CN211928322U - 一种空气成像机构、实像装置和交互系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种空气成像机构，包括：用于将光源所成的像放大成虚像的会聚透镜；空气成像平板透镜，和沿光线路径设置在会聚透镜后方，用于将所述虚像放大成实像的空气成像平板透镜。一种实像装置，包括光源和空气成像机构。一种交互系统，包括手势识别装置和空气成像机构或实像装置，在经过空气成像机构所成实像的旁边设有所述手势识别装置。本实用新型的优点是：有效的缩小了光源部分的尺寸，空气成像机构的可以对图像进行放大并得到实像，整个成像系统利于设备的小型化和便携性，与手势识别装置配合，可以实现人机非接触交互。

Description

一种空气成像机构、实像装置和交互系统

技术领域

本实用新型涉及一种空气成像机构、实像装置和交互系统。

背景技术

三维实像成像装置一般采用空气成像平板透镜在空气中成像，空气成像平板透镜一般采用长条形反射器或者二面角反射器，采用二面角反射器的方案利用两块透明基板之间压印周期性且斜45°排布地尺寸相等的二面角矩形反射器或长条形反射器，通过二次反射进行空气成像。

但是目前的空气成像装置放大率只有1，其光学系统不具备放大的功能，因此会导致体积过大而使应用领域受限，同时其成像系统不利于设备的小型化和便携性。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种空气成像机构、实像装置和交互系统，能够有效解决现有实像装置体积过大而使应用领域受限的问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的：一种空气成像机构，包括：

用于将光源所成的像放大成虚像的会聚透镜；

和沿光线路径设置在会聚透镜后方，用于将所述虚像放大成实像的空气成像平板透镜。

优选的，所述点光源振镜成像仪所成的像位于凸透镜的一倍焦距以内，在最短的距离内确保经过会聚透镜所成的为放大的虚像，有利于减小整个装置的尺寸。

优选的，空气成像平板透镜与会聚透镜中心之间的距离为x，则

其中D为会聚透镜的直径，L为平板透镜较短边的边长，F为会聚透镜的焦距，最佳的空气成像平板透镜与会聚透镜距离，可以获得放大的清晰的实像，空气成像平板透镜与会聚透镜的距离超过该距离后，会导致图像周边亮度不均匀。

一种实像装置，包括光源和上述的空气成像机构。

优选的，所述光源为点光源振镜成像仪，所述点光源振镜成像仪包括点光源、准直透镜和振镜组，所述点光源发出的光线经过准直透镜转为平行光，然后再由振镜组成像，所述振镜组所成的像位于会聚透镜的前方。通过振镜组的振动，点光源振镜成像仪有效的缩小了光源部分的尺寸，使点光源的光形成图像，有利于进一步缩小光源的尺寸，并且可以得到实像与空气成像机构配合，从而进一步缩小整个实像装置的尺寸。

优选的，所述振镜组为二维扫描振镜，可以将点光源发出的光线通过扫描成形成二维图像。

优选的，所述振镜组为多个二维扫描振镜，通过多个二维扫描振镜的组合形成三维图像。

优选的，所述点光源振镜成像仪还包括消色散透镜，所述消色散透镜位于振镜组和空气成像机构之间，消色散透镜可以使图像更加清晰，同时具有一定的图像放大效果。

一种交互系统，包括手势识别装置和上述的空气成像机构，在经过空气成像机构所成实像的旁边设有所述手势识别装置；或者，包括手势识别装置和上述的实像装置，在经过空气成像机构所成实像的旁边设有所述手势识别装置。

优选的，所述手势识别装置为摄像头、雷达扫描装置或者激光检测装置，较为准确的检测和识别手势动作，做出精确的动作判断。

与现有技术相比，本实用新型的优点是：光源发出光线通过会聚透镜后发散，形成放大的虚像，也就是图像一次放大，发散的光线再经过空气成像平板透镜后图像二次放大形成实像，利用会聚透镜和空气成像平板透镜的配合，使光线经过空气成像平板透镜后像也能放大，从而使得放大倍率进一步得到提升，并且所成的实像整体清晰度均匀，使得光源所成的像经过空气成像机构后得到进一步放大的实像，通过空气成像机构将较小的像放大成较大的实像，在空气中成像。

实像装置通过采用上述空气成像机构，使得整个空气成像的实像装置体积得以缩小，在较小的体积可以在空气中成较大的实像。

通过空气成像机构和/或实像装置实现了较小光源在尽量小的体积内形成放大实像的目的，整个成像系统利于设备的小型化和便携性，并且由于所成为实像，与手势识别装置配合，可以实现人机非接触交互系统，让观察者肢体和仪器进行非接触操作，相比市场上的触摸屏，更加清洁干净。

附图说明

图1为本实用新型一种实像装置的结构示意图；

图2为本实用新型一种交互系统的成像原理图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

实施例一：

参阅图1、图2所示，一种空气成像机构的实施例，空气成像机构，包括用于将光源所成的像放大成虚像的会聚透镜5，和沿光线路径设置在会聚透镜5后方，用于将所述虚像放大成实像的空气成像平板透镜6。所述会聚透镜5一般可以采用凸透镜或者凸透镜组，光源所成的像最好位于会聚透镜5的一倍焦距以内，光源可以是任意能成像的物体，比如显示器、手机或者成像仪，如果点光源振镜成像仪所成的像在会聚透镜一倍焦距以外，将会得到放大的实像，相对于像在一倍焦距以内整个装置的尺寸更大，经过会聚透镜的光线覆盖在空气成像平板透镜6上，最好是全部覆盖在空气成像平板透镜上，这样能将点光源振镜成像仪所成的像全部都转为放大的实像。本机构中所述的空气成像平板透镜可以使用现有的空气成像平板透镜结构。

空气成像机构不同于以往的空气成像平板透镜6，而是采用会聚透镜5和空气成像平板透镜6组合，当光源所成的像位于会聚透镜5的一倍焦距以内时，经过会聚透镜5成放大的虚像，发散的光线再经过空气成像平板透镜6后第二次放大，变为放大的实像7，利用会聚透镜5和空气成像平板透镜6的组合，实现了二次放大，放大倍率相较于单纯的会聚透镜5倍率更大，在获得同样放大倍率的情况下，上述空气成像机构可以做到所需长度更小，体积也更小。

为了尽量让经过会聚透镜5后的光线能全部有效的覆盖到空气成像平板透镜上，并且保持空气成像平板透镜所成的像有足够的亮度，空气成像平板透镜6与会聚透镜5的中心之间的距离为x，一般选择x满足以下要求：

其中D为会聚透镜5的直径，L为平板透镜较短边的边长，F为会聚透镜5的焦距，空气成像平板透镜6和会聚透镜5的距离保持在上述要求内，可以保持空气中成像的图像清晰完整。

实施例二：

如图1、图2所示，一种实像装置，包括光源和实施例一所述的空气成像机构。实像装置为可以在空气中进行成像的实像装置，光源可以为一些能形成图案的发光体，比如显示屏、投影仪或者振镜成像仪等。

所述光源为点光源振镜成像仪，所述点光源振镜成像仪包括点光源1、准直透镜2和振镜组3，由点光源1发射的光线，经过准直透镜2后转为平行光，振镜组3采用二维扫描振镜，根据预先的设定平行光通过振镜组3形成图像，采用单个的二维扫描振镜所成的像为二维的平面图像，也可以采用多个二维扫描振镜组合，形成三维图像，这样经过空气成像机构的放大得到的实像也会是三维图像。

点光源振镜成像仪由于不同波长的光的焦距不同，不同波长的光不能重合会导致图像模糊，因此为了提高图像的清晰度，在振镜组3和空气成像机构之间还加有消色散透镜4，通过消色散透镜4的消色散让图像更清晰，消色散透镜4可以是一片镜片，也可以是多片镜片组成。

点光源振镜成像仪可以将点光源1振镜形成一个实像，从而实像较小的光源成像，在光源部分的体积上得以缩小，然后在利用空气成像机构在空气中得到放大的实像。

实施例三：

如图2所示，一种交互系统，包括手势识别装置8和实施例一中的空气成像机构，在经过空气成像机构所成实像的旁边设有所述手势识别装置；或者，包括手势识别装置和实施例二中的实像装置，在经过空气成像机构所成实像的旁边设有所述手势识别装置。一般来说手势识别装置8可以为摄像头、雷达扫描装置或者激光检测器中的一种，通过对触及实像的人的肢体的动作与实像上位置的结合，来识别人的意图，从而在人体不触碰到实物的情况下下达指令，减少了人体接触实物的可能，相对于传统触摸屏更加干净卫生。

如图2所示，成像原理为，点光源1发出光线，经过准直透镜2变为平行光，照射到二维扫描振镜上，二维扫描振镜根据需要显示的图像编译在二维范围内振动，使照射在其上的光线形成图像，再经过消色散透镜4对不同波长的光进行调整，得到清晰的实像，该实像将位于会聚透镜5的一倍焦距以内，经过会聚透镜5后光线发散，成放大的虚像，也就是图像经过一次放大，经过会聚透镜5的光线进入空气成像平板透镜6内，经过空气成像平板透镜6后将形成放大后的实像，图像进行二次放大，在空中呈现清晰放大的实像；当人手触碰到实像上时，由手势识别装置8识别人手与图像上对应的位置和人手的动作，判断用户需要进行的操作，会聚透镜5可以是一片镜片，也可以是多片镜片组成的镜片组。相对于以往的空气成像系统，只能将显示的画面进行1：1的在空气中成像，本装置可以将点光源振镜成像仪所成的较小的像，经过空气成像机构后变为较大的实像，并且配合手势识别装置8，实现人机互动。

以上所述仅为本实用新型的具体实施例，但本实用新型的技术特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本实用新型的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本实用新型的专利范围之中。

Claims (10)

1.一种空气成像机构，其特征在于：包括：

用于将光源所成的像放大成虚像的会聚透镜；

和沿光线路径设置在会聚透镜后方，用于将所述虚像放大成实像的空气成像平板透镜。

2.如权利要求1所述的空气成像机构，其特征在于：所述光源所成的像位于凸透镜的一倍焦距以内。

3.如权利要求1所述的空气成像机构，其特征在于：空气成像平板透镜与会聚透镜中心之间的距离为x，则

其中D为会聚透镜的直径，L为平板透镜较短边的边长，F为会聚透镜的焦距。

4.一种实像装置，包括光源，其特征在于：还包括权利要求1至3中任一项所述的空气成像机构。

5.如权利要求4所述的一种实像装置，其特征在于：所述光源为点光源振镜成像仪，所述点光源振镜成像仪包括点光源、准直透镜和振镜组，所述点光源发出的光线经过准直透镜转为平行光，然后再由振镜组成像，所述振镜组所成的像位于会聚透镜的前方。

6.如权利要求5所述的实像装置，其特征在于：所述振镜组为单个二维扫描振镜。

7.如权利要求5所述的实像装置，其特征在于：所述振镜组为多个二维扫描振镜。

8.如权利要求5至7中任一项所述的实像装置，其特征在于：所述点光源振镜成像仪还包括消色散透镜，所述消色散透镜位于振镜组和空气成像机构之间。

9.一种交互系统，其特征在于：包括手势识别装置和权利要求1至3中任一项所述的空气成像机构，在经过空气成像机构所成实像的旁边设有所述手势识别装置；或者，包括手势识别装置和权利要求4至8中任一项所述的实像装置，在经过空气成像机构所成实像的旁边设有所述手势识别装置。

10.如权利要求9所述的交互系统，其特征在于：所述手势识别装置为摄像头、雷达扫描装置或者激光检测装置。

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