CN213204346U - 马桶 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种马桶，马桶包括：桶座；水箱，所述水箱设在所述桶座上，且所述水箱位于所述桶座的后端；桶盖，所述桶盖设在所述桶座上；无接触光学显示控制器，所述无接触光学显示控制器设在所述水箱或所述桶盖上，所述无接触光学显示控制器包括：等效负折射率光学元件、显示器和光学传感器，所述等效负折射率光学元件的一侧设置有所述显示器，所述等效负折射率光学元件的另一侧形成有与所述显示器相对的浮空实像，所述光学传感器用于检测用户对所述浮空实像的操作，所述光学传感器用于将检测到的操作信号反馈至控制器主机。根据本实用新型的马桶，可以实现人与马桶的人机交互，而且无接触更卫生。

Description

马桶

技术领域

本实用新型涉及马桶技术领域，尤其是涉及一种马桶。

背景技术

随着人们生活水平的改善，用户对马桶的多功能和智能化方便的需求也日益增加。相关技术中，马桶的功能较为单一，用户的体验感受较差。

实用新型内容

本实用新型提出了一种马桶，所述马桶具有功能多样的优点，可以提升用户的使用体验，实现人与马桶的人机交互，而且无接触更卫生。

根据本实用新型实施例的马桶，包括：桶座；水箱，所述水箱设在所述桶座上，且所述水箱位于所述桶座的后端；桶盖，所述桶盖设在所述桶座上；无接触光学显示控制器，所述无接触光学显示控制器设在所述水箱或所述桶盖上，所述无接触光学显示控制器包括：等效负折射率光学元件、显示器和光学传感器，所述等效负折射率光学元件的一侧设置有所述显示器，所述等效负折射率光学元件的另一侧形成有与所述显示器相对的浮空实像，所述光学传感器用于检测用户对所述浮空实像的操作，所述光学传感器用于将检测到的操作信号反馈至控制器主机。

根据本实用新型实施例的马桶，无接触光学显示控制器将显示器中呈现的图像在等效负折射率光学元件的另一面相同位置重新汇聚成实像，且像的位置在空中，此成像方式可通过系统集成实现空中人机交互操作，由此可以实现人与马桶的人机交互，而且无接触更卫生。

根据本实用新型的一些实施例，所述无接触光学显示控制器设在所述水箱的顶部。

根据本实用新型的一些实施例，所述水箱的顶部具有第一安装槽，所述第一安装槽内侧壁上具有卡孔，所述无接触光学显示控制器的侧壁上具有与所述卡孔配合的卡勾。

根据本实用新型的一些实施例，所述桶盖的一侧具有支撑臂，所述支撑臂具有第二安装槽，所述无接触光学显示控制器设在所述第二安装槽内。

根据本实用新型的一些实施例，所述马桶还包括：压电传感器组件，所述压电传感器组件设在所述桶盖的下表面上，所述压电传感器组件适于与所述桶座接触；控制组件，所述压电传感器组件与所述控制组件连接，以将检测到的信号传送到所述控制组件上，所述控制组件与所述无接触光学显示控制器电连接。

根据本实用新型的一些实施例，所述桶盖的下表面设有多个间隔开的支撑脚，所述压电传感器组件为至少一个，所述压电传感器组件设在所述支撑脚上。

根据本实用新型的一些实施例，所述等效负折射率光学元件包括：多个反射单元层叠构成的第一光波导阵列和第二光波导阵列，所述第一光波导阵列和所述第二光波导阵列在同一平面紧密贴合且正交布置。

根据本实用新型的一些实施例，所述反射单元的横截面为矩形，且沿所述反射单元的层叠方向的同一侧或两侧面设置有反射膜。

根据本实用新型的一些实施例，所述反射单元横截面宽和长分别为a和b，且满足：0.2mm＜a＜5mm，0.2mm＜b＜5mm。

根据本实用新型的一些实施例，所述第一光波导阵列或所述第二光波导阵列由45°斜向布置的多个平行排列的反射单元组成。

根据本实用新型的一些实施例，所述第一光波导阵列和第二光波导阵列相互对应部分的波导方向相互垂直，且所述第一光波导阵列和所述第二光波导阵列之间正交布置。

根据本实用新型的一些实施例，所述等效负折射率光学元件还包括两个透明基板，所述第一光波导阵列和所述第二光波导阵列设置于两个所述透明基板之间。

根据本实用新型的一些实施例，所述等效负折射率光学元件还包括增透部件和视角控制部件，所述增透部件和所述视角控制部件设置在所述第一光波导阵列和所述第二光波导阵列之间；或所述增透部件和所述视角控制部件设置在所述透明基板和所述第一光波导阵列之间；或所述增透部件和所述视角控制部件设置在所述透明基板和所述第二光波导阵列之间。

根据本实用新型的一些实施例，所述第一光波导阵列和所述第二光波导阵列之间，所述第一光波导阵列与相邻的所述透明基板之间，以及所述第二光波导阵列和相邻的所述透明基板之间均设置有光敏胶。

根据本实用新型的一些实施例，所述无接触光学显示控制器还包括：全反射镜，所述全反射镜设置于所述等效负折射率光学元件的一侧且与所述显示器同侧设置，以将所述显示器的发出的光线反射给所述等效负折射率光学元件。

根据本实用新型的一些实施例，所述等效负折射率光学元件包括：逆反射器和分束器，所述逆反射器和所述显示器位于所述分束器的同一侧且所述分束器将所述显示器的光线反射给所述逆反射器，所述分束器透射所述逆反射器的光。

根据本实用新型的一些实施例，所述逆反射器的表面设置有1/4波片。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

图1是根据本实用新型实施例的马桶的结构示意图；

图2是根据本实用新型实施例的无接触光学显示控制器的控制系统框图；

图3是根据本实用新型中第一实施例的无接触光学显示控制器的结构示意图；

图4是根据本实用新型中第一实施例的无接触光学显示控制器的人机交互结构示意图；

图5是根据本实用新型实施例的平板透镜的结构示意图；

图6是根据本实用新型实施例的第一光波导阵列和第二光波导阵列的示意图；

图7是根据本实用新型实施例的平板透镜沿厚度方向的正面结构示意图；

图8是根据本实用新型实施例的第一光波导阵列和第二光波导阵列的局部结构示意图；

图9是根据本实用新型实施例的平板透镜的光路示意图；

图10是根据本实用新型实施例的平板透镜的内部光路原理图；

图11是根据本实用新型实施例的平板透镜的成像示意图；

图12是根据本实用新型中第二实施例的增加全反射镜的无接触光学显示控制器的结构示意图；

图13是根据本实用新型中第三实施例的无接触光学显示控制器的结构示意图。

附图标记：

马桶1000，

无接触光学显示控制器100，

平板透镜1，显示器2，光学传感器3，浮空实像4，控制器主机5，

第一光波导阵列6，第二光波导阵列7，透明基板8，

反射单元9，反射膜10，光敏胶11，

全反射镜12，虚像13，逆反射器14，分束器15，1/4波片16，

桶座200，水箱300，桶盖400，压电传感器组件500，控制组件600。

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，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。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。

下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本实用新型的不同结构。为了简化本实用新型的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本实用新型。此外，本实用新型可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本实用新型提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。

【第一实施例】

下面参考附图描述根据本实用新型实施例的马桶1000。

如图1所示，根据本实用新型实施例的马桶1000，包括：桶座200、水箱300、桶盖400和无接触光学显示控制器100，当然马桶1000还可以包括其他部件，例如，压电传感器组件500和控制组件600。

水箱300设在桶座200上，且水箱300位于桶座200的后端，桶盖400设在桶座200上。例如，在本实用新型的一个示例中，桶盖400可转动的设在桶座200上，水箱300设在桶座200的后侧，且水箱300和桶座200为一体成型件。

无接触光学显示控制器100设在水箱300或桶盖400上，且无接触光学显示控制器100位于桶座200的一侧，图2是马桶1000的控制系统框图。无接触光学显示控制器100通过控制器主机5与控制组件600连接，无接触光学显示控制器100中可以设有控制器主机5、光学传感器3和显示器2。同时还包括这些装置的驱动电路和相关输入输出接口，图中省略示出。

压电传感器组件500设在桶盖400的下表面上，压电传感器组件500适于与桶座200接触。当压电传感器组件500与桶座200接触时，且当用户坐在桶盖400上时，压电传感器组件500受力并产生信号。当用户心脏跳动时，压电传感器组件500受力产生变换，因此压电传感器组件500产生的信号发生变化。

压电传感器组件500与控制组件600连接以将检测到的信号传送到控制组件600上，控制组件600根据接收到的信号获取心电信息、心率信息和血压信息，控制组件600与无接触光学显示控制器100电连接。控制组件600接收压电传感器组件500传递的信号，并进行一系列的分析和运算，可以得出心电信息、心率信息和血压信息。

光学传感器3周期性检测用户的交互操作，包括点击、滑动等，并将交互信息传递至控制器主机5，控制器主机5根据内部指令集，判断用户的具体操作内容，如查看身体信息、模式设置等，同时将相关控制按钮和设置等UI操作界面传输至显示器2中进行图像显示。由此，提升了马桶1000功能的多样性，可以轻松、直接地获取用户如厕期间的心电状况、心率状况和血压状况，并通过无接触光学显示控制器100直观的呈现给用户。

另外，控制器主机5可以直接与显示器2集成在一起或置于无接触光学显示控制器100外部均可。控制指令内容也可以传递至外部装置(未示出)，用以处理或控制外部装置，如控制冲水或座圈加热等。

如图3和图4所示，无接触光学显示控制器100还包括：等效负折射率光学元件，等效负折射率光学元件可以包括平板透镜1，平板透镜1可以包括由多个反射单元层叠构成的第一光波导阵列6和第二光波导阵列7，第一光波导阵列6和第二光波导阵列7阵列在同一平面紧密贴合且正交布置，在平板透镜1一侧放置显示器2，平板透镜1的另一侧形成有与显示器2相对的浮空实像4；光学传感器3用于检测用户对浮空实像4的操作，光学传感器3用于将检测到的操作信号反馈至控制器主机5。

具体地，无接触光学显示控制器100可以将马桶1000实现一些功能的虚拟按钮呈现在浮空实像4上，用户可以通过浮空的虚拟按键对马桶1000进行控制。由此可以降低操控马桶1000的难度，同时减少了烫伤或意外触电等风险，安全性更高。

如图5和图6所示，平板透镜1包括两个透明基板8，以及置于两个透明基板8之间的第一光波导阵列6和第二光波导阵列7，其中，第一光波导阵列6和第二光波导阵列7的厚度相同。具体地，如图5所示，平板透镜1从显示器2一侧到浮空实像4一侧依次包括第一透明基板8、第一光波导阵列6、第二光波导阵列7和第二玻璃基板8。第一透明基板8和第二透明基板8均具有两个光学面，透明基板8在约390nm至约760nm的波长具有约90％至约100％的透射率，透明基板8材料包括玻璃、塑料、聚合物和丙烯酸树脂中的至少一个，用于保护光波导阵列，以及滤去多余光线。需要说明的是，如果第一光波导阵列6和第二光波导阵列7紧密正交贴合后的强度足够，或安装的环境有厚度限制，则也可以只配置一个透明基板8或完全不配置透明基板8。

第一光波导阵列6和第二光波导阵列7由多个横截面为矩形的反射单元9组成，各反射单元9的长度由光波导阵列外围尺寸限制从而长短不一。如图6所示，第一光波导阵列6中反射单元9的延伸方向为X，第二光波导阵列7的反射单元9的延伸方向为Y，Z方向为光波导阵列的厚度方向。第一光波导阵列6和第二光波导阵列7中反射单元9的延伸方向(波导方向)相互垂直，即从Z方向(厚度方向)看，第一光波导阵列6和第二光波导阵列7之间正交布置，从而使正交两个方向光束会聚于一点，且保证物像面相对于等效负折射率平板透镜对称，产生等效负折射率现象，实现空中成像。

如图7所示，第一光波导阵列6或第二光波导阵列7由以用户视角偏转45°斜向布置的多个平行排布的反射单元9组成。具体地，第一光波导阵列6可由呈左下方向45°并排且横截面为矩形的反射单元9组成,第二光波导阵列7可由呈右下方向45°并排且横截面为矩形的反射单元9组成，两组光波导阵列中反射单元9的排列方向可以互换。光波导材料具有光学折射率n1，n1>1.4。

各反射单元9与其相邻的反射单元9之间存在两个交接面，如图8所示，各交接面之间由光敏胶11或热固胶接合，胶厚度为T1，T1>0.001mm。平板透镜1中相邻的第一光波导阵列6和第二光波导阵列7之间，第一光波导阵列6和透明基板8之间，以及第二光波导阵列7与透明基板8之间均设置有光敏胶11。

反射单元9的横截面为矩形，且沿反射单元9的层叠方向的同一侧或两侧面设置有反射膜10。具体地，在光波导排布方向上，各反射单元9两侧均镀有反射膜10，该反射膜10反射膜的材料可以为实现全反射的铝、银等金属材料或其他非金属化合物材料。反射膜10的作用是，防止光线因没有全反射而进入相邻光波导中形成杂光影响成像。也可以在反射膜10上添加介质膜，介质膜的作用是提高光反射率。

单个反射单元9的横截面宽a和横截面长b，满足0.1mm<a<5mm，0.1mm<b<5mm。在大屏幕显示时可以通过拼接多块光波导阵列来实现大尺寸需求。光波导阵列的整体形状根据应用场景需要设置，本实施例中，两组光波导阵列整体呈矩形结构，两对角的反射单元9为三角形，中间的反射单元9为梯形结构，单个反射单元9的长度不等，位于矩形对角线的反射单元9长度最长，两端的反射单元9长度最短。

此外，平板透镜1还包括增透部件和视角控制部件(未图示)，增透部件可以提高平板透镜1的整体透过率，提高浮空实像4的清晰度和明亮度，视角控制部件可以用于消除浮空实像4的残像，降低图案的眩晕感，同时防止观察者从其他角度窥视到无接触光学显示控制器100内部，提升装置整体的美观度。增透部件和视角控制部件可以组合也可以分别独立设置在透明基板8与波导阵列的之间、两层波导阵列之间或透明基板8的外层。即，增透部件和视角控制部件设置在第一光波导阵列6和第二光波导阵列7之间；或增透部件和视角控制部件设置在透明基板8和第一光波导阵列6之间；或增透部件和视角控制部件设置在透明基板8和第二光波导阵列7之间。

具体地，如图9-图11所示，本实用新型平板透镜的成像原理如下：

在微米结构上，使用相互正交的双层波导阵列结构，对任意光信号进行正交分解，原始信号被分解为信号X和信号Y两路相互正交信号，信号X在第一光波导阵列6，按照与入射角相同的反射角在反射膜10表面进行全反射，此时信号Y保持平行第一光波导阵列6，穿过第一光波导阵列6后，在第二光波导阵列7表面按照与入射角相同的反射角在反射膜10表面进行全反射，反射后的信号Y与信号X组成的反射后的光信号便与原始光信号成镜面对称。因此任意方向的光线经过此平板透镜1均可实现镜面对称，任意光源的发散光经过此平板透镜1便会在对称位置重新汇聚成浮空实像4，浮空实像4的成像距离与平板透镜1到像源(显示器2)距离相同，为等距离成像，且浮空实像4的位置在空中，不需要具体载体，直接把实像成现在空气中。因此，使用者所看到的空间中的影像即是实际存在的物体所散发出的光。

如图10所示，显示器2光源在经过无接触光学显示控制器100内部的平板透镜1后，在平板透镜1上发生上述过程，具体地，光线在第一光波导阵列6上的入射角为α1、α2和α3，光线在第一光波导阵列6上的反射角为β1、β2和β3，其中α1＝β1，α2＝β2，α3＝β3，经过第一光波导阵列6反射后，在第二光波导阵列7上的入射角为γ1、γ2和γ3，在第二光波导阵列7上的反射角δ1、δ2和δ3，其中，γ1＝δ1，γ2＝δ2，γ3＝δ3。

汇聚成像后的入射角分别为α1，α2，α3…αn，像与平板透镜1的距离L，则成像在平板透镜1与原始光源(显示器2)的等间距L处，可视角ε为2倍max(α)，所以如果光波导阵列的尺寸较小，仅在距离正面的一定距离才可看到影像；如果光波导阵列的尺寸变大，即可实现更大的成像距离，从而增大视野率。

优选地，平板透镜1与显示器2的夹角设置为为45°±5°的范围，可以更充分的利用平板透镜1的尺寸，同时获得比较好的成像质量和较小的残像影响。但如果对成像位置有其他需求，则也可以在牺牲部分成像质量的情况下选择其他角度。同样优选地，平板透镜1的大小设置为用户能够一眼看清整个显示器2所呈现的浮空实像4的画面，但如果实际使用时仅需要看到显示器2的部分内容，则平板透镜1的尺寸也可以根据实际显示画面自由调整大小和位置。

另外，以上主要表述了使用第一光波导阵列6和第二光波导阵列7的双层结构的平板透镜1的成像原理，如果将四周面均设有反射膜的多个立方柱状反射单元9在一层光波导阵列结构中沿X和Y方向均阵列排布，即将两层光波导阵列合并成一层，其成像原理也是一样的。同样也可以作为无接触光学显示控制器100的平板透镜1的结构。

根据本实用新型实施例的马桶1000，压电传感器组件500可以将检测到的用户信息传递至控制组件600，控制组件600经过分析和运算可以得出用户心电信息、心率信息和血压信息，使得马桶1000具有心电检测、心率检测或血压检测的功能，从而提升了马桶1000功能的多样性。此外，无接触光学显示控制器100将显示器2中呈现的图像光线经由平板透镜内第一、第二光波导阵列，产生偶次反射，使分散的光线经过此特殊结构平板透镜在另一面相同位置重新汇聚成实像，且像的位置在空中，例如：控制组件600可以将其获取的检测结果以及交互按钮呈现在浮空实像4上，此成像方式可通过系统集成实现空中人机交互操作，由此可以实现人与马桶1000的人机交互，而且无接触、更卫生。

根据本实用新型的一些实施例，无接触光学显示控制器100设在水箱300的顶部。由此，可以避免无接触光学显示控制器100与马桶1000的其他部件发生干涉，从而可以提升无接触光学显示控制器100工作的安全性和可靠性。此外，将无接触光学显示控制器100设置在水箱300的顶部，还可以降低无接触光学显示控制器100的安装难度。

在本实用新型的一些实施例中，水箱300的顶部具有第一安装槽，第一安装槽内侧壁上具有卡孔，无接触光学显示控制器100的侧壁上具有与卡孔配合的卡勾。卡勾和卡孔具有结构简单、易于装配的优点，通过卡勾和卡孔的配合可以实现无接触光学显示控制器100与水箱300的紧密连接。此外，在保证无接触光学显示控制器100与水箱300连接强度的同时还可以降低成本。

根据本实用新型的一些实施例，桶盖400的一侧具有支撑臂，支撑臂具有第二安装槽，无接触光学显示控制器100设在第二安装槽内。可以理解的是，无接触光学显示控制器100设置在桶盖400一侧的支撑臂上，便于用户观察无接触光学显示控制器100呈现处的图像，从而可以提升实用性。再者，通过将无接触光学显示控制器100设置在第二安装槽内，使得无接触光学显示控制器100不再凸出与支撑臂的表面，视觉上更为美观。

根据本实用新型的一些实施例，桶盖400的下表面设有多个间隔开的支撑脚，压电传感器组件500为至少一个，压电传感器组件500设在支撑脚上。由此便于压电传感器组件500的设置，且可以保证压电传感器组件500与桶座200接触，避免由于支撑脚的存在而使得压电传感器组件500与桶座200出现接触不良的现象。

根据本实用新型的一些实施例，显示器2的成像模式可以包括RGB(红色、绿色、蓝色)光线二极管(LED)、LCOS(液晶附硅)器件、OLED(有机光线二极管)阵列、投影、激光、激光二极管或任何其他合适的显示器或立体显示器。显示器2可以提供清晰、明亮且高对比度的动态图像光源，显示器2的亮度不低于500cd/m²，可以降低光路传播中由亮度损失造成的影响。

此外，根据本实用新型的一些实施例，对显示器2的显示图像表面进行可视角控制处理，可以减轻浮空实像4的残影，提高画面质量，也可以防止他人窥视，从而广泛应用到需要隐私信息保护的输入装置。

根据本实用新型的一些实施例，光学传感器3为远近红外传感器、超声波传感器、激光干涉传感器、光栅传感器、编码器、光纤式传感器或CCD传感器。也就是说，光学传感器3的感应形式包括但不限于远近红外、超声波、激光干涉、光栅、编码器、光纤式或CCD(电荷耦合器件)等。光学传感器3的感应区域与浮空实像4位于同一平面且包含浮空实像所处三维空间，可以根据安装空间、观看角度和使用环境选择最佳的感应形式，方便用户以最佳的姿态对浮空实像4进行操作，提高用户操作的灵敏度和便捷性。

根据本实用新型的一些实施例，控制器主机5与光学传感器3采用有线或无线方式连接，传输数字或模拟信号，从而可以灵活控制无接触光学显示控制器100的体积，而且可以增强无接触光学显示控制器100的电气稳定性。

根据本实用新型的一些实施例，第一光波导阵列6与第二光波导阵列7的厚度相同。由此，可以简化第一光波导阵列6与第二光波导阵列7结构的复杂度，降低第一光波导阵列6与第二光波导阵列7的制造难度，提升第一光波导阵列6与第二光波导阵列7的生产效率，减少第一光波导阵列6与第二光波导阵列7的生产成本。注意，此处的厚度相同包括一个相对的范围，并非是绝对相同，即以提高生产效率为目的，如果不影响空中成像质量，光波导阵列之间的厚度差是可以接受的。

【第二实施例】

下面参考附图12描述本实用新型第二实施例的马桶1000。除无接触光学显示控制器100的结构有所不同外，其余配置与第一实施例相同，因此将省略对相同配置加上相同符号的重复描述。

该无接触光学显示控制器100结构的特征在于，在平板透镜1的显示器2所在一侧增加了一个全反射镜12。显示器2发出的光，先经过全反射镜12反射，然后进入平板透镜1中，最终在平板透镜1的另一侧汇聚，从而形成浮空实像4。光学传感器3和控制器主机5的功能和结构与第一实施例相同。

可以看出，此实施例中，显示器2的光经过全反射镜12的反射后，等效的在全反射镜12的另一侧形成一个与显示器2等大且相对于全反射镜12呈面对称的虚像13，而浮空实像4实际上与虚像13相对于平板透镜1呈镜面对称。优选地，平板透镜1与虚像13的夹角设置为为45°±5°的范围，可以更充分的利用平板透镜1的尺寸，同时获得比较好的成像质量和较小的残像影响。但如果对成像位置有其他需求，则也可以在牺牲部分成像质量的情况下选择其他角度。同样优选地，平板透镜1和全反射镜12的大小设置为用户能够一眼看清整个显示器2所呈现的浮空实像4的画面，但如果实际使用时仅需要看到显示器2的部分内容，则平板透镜1的尺寸也可以根据实际显示画面自由调整大小和位置。

此实施例的效果是能够改变显示器2中显示画面的朝向，且显示器2可以设置的更靠近平板透镜1，在浮空实像4与平板透镜1距离不变的情况下，显著缩小无接触光学显示控制器100的整体厚度，从而可以更好的集成到马桶1000中。

可以理解的是，也可以在无接触光学显示控制器100中设置多个全反射镜12(未图示)，显示器2的光在其中多次反射，形成距离平板透镜1更远的虚像，从而可以进一步缩小无接触光学显示控制器100的厚度。

【第三实施例】

下面参考附图13描述本实用新型第二实施例的马桶1000。除无接触光学显示控制器100的结构有所不同外，其余配置与第一实施例相同，因此将省略对相同配置加上相同符号的重复描述。

该无接触光学显示控制器100结构的特征在于，使用逆反射器14代替平板透镜1，同时增加了分束器15，使来自显示器2的光重新汇聚在空中，呈现浮空实像4。

具体地，本实施例的成像原理如下：

显示器2发出的光，先通过分束器15反射到逆反射器14表面，分束器15具有半反射半透射的特点，这部分光线入射到逆反射器14的表面时，经过逆反射器14内部的微结构会再次发生反射，且反射光线从接近入射光线的反方向回去，此时，反射回去的光在经过分束器15时发生透射，从而在显示器2相对于分束器15面对称位置的空中形成浮空实像。

分束器15的作用是将一束光分成两束光，一束光透射另一束光反射，由金属膜或介质膜构成，本实施例中反射和透射的比例约为1:1，按原理来说可分为偏振式和非偏振式。

逆反射器14的表面具有逆反射效应，可令入射的光线从接近其入射方向相反的方向反射回去，主要是表面覆盖有微玻璃珠或微棱镜结构，可以通过内部的微结构令入射光线发生折射和反射，使光沿入射方向的反方向出射。由于逆反射器14结构是比较传统的结构，此处不作过多描述。

此外，根据本实用新型的一些实施例，可在逆反射器14的表面设置1/4波片16，如果从显示器2发出的光是线性偏振的，经过偏振式分束器15反射，然后通过1/4波片16进入逆反射器14，反射光线从接近入射光线的反方向返回后再次经过1/4波片16，此时显示器2发出的线偏振光的偏振面被旋转了90度，从而可以从偏振式分束器15射出并在空中汇聚成浮空图像4。用此方法可以大大提高显示器2光的能量利用率，减少光强损失，从而提高浮空实像4的亮度。可以理解的是，如果显示器2亮度足够，或显示器2发出的光不是线性偏振，也可使用非偏振式分束器15，不设置1/4波片16。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

如图3和图4所示，无接触光学显示控制器100还包括由多个反射单元层叠构成的第一光波导阵列6和第二光波导阵列7，第一光波导阵列6和第二光波导7阵列在同一平面紧密贴合且正交布置构成平板透镜1，在平板透镜1一侧放置显示器2，平板透镜1的另一侧形成有与显示器2相对称的浮空实像4；和光学传感器3，光学传感器3用于检测用户对浮空实像4的操作，光学传感器3用于将检测到的操作信号反馈至控制器主机5。

例如，在本实用新型的一个示例中，无接触光学显示控制器100将显示器2中呈现的图像光线经由平板透镜内第一光波导阵列6和第二光波导阵列7，产生偶次反射，使分散的光线经过此特殊结构平板透镜在另一面相同位置重新汇聚成实像，且像的位置在空中，由此可以将控制组件600获取的检测结果以及交互按钮呈现在浮空实像4上。

如图5和图6所示，平板透镜1包括两个透明基板8，以及置于两个透明基板8之间的第一光波导阵列6和第二光波导阵列7，其中，第一光波导阵列6和第二光波导阵列7的厚度相同。具体地，如图5所示，平板透镜1从显示器2一侧到浮空实像4一侧依次包括第一透明基板8、第一光波导阵列6、第二光波导阵列7和第二玻璃基板8。第一透明基板8和第二透明基板8均具有两个光学面，透明基板8在约390nm至约760nm的波长具有约90％至约100％的透射率，透明基板8材料包括玻璃、塑料、聚合物和丙烯酸树脂中的至少一个，用于保护光波导阵列，以及滤去多余光线。需要说明的是，如果第一光波导阵列6和第二光波导阵列7紧密正交贴合后的强度足够，或安装的环境有厚度限制，则也可以只配置一个透明基板8或完全不配置透明基板8。

第一光波导阵列6和第二光波导阵列7由多个横截面为矩形的反射单元9组成，各反射单元9的长度由光波导阵列外围尺寸限制从而长短不一。如图6所示，第一光波导阵列6中反射单元9的延伸方向为X，第二光波导阵列7的反射单元9的延伸方向为Y，Z方向为光波导阵列的厚度方向。第一光波导阵列6和第二光波导阵列7中反射单元9的延伸方向(波导方向)相互垂直，即从Z方向(厚度方向)看，第一光波导阵列6和第二光波导阵列7之间正交布置，从而使正交两个方向光束会聚于一点，且保证物像面相对于等效负折射率平板透镜对称，产生等效负折射率现象，实现空中成像。

如图7所示，第一光波导阵列6或第二光波导阵列7由以用户视角偏转45°斜向布置的多个平行排布的反射单元9组成。具体地，第一光波导阵列6可由呈左下方向45°并排且横截面为矩形的反射单元9组成,第二光波导阵列7可由呈右下方向45°并排且横截面为矩形的反射单元9组成，两组光波导阵列中反射单元9的排列方向可以互换。光波导材料具有光学折射率n1，n1>1.4。

各反射单元9与其相邻的反射单元9之间存在两个交接面，如图8所示，各交接面之间由光敏胶11或热固胶接合，胶厚度为T1，T1>0.001mm。平板透镜1中相邻的光波导之间以及光波导阵列与透明基板8之间均设置有光敏胶11。

反射单元9的横截面为矩形，且沿反射单元9的排布方向的一侧或两侧面设置有反射膜10。具体地，在光波导排布方向上，各反射单元9两侧均镀有反射膜10，该反射膜10反射膜的材料可以为实现全反射的铝、银等金属材料或其他非金属化合物材料。反射膜10的作用是，防止光线因没有全反射而进入相邻光波导中形成杂光影响成像。也可以设置介质膜加反射膜10，介质膜的作用是提高光反射率。

单个反射单元9的横截面宽a和横截面长b，满足0.1mm<a<5mm，0.1mm<b<5mm。在大屏幕显示时可以通过拼接多块光波导阵列来实现大尺寸需求。光波导阵列的整体形状根据应用场景需要设置，本实施例中，两组光波导阵列整体呈矩形结构，两对角的反射单元9为三角形，中间的反射单元9为梯形结构，单个反射单元9的长度不等，位于矩形对角线的反射单元9长度最长，两端的反射单元9长度最短。

此外，平板透镜1还包括增透部件和视角控制部件(未图示)，增透部件可以提高平板透镜1的整体透过率，提高浮空实像4的清晰度和明亮度，视角控制部件可以用于消除浮空实像4的残像，降低图案的眩晕感，同时防止观察者从其他角度窥视到无接触光学显示控制器100内部，提升装置整体的美观度。增透部件和视角控制部件可以组合也可以分别独立设置在透明基板8与波导阵列的之间、两层波导阵列之间或透明基板8的外层。

具体地，如图9-图11所示，本实用新型平板透镜的成像原理如下：

在微米结构上，使用相互正交的双层波导阵列结构，对任意光信号进行正交分解，原始信号被分解为信号X和信号Y两路相互正交信号，信号X在第一光波导阵列6，按照与入射角相同的反射角在反射膜10表面进行全反射，此时信号Y保持平行第一光波导阵列6，穿过第一光波导阵列6后，在第二光波导阵列7表面按照与入射角相同的反射角在反射膜10表面进行全反射，反射后的信号Y与信号X组成的反射后的光信号便与原始光信号成镜面对称。因此任意方向的光线经过此平板透镜1均可实现镜面对称，任意光源的发散光经过此平板透镜1便会在对称位置重新汇聚成浮空实像4，浮空实像4的成像距离与平板透镜1到像源(显示器2)距离相同，为等距离成像，且浮空实像4的位置在空中，不需要具体载体，直接把实像成现在空气中。因此，使用者所看到的空间中的影像即是实际存在的物体所散发出的光。

显示器2光源在经过无接触光学显示控制器100内部的平板透镜1后，在平板透镜1上发生上述过程，具体地，光线在第一光波导阵列6上的入射角为α1、α2和α3，光线在第一光波导阵列6上的反射角为β1、β2和β3，其中α1＝β1，α2＝β2，α3＝β3，经过第一光波导阵列6反射后，在第二光波导阵列7上的入射角为γ1、γ2和γ3，在第二光波导阵列7上的反射角δ1、δ2和δ3，其中，γ1＝δ1，γ2＝δ2，γ3＝δ3。

汇聚成像后的入射角分别为α1，α2，α3…αn，像与平板透镜1的距离L，则成像在平板透镜1与原始光源(显示器2)的等间距L处，可视角ε为2倍max(α)，所以如果板的尺寸较小，仅在距离正面的一定距离才可看到影像；如果板的尺寸变大，即可实现更大的成像距离，从而增大视野率。

优选地，平板透镜1与显示器2的夹角设置为为45°±5°的范围，可以更充分的利用平板透镜1的尺寸，同时获得比较好的成像质量和较小的残像影响。但如果对成像位置有其他需求，则也可以在牺牲部分成像质量的情况下选择其他角度。同样优选地，平板透镜1的大小设置为用户能够一眼看清整个显示器2所呈现的浮空实像4的画面，但如果实际使用时仅需要看到显示器2的部分内容，则平板透镜1的尺寸也可以根据实际显示画面自由调整大小和位置。

另外，以上主要表述了使用第一光波导阵列6和第二光波导阵列7的双层结构的平板透镜1的成像原理，如果将四面均设有反射膜的多个反射单元9在一层光波导阵列结构中沿X和Y方向均阵列排布，即将两层光波导阵列合并成一层，其成像原理也是一样的。同样也可以作为无接触光学显示控制器100的平板透镜1的结构。

根据本实用新型实施例的马桶1000，压电传感器组件500可以将检测到的用户信息传递至控制组件600，控制组件600经过分析和运算可以得出用户心电信息、心率信息和血压信息，使得马桶1000具有心电检测、心率检测或血压检测的功能，从而提升了马桶1000功能的多样性。此外，无接触光学显示控制器100将显示器2中呈现的图像光线经由平板透镜内第一、第二光波导阵列，产生偶次反射，使分散的光线经过此特殊结构平板透镜在另一面相同位置重新汇聚成实像，且像的位置在空中，例如：控制组件600可以将其获取的检测结果以及交互按钮呈现在浮空实像4上，此成像方式可通过系统集成实现空中人机交互操作，由此可以实现人与马桶1000的人机交互，而且无接触、更卫生。

根据本实用新型的一些实施例，无接触光学显示控制器100设在水箱300的顶部。由此，可以避免无接触光学显示控制器100与马桶1000的其他部件发生干涉，从而可以提升无接触光学显示控制器100工作的安全性和可靠性。此外，将无接触光学显示控制器100设置在水箱300的顶部，还可以降低无接触光学显示控制器100的安装难度。

在本实用新型的一些实施例中，水箱300的顶部具有第一安装槽，第一安装槽内侧壁上具有卡孔，无接触光学显示控制器100的侧壁上具有与卡孔配合的卡勾。卡勾和卡孔具有结构简单、易于装配的优点，通过卡勾和卡孔的配合可以实现无接触光学显示控制器100与水箱300的紧密连接。此外，在保证无接触光学显示控制器100与水箱300连接强度的同时还可以降低成本。

根据本实用新型的一些实施例，桶盖400的一侧具有支撑臂，支撑臂具有第二安装槽，无接触光学显示控制器100设在第二安装槽内。可以理解的是，无接触光学显示控制器100设置在桶盖400一侧的支撑臂上，便于用户观察无接触光学显示控制器100呈现处的图像，从而可以提升实用性。再者，通过将无接触光学显示控制器100设置在第二安装槽内，使得无接触光学显示控制器100不再凸出与支撑臂的表面，视觉上更为美观。

根据本实用新型的一些实施例，桶盖400的下表面设有多个间隔开的支撑脚，压电传感器组件500为至少一个，压电传感器组件500设在支撑脚上。由此便于压电传感器组件500的设置，且可以保证压电传感器组件500与桶座200接触，避免由于支撑脚的存在而使得压电传感器组件500与桶座200出现接触不良的现象。

根据本实用新型的一些实施例，显示器2的成像模式可以包括RGB(红色、绿色、蓝色)发光二极管(LED)、LCOS(液晶附硅)器件、OLED(有机发光二极管)阵列、投影、激光、激光二极管或任何其他合适的显示器或立体显示器。显示器2可以提供清晰、明亮且高对比度的动态图像光源，显示器2的亮度不低于500cd/m²，可以降低光路传播中由亮度损失造成的影响。

此外，根据本实用新型的一些实施例，对显示器2的显示图像表面进行可视角控制处理，可以减轻浮空实像4的残影，提高画面质量，也可以防止他人窥视，从而广泛应用到需要隐私信息保护的输入装置。

根据本实用新型的一些实施例，光学传感器3的感应形式包括但不限于远近红外、超声波、激光干涉、光栅、编码器、光纤式或CCD(电荷耦合器件)等。光学传感器3的感应区域与浮空实像4位于同一平面且包含浮空实像所处三维空间，可以根据安装空间、观看角度和使用环境选择最佳的感应形式，方便用户以最佳的姿态对浮空实像4进行操作，提高用户操作的灵敏度和便捷性。

根据本实用新型的一些实施例，控制器主机5与光学传感器3采用有线或无线方式连接，传输数字或模拟信号，从而可以灵活控制无接触光学显示控制器100的体积，而且可以增强无接触光学显示控制器100的电气稳定性。

根据本实用新型的一些实施例，第一光波导阵列6与第二光波导阵列7的厚度相同。由此，可以简化第一光波导阵列6与第二光波导阵列7结构的复杂度，降低第一光波导阵列6与第二光波导阵列7的制造难度，提升第一光波导阵列6与第二光波导阵列7的生产效率，减少第一光波导阵列6与第二光波导阵列7的生产成本。注意，此处的厚度相同包括一个相对的范围，并非是绝对相同，即以提高生产效率为目的，如果不影响空中成像质量，光波导阵列之间的厚度差是可以接受的。

【第二实施例】

下面参考附图12描述本实用新型第二实施例的马桶1000。除无接触光学显示控制器100的结构有所不同外，其余配置与第一实施例相同，因此将省略对相同配置加上相同符号的重复描述。

该无接触光学显示控制器100结构的特征在于，在平板透镜1的显示器2所在一侧增加了一个全反射镜12。显示器2发出的光，先经过全反射镜12反射，然后进入平板透镜1中，最终在平板透镜1的另一侧汇聚，从而形成浮空实像4。光学传感器3和控制器主机5的功能和结构与第一实施例相同。

可以看出，此实施例中，显示器2的光经过全反射镜12的反射后，等效的在全反射镜12的另一侧形成一个与显示器2等大且相对于全反射镜12呈面对称的虚像13，而浮空实像4实际上与虚像13相对于平板透镜1呈镜面对称。优选地，平板透镜1与虚像13的夹角设置为为45°±5°的范围，可以更充分的利用平板透镜1的尺寸，同时获得比较好的成像质量和较小的残像影响。但如果对成像位置有其他需求，则也可以在牺牲部分成像质量的情况下选择其他角度。同样优选地，平板透镜1和全反射镜12的大小设置为用户能够一眼看清整个显示器2所呈现的浮空实像4的画面，但如果实际使用时仅需要看到显示器2的部分内容，则平板透镜1的尺寸也可以根据实际显示画面自由调整大小和位置。

此实施例的效果是能够改变显示器2中显示画面的朝向，且显示器2可以设置的更靠近平板透镜1，在浮空实像4与平板透镜1距离不变的情况下，显著缩小无接触光学显示控制器100的整体厚度，从而可以更好的集成到马桶1000中。

可以理解的是，也可以在无接触光学显示控制器100中设置多个全反射镜12(未图示)，显示器2的光在其中多次反射，形成距离平板透镜1更远的虚像，从而可以进一步缩小无接触光学显示控制器100的厚度。

【第三实施例】

下面参考附图13描述本实用新型第二实施例的马桶1000。除无接触光学显示控制器100的结构有所不同外，其余配置与第一实施例相同，因此将省略对相同配置加上相同符号的重复描述。

该无接触光学显示控制器100结构的特征在于，使用逆反射器14代替平板透镜1，同时增加了分束器15，使来自显示器2的光重新汇聚在空中，呈现浮空实像4。

具体地，本实施例的成像原理如下：

显示器2发出的光，先通过分束器15反射到逆反射器表面，分束器15具有半反射半透射的特点，这部分光线入射到逆反射器14的表面时，经过逆反射器14内部的微结构会再次发生反射，且反射光线从接近入射光线的反方向回去，此时，反射回去的光在经过分束器15时发生透射，从而在显示器2相对于分束器15面对称位置的空中形成浮空实像。

分束器15的作用是将一束光分成两束光，一束光透射另一束光反射，由金属膜或介质膜构成，本实施例中反射和透射的比例约为1:1，按原理来说可分为偏振式和非偏振式。

逆反射器14的表面具有逆反射效应，可令入射的光线从接近其入射方向相反的方向反射回去，主要是表面覆盖有微玻璃珠或微棱镜结构，可以通过内部的微结构令入射光线发生折射和反射，使光沿入射方向的反方向出射。由于逆反射器14结构是比较传统的结构，此处不作过多描述。

此外，根据本实用新型的一些实施例，可在逆反射器14的表面设置1/4波片16，如果从显示器2发出的光是线性偏振的，经过偏振式分束器15反射，然后通过1/4波片16进入逆反射器14，反射光线从接近入射光线的反方向返回后再次经过1/4波片16，此时显示器2发出的线偏振光的偏振面被旋转了90度，从而可以从偏振式分束器15射出并在空中汇聚成浮空图像4。用此方法可以大大提高显示器2光的能量利用率，减少光强损失，从而提高浮空实像4的亮度。可以理解的是，如果显示器2亮度足够，或显示器2发出的光不是线性偏振，也可使用非偏振式分束器15，不设置1/4波片16。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (17)

1.一种马桶，其特征在于，包括：

桶座；

水箱，所述水箱设在所述桶座上，且所述水箱位于所述桶座的后端；

桶盖，所述桶盖设在所述桶座上；

无接触光学显示控制器，所述无接触光学显示控制器设在所述水箱或所述桶盖上，所述无接触光学显示控制器包括：等效负折射率光学元件、显示器和光学传感器，所述等效负折射率光学元件的一侧设置有所述显示器，所述等效负折射率光学元件的另一侧形成有与所述显示器相对的浮空实像，所述光学传感器用于检测用户对所述浮空实像的操作，所述光学传感器用于将检测到的操作信号反馈至控制器主机。

2.根据权利要求1所述的马桶，其特征在于，所述无接触光学显示控制器设在所述水箱的顶部。

3.根据权利要求2所述的马桶，其特征在于，所述水箱的顶部具有第一安装槽，所述第一安装槽内侧壁上具有卡孔，所述无接触光学显示控制器的侧壁上具有与所述卡孔配合的卡勾。

4.根据权利要求1所述的马桶，其特征在于，所述桶盖的一侧具有支撑臂，所述支撑臂具有第二安装槽，所述无接触光学显示控制器设在所述第二安装槽内。

5.根据权利要求1所述的马桶，其特征在于，还包括：压电传感器组件，所述压电传感器组件设在所述桶盖的下表面上，所述压电传感器组件适于与所述桶座接触；

控制组件，所述压电传感器组件与所述控制组件连接，以将检测到的信号传送到所述控制组件上，所述控制组件与所述无接触光学显示控制器电连接。

6.根据权利要求5所述的马桶，其特征在于，所述桶盖的下表面设有多个间隔开的支撑脚，所述压电传感器组件为至少一个，所述压电传感器组件设在所述支撑脚上。

7.根据权利要求1所述的马桶，其特征在于，所述等效负折射率光学元件包括：多个反射单元层叠构成的第一光波导阵列和第二光波导阵列，所述第一光波导阵列和所述第二光波导阵列在同一平面紧密贴合且正交布置。

8.根据权利要求7所述的马桶，其特征在于，所述反射单元的横截面为矩形，且沿所述反射单元的层叠方向的同一侧或两侧面设置有反射膜。

9.根据权利要求8所述的马桶，其特征在于，所述反射单元横截面宽和长分别为a和b，且满足：0.2mm＜a＜5mm，0.2mm＜b＜5mm。

10.根据权利要求7所述的马桶，其特征在于，所述第一光波导阵列或所述第二光波导阵列由45°斜向布置的多个平行排列的反射单元组成。

11.根据权利要求7所述的马桶，其特征在于，所述第一光波导阵列和第二光波导阵列相互对应部分的波导方向相互垂直，且所述第一光波导阵列和所述第二光波导阵列之间正交布置。

12.根据权利要求7所述的马桶，其特征在于，所述等效负折射率光学元件还包括两个透明基板，所述第一光波导阵列和所述第二光波导阵列设置于两个所述透明基板之间。

13.根据权利要求12所述的马桶，其特征在于，所述等效负折射率光学元件还包括增透部件和视角控制部件，所述增透部件和所述视角控制部件设置在所述第一光波导阵列和所述第二光波导阵列之间；或

所述增透部件和所述视角控制部件设置在所述透明基板和所述第一光波导阵列之间；或

所述增透部件和所述视角控制部件设置在所述透明基板和所述第二光波导阵列之间。

14.根据权利要求12所述的马桶，其特征在于，所述第一光波导阵列和所述第二光波导阵列之间，所述第一光波导阵列与相邻的所述透明基板之间，以及所述第二光波导阵列和相邻的所述透明基板之间均设置有光敏胶。

15.根据权利要求1所述的马桶，其特征在于，所述无接触光学显示控制器还包括：全反射镜，所述全反射镜设置于所述等效负折射率光学元件的一侧且与所述显示器同侧设置，以将所述显示器的发出的光线反射给所述等效负折射率光学元件。

16.根据权利要求1所述的马桶，其特征在于，所述等效负折射率光学元件包括：逆反射器和分束器，所述逆反射器和所述显示器位于所述分束器的同一侧且所述分束器将所述显示器的光线反射给所述逆反射器，所述分束器透射所述逆反射器的光。

17.根据权利要求16所述的马桶，其特征在于，所述逆反射器的表面设置有1/4波片。

Images