要说明的是，本申请中的相位延迟元件的位置可以根据实际情况来设置，例如，其可以与透反元件以及对向反射元件具有一定的间隔，也可以直接设置在对向反射元件的表面上，即与对向反射元件的表面贴覆设置。

本申请的一种具体的实施例中，上述相位延迟元件接触设置在上述对向反射元件的反射表面上。这样可以减少相位延迟元件和对向反射元件的之间空气介质层的反射，提高了透过相位延迟元件的光线的数量，进一步提高光效，成像增亮。

具体的一种实施例中，如图2所示，像源11发出垂直线性偏振光，该垂直线性偏振光到达透反元件12后透射，经过相位延迟元件14，相位延迟元件14将入射的垂直线性偏振光改变为左旋或右旋圆偏振光，该圆偏振光到达对向反射元件13，光线在对向反射元件13上经过一系列反射，沿与入射光线相反的路径出射，再次经过相位延迟元件14，相位延迟元件14将圆偏振光变为水平线性偏振光，水平线性偏振光到达透反元件12，由透反元件12反射后形成实像2。

为了增加光线透过率，消除鬼影，本申请的第三种实施方式中，如图3所示，上述成像组件还包括至少一个增透元件15，各上述增透元件位于上述透反元件的一侧或者位于上述相位延迟元件的远离上述对向反射元件的一侧。图3中，增透元件15位于上述相位延迟元件14的远离上述对向反射元件13的一侧。

为了消除杂散光，本申请的一种实施例中，本申请的图中未示出的第四实施方式中，成像区域为上述成像组件形成的像所在的区域，上述成像组件还包括偏振控制元件，偏振控制元件位于上述透反元件远离像源的一侧。该偏振控制元件可以消除其他偏振方向的光，减少或者消除成像光线中的杂散光，使得该成像组件的成像更加清晰。

本申请的图中未示出的第五实施方式中，上述成像组件还包括至少一个光线阻隔元件，各上述光线阻隔元件位于上述像源的出光侧或者位于上述透反元件的一侧。上述光线阻隔元件用于阻隔预定角度的光线，其可以阻挡观察者从侧面方向上看到像源，这样观察者就只能观察到成像组件在空中的实像，起到防窥的作用。

具体地，以垂直于光线阻隔元件的法线为基线，法线左右各有一定的可视角度，左右两边偏离此可视角度之外的角度为不可视角度，即预定角度。如预定角度为60度，则可视角度为30度，即偏离法线左右两边30-90度之间的光线会被光线阻隔元件阻挡。本实用新型对光线阻隔元件的预定角度或可视角度不做限定，可以根据实际需求设置相应的角度。

本申请中的光线阻隔元件可以为现有技术中任何可以实现光线阻隔的元件，本领域技术人员可以根据实际情况选择合适的具有光线阻隔效果的结构作为光线阻隔元件，本申请的一种具体的实施例中，上述光线阻隔元件为防窥膜。

还需要说明的是，本申请中的光线阻隔元件位于透反元件的任意一侧均可以，即可以位于透反元件的靠经成像区域的一侧，也可以位于透反元件的远离成像区域的一侧，本领域技术人员可以根据实际情况选择将光线阻隔元件设置在合适的位置上。并且，本申请的光线阻隔元件的个数可以根据实际情况来确定，可以为一个，也可以为多个，当其为多个的情况下，不同的光线阻隔元件可以同时位于像源的出光侧，或者同时位于透反元件的同一侧，当然，也可以位于不同的位置上，例如，有的光线阻隔元件位于像源的出光侧，有的位于透反元件的远离成像区域的一侧，有的位于透反元件的靠近成像区域的一侧。该段中涉及的“成像区域”就是指成像组件形成的像所在的区域。

本申请的第六实施方式中，上述成像组件包括至少两个上述像源，各上述像源发出的光线最终形成的实像在同一位置。这样成像组件形成的实像在同一个位置，该实像更加清晰。

为了将像源发出的光线更多地反射，使得成像组件的光效更高，成像更加清晰，本申请的第七实施方式中，上述成像组件包括至少两个上述对向反射元件，经过各上述对向反射元件形成的实像在同一位置，即经过多个对向反射元件反射所成的多个像重合。

本申请的相位延迟元件可以为现有技术中任何具有改变经过光的相位的光学元件，本申请的第八实施方式中，上述相位延迟元件为1/4波片。这样水平线性偏振光两次经过1/4波片，会转变为垂直线性偏振光，垂直线性偏振光两次经过1/4波片，会转变为水平线性偏振光。

本申请的介质设备可以为任何的透明度大于20％的设备，为了进一步提高该成像装置的交互效果，本申请的一种实施例中，上述介质设备的透明度大于50％，更优选地，该透明度大于80％，这样能够进一步提高交互效果。

需要说明的是，本申请中的介质设备可以为任何满足透明度要求的材料形成的设备，本领域技术人员可以根据实际情况选择合适的材料形成对应的介质设备。本申请的第九实施方式中，上述介质设备为玻璃板或者塑料板，这样的介质设备的成本较低，且可以保证较好的交互效果。

需要说明的是，本申请中的像源可以为发出虚像或者实像的显示成像设备，也可以是由这些显像设备所形成的虚像或实像。且像源发出的光线可以为p偏振光(水平线性偏振光)或者s偏振光(垂直线性偏振光)，本领域技术人员可以根据实际的情况选择发出p偏振光或者s偏振光的像源。当像源发出的光为p偏振光时，该成像组件形成实像的光线一般为s偏振光，透反元件12可反射垂直线性偏振光且可透射水平线性偏振光；当像源发出的光为s偏振光时，该成像组件形成实像的光线一般为p偏振光。

更具体的，如图1，像源11发出垂直线性偏振光，透反元件可以反射水平线性偏振光且可以透射垂直线性偏振光。

为了使得成像组件形成的实像2更加清楚，本申请的一种实施例中，上述像源包括LCD。更为具体的一种实施例中，上述像源为包括LCD的三维立体显示设备。

当然，本申请的像源并不限于LCD，其可以为现有技术中任何的其他的显示成像设备，比如其可以为LED、OLED或等离子发光点等发光点光源组成的主动发光的点阵屏幕。

本申请中的对向反射元件可以为现有技术中的任何可行的可以将入射光按照相反的方向反射出去的光学元件，本领域技术人员可以根据实际情况选择任何可行的光学元件作为对向反射元件。

本申请中的一种图中未示出的实施例中，对向反射元件包括带反射面的基材以及分布在基材上的多个微结构，各上述微结构可为球形、椭球形、正三角锥或直角三角锥。

本申请中的透反元件为现有技术中的任何可以反射光且透射光的光学元件，一种具体的实施例中，上述透反元件为透反镜，透反镜可以是由各种合适的透明材料制成的，如PC树脂、PET树脂、PMMA树脂、玻璃、石英等。更为具体的一种实施例中，上述透反镜的透射率的范围为20％～80％，反射率的范围为20％～80％。

本申请的另一种典型的实施方式中，提供了一种成像系统，该成像装置包括成像装置，该成像装置为上述的任一种的成像装置。

该成像系统由于包括上述的成像装置，不仅具有良好的成像效果，还能实现教学、展示等各类交互活动。且其结构简单，易于安装。

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及技术效果，以下将结合具体的实施例来说明。

实施例

成像装置的结构示意图如图3所示，该成像装置由成像组件和介质设备1组成，其中介质设备1为玻璃板，该成像组件由像源11、透反元件12、对向反射元件13、相位延迟元件14和增透元件15形成。各个元件之间的位置关系参见图3所示。其中，像源包括LCD。

I区域的人在介质设备1上进行标记等，II区域的人可以看到虚像以及对应的标记等。该成像装置还可以进行面对面教学等交互活动。

从以上的描述中，可以看出，本申请上述的实施例实现了如下技术效果：

1)、本申请的成像装置中，像源发出的光线，光线到达透反元件后发生透射，透射光线到达对向反射元件；光线在对向反射元件上经过一系列传播，沿与入射光线相反的路径出射，到达透反元件，反射后形成实像。当观察者在I区时，可以看到该成像装置的实像，当观察者在II区域时，可以看到该成像装置形成的虚像。这样前后两处的观众都可以看到展品的图像，实现360度展示。另外，该成像装置还包括介质设备，由于该介质设备所占的空间为预定空间，预定空间与实像存在重叠部分，所以该成像组件形成的实像会呈现在介质设备上，这样当I区域(即成像区域侧)的人在介质设备上进行标记等时，II区域(即成像区域相对于透反元件的对侧)的人可以同步看到与实像完全一致的虚像以及对应的标记等。因此，该成像装置不仅能够实现较好的成像效果，还可以进行面对面教学等交互活动，相比现有技术中的实现交互的装置来说，本申请的成像装置较为简单，只需要在成像组件的基础上增加一个介质设备。

2)、本申请的成像系统由于包括上述的成像装置，不仅具有良好的成像效果，还能实现教学、展示等各类交互活动。且其结构简单，易于安装。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种成像装置，其特征在于，包括成像组件和介质设备，所述介质设备的透明度大于或者等于20％，所述介质设备所占的空间为预定空间，所述成像组件形成的实像与预定空间存在重叠部分，所述成像组件包括：

像源；

透反元件，位于所述像源的出光侧；

对向反射元件，位于所述透反元件的出光侧，所述像源和所述对向反射元件分别位于所述透反元件的两侧。

2.根据权利要求1所述的成像装置，其特征在于，所述成像组件还包括：

相位延迟元件，位于所述透反元件和所述对向反射元件之间，所述相位延迟元件用于改变经过的光的相位。

3.根据权利要求2所述的成像装置，其特征在于，所述成像组件还包括：

至少一个增透元件，各所述增透元件位于所述透反元件的一侧或者位于所述相位延迟元件的远离所述对向反射元件的一侧。

4.根据权利要求1所述的成像装置，其特征在于，成像区域为所述成像组件形成的像所在的区域，所述成像组件还包括：

偏振控制元件，位于所述透反元件远离所述像源的一侧。

5.根据权利要求1所述的成像装置，其特征在于，所述成像组件还包括：

至少一个光线阻隔元件，各所述光线阻隔元件位于所述像源的出光侧或者位于所述透反元件的一侧，所述光线阻隔元件用于阻隔预定角度的光线。

6.根据权利要求1所述的成像装置，其特征在于，所述成像组件包括至少两个所述像源，各所述像源发出的光线最终形成的实像在同一位置。

7.根据权利要求1所述的成像装置，其特征在于，所述成像组件包括至少两个所述对向反射元件，经过各所述对向反射元件形成的实像在同一位置。

8.根据权利要求2或3所述的成像装置，其特征在于，所述相位延迟元件为1/4波片。

9.根据权利要求1至7中任一项所述的成像装置，其特征在于，所述介质设备为玻璃板或塑料板。

10.一种成像系统，包括成像装置，其特征在于，所述成像装置为权利要求1至9中任一项所述的成像装置。

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