CN215647130U - 一种空中成像装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型一种空中成像装置，包括至少一个光波导阵列，所述光波导阵列由具有两个光学面的第一透明板、第二透明板，以及位于两个透明板之间的第一基板11和第二基板12组成，所述第一透明板和/或第二透明板是楔形面或平面，所述第一基板11和第二基板12上分别设有多个长条形状通孔，所述长条形状通孔内壁设有反射面，使所述第一基板11和第二基板12形成上光波导阵列单元和下光波导阵列单元，所述光波导阵列与被投影物之间为对应的关系。根据本实用新型，提高了成像分辨率，实现高质量成像，实现了结构的简单化、降低工艺难度以及成本，消除杂光，并且能够制造的非常薄，满足了各种场景的应用需求。

Description

一种空中成像装置

技术领域

本实用新型涉及光学领域，具体而言，本实用新型涉及一种空中成像装置。

背景技术

随着成像显示技术的发展，对成像的特性要求不断提高。空中成像技术是在光学透镜的一侧中配置的被投影物中发出的光在光学透镜里的镜面反射并同时透射该光学透镜平面，从而使该被投影物的镜影像在该光学透镜的另外一侧的空中成像为实像，空中成像技术通过在空气中形成物品的影像，使得人们无需借助VR眼镜等辅助设备就可以看到物品的影像，给人以强烈的视觉震撼效果，受到越来越多人的关注和追捧。然而，现有的光学透镜结构的成像受到成像角度或成像方向的限制，而导致具有空中成像的结构，从不同的角度观看时，只有在其有效视角范围内一个角度可观看到空中的影像，而其它角度则看不到空中的影像。另外，受视场和孔径的限制，存在发生不希望的多次反射，形成干扰杂光，其结构由于需要高精度地排列或组装，所以产生导致结构的复杂化和高成本的增加，立体像的亮度、清晰度也受到限制。

发明内容

本实用新型的目的在于改进现有技术的不足，提供一种高亮度、成像分辨率高、实现高质量成像、产品体验好、结构简单、非常薄、降低工艺难度以及成本的空中成像装置，解决现有技术的不足。

为了达到上述目的，本实用新型的技术方案如下：

一种空中成像装置，包括至少一个光波导阵列，所述光波导阵列由具有两个光学面的第一透明板、第二透明板，以及位于两个透明板之间的第一基板11和第二基板12组成，所述第一透明板和/或第二透明板是楔形面或平面，所述第一基板11和第二基板12上分别设有多个长条形状通孔，所述长条形状通孔内壁设有反射面，所述第一基板11中的长条形状通孔内壁的反射面与所述第二基板12中的长条形状通孔内壁的反射面正交布置，使所述第一基板11和第二基板12形成上光波导阵列单元和下光波导阵列单元，所述光波导阵列与被投影物之间为对应的关系。

所述第一基板11和第二基板12上的长条形状通孔垂直或接近垂直或一面垂直另外的面倾斜于基板表面, 所述长条形状通孔一面设有反射面，另外的面设置为非反射面或都设有反射面。

所述第一基板11和第二基板12上的长条形状通孔相对基板侧面平行布置或斜向布置。

所述第一透明板或第二透明板或第一基板11或第二基板12是平面或楔形面或球面。

所述第一基板11和第二基板12上的长条形状通孔高度相同或从中心到两侧高度逐渐降低，第一基板11和第二基板12上的长条形状通孔间距相等或由基板中心到边缘逐渐减小或增大配置，第一基板11和第二基板12上的长条形状通孔有长的和/或有短的和/或有宽的和/或有窄的。

所述第一基板11和第二基板12透明或不透明，第一基板11和第二基板12上的长条形状通孔是部分通孔和部分不通孔，第一基板11和第二基板12上的孔是正方或长方形状或任意的形状。

与现有技术相比，本实用新型一种空中成像装置具有如下有益效果：

一种空中成像装置，包括至少一个光波导阵列，所述光波导阵列由具有两个光学面的第一透明板、第二透明板，以及位于两个透明板之间的第一基板11和第二基板12组成，所述第一透明板和/或第二透明板是平面或楔形面，所述第一基板11和第二基板12上分别设有多个长条形状通孔，所述长条形状通孔内壁设有反射面，所述第一基板11中的长条形状通孔内壁的反射面与所述第二基板12中的长条形状通孔内壁的反射面正交布置，使所述第一基板11和第二基板12形成上光波导阵列单元和下光波导阵列单元，所述光波导阵列与被投影物之间为对应的关系。根据本发明，提高了成像分辨率，实现高质量成像，实现了结构的简单化、降低工艺难度以及成本，消除杂光，并且能够制造的非常薄，显示效果和产品体验更好，满足了各种场景的应用需求。

本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些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为本实用新型实施例的空中成像装置结构示意图；

图2为本实用新型实施例的空中成像装置第一透明板和第二透明板是平面的光波导阵列结构示意图；

图3为本实用新型实施例的空中成像装置第一透明板和第二透明板是楔形面的光波导阵列结构示意图；

图4为本实用新型实施例的空中成像装置第一基板11和第二基板12的光波导阵列单元局部结构示意图；

图5为本实用新型实施例的空中成像装置反射面相互垂直结构示意图；

图6为本实用新型实施例的空中成像装置内部光路原理图；

图7为本实用新型实施例的空中成像装置成像示意图；

图8为本实用新型实施例的空中成像装置遮光板结构示意图。

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，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，仅用于解释本实用新型，而不能解释为对本实用新型的限制。

请参阅图 1、图 2和图3所示，本实用新型实施例一种空中成像装置，具备：多视点空中影像显示光学系统A，作为实镜影像成像光学系统的一种，具备四个光波导阵列5，以及四个被投影物O，四个被投影物O与四个光波导阵列5每一个对应地配置。四个光波导阵列5中的光波导全部朝向是四个光波导阵列5的中心的上空聚焦成像的点，调整光波导阵列5中的基板11和基板12与第一透明板1和第二透明板2相对应部分倾斜角度和调整四个被投影物O的位置以及朝向而使4个方向成的像P产生重合，从被投影物O中发出的光在光波导阵列5中的光波导反射之后并同时透射该光波导阵列5平面，从而使该被投影物O的镜影像在该光波导阵列5的另外一侧的空间中成像为实镜影像P。

另外，构成本空中成像装置的光波导阵列5的数量是任意的，可以是1个、2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个等，其数量越多，通过视点移动而成像空中像的光波导阵列5的切换中的像的连续性变得更自然，并且，也不易引起由于光波导阵列5中的一次反射光造成的问题。所述第一基板11和第二基板12的厚度在0.05～4mm之间，厚度太低会出现杂光，而厚度太厚会增加摄入光线的损耗。第一基板11和第二基板12上的长条形状通孔6相对基板侧面平行布置或斜向布置，第一基板11和第二基板12表面分别通过蚀刻或光刻或冲压或机加等方法加工出多个长条形状通孔6，也可以用模板或模具通过注塑、注射、压印、辊压、电铸等中的任意一种一次生产加工出带长条形状通孔6的第一基板11和第二基板12，第一基板11和第二基板12上的长条形状通孔有长的和/或有短的和/或有宽的和/或有窄的。第一基板11和第二基板12上的长条形状通孔6的宽度在0.05～4mm之间，通孔6与通孔6之间的间距在0.05～4mm之间，通孔6与通孔6之间的间距越小越好，可提高成像亮度和成像分辨率，实现高质量成像，低于0.05mm会导致通光量减小，图像整体亮度降低，而高于4mm不易发生全反射。根据需要通孔6内部可以是空气或真空的或用透明气体或液体来填充或用光学玻璃或透明树脂等填满。第一基板11和第二基板12上的长条形状通孔6高度相同或从中心到两侧高度逐渐降低，第一基板11和第二基板12上的长条形状通孔6按照等间距配置，但也可以按照不同的间距配置，也可以按照间距由基板中心到边缘逐渐减小或增大配置。在第一基板11和第二基板12上的长条形状通孔6内壁镀上反射膜7或用别的工艺形成反射面7，所述反射面7包含但不限于反射膜或反射片或镀金属层，用于反射光线以实现光线在光波导阵列成像元件中的传播方向的变换。所述通孔6内壁一面设有反射面，另外的面设置为非反射面或都设有反射面。第一基板11和第二基板12也可以根据需要紧密贴合叠加多个起来使用。第一透明板1和/或第二透明板2或第一基板11和第二基板12是平面或楔形面。构成本空中成像装置的光波导阵列可以是一个光波导阵列，也可以是几个光波导阵列拼接成的，也可以是几个第一基板11和第二基板12上的上光波导阵列单元和下光波导阵列单元拼接成的，拼接成更大的光波导阵列可以实现更大的成像。也可以根据需要把一个光波导阵列切割成需要的尺寸。

如图8所示，在两个被投影物O彼此之间可以设置遮光板8。通过设置这样的遮光板8可以防止没有预想到的像成像于没有预想到的位置而被观察到。进而，在各光波导阵列5的上面，作为使各个特定方向的光线透射并且遮断其他特定方向的光线，粘贴设置视角调整膜9。具体而言，通过该光学膜9，不使从被投影物O中发出的光线直接透射各光波导阵列5的方向的光线到达视点V1、V2，从而防止通过光波导阵列5从视点V1、V2可以直接观察被投影物O，另一方面仅使通过光波导阵列5反射两次而透射光波导阵列5的方向的光线透射，从而可以从视点V1、V2仅观察被投影物O的实像P。

以下，对具体结构进行说明，本实用新型实施例如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7和图8所示，包括四个光波导阵列5，每个光波导阵列5由具有两个光学面的第一透明板1、第二透明板2，以及位于两个透明板之间的第一基板11和第二基板12组成，所述第一透明板1和/或第二透明板2是平面或楔形面，所述第一基板11和第二基板12的厚度在0.05～4mm之间，所述第一基板11和第二基板12上分别设有多个长条形状通孔6，所述第一基板11和第二基板12上的长条形状通孔6的宽度在0.05～4mm之间，通孔6与通孔6之间的间距在0.05～4mm之间，所述长条形状通孔6垂直于第一基板11和第二基板12表面，所述长条形状通孔6相对第一基板11和第二基板12侧面平行布置或倾斜45度布置，在所述长条形状通孔6内壁设有反射面7，所述反射面7是化学或电解抛光和/或镀上去的高反射率的铝反射膜等，用于对光线进行反射，所述第一基板11中的长条形状通孔6内壁的反射面7与所述第二基板12中的长条形状通孔6内壁的反射面7相互垂直布置，使该第一基板11和第二基板12形成上光波导阵列单元3和下光波导阵列单元4，所述在第一基板11和第二基板12紧密贴合叠加后形成的部分通孔可以提高成像亮度和成像分辨率，实现高质量成像，光波导阵列5中的第一基板11和第二基板12上的上光波导阵列单元3和下光波导阵列单元4与第一透明板1和第二透明板2平行或倾斜设置，调整倾斜角度可以使来自各方向成的影像重合，每个光波导阵列5中的光波导全部朝向同一方向, 每个光波导阵列5中的光波导全部朝向规定的一点聚焦, 每个光波导阵列5与被投影物O之间夹角小于或等于90度设置，调整夹角角度可以使来自各方向成的影像重合。每个光波导阵列5与各被投影物O之间为一一对应的关系。任何点光源、平面光源和立体光源发射出来的分散的光线在经过此特殊结构的透镜后都会在透镜另一边相同位置重新聚焦成像，参照图6和图7。

图6示出了光路的工作原理：

在微米结构上，使用相互正交的反射层镜面结构，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在第一物理层，按照与入射角相同的反射角在镜表面进行全反射，此时信号Y保持平行第一物理层，穿过第一物理层后，在第二物理层表面按照与入射角相同的反射角在镜表面进行全反射，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透镜均可实现镜面对称，任意光源的发散光经过此透镜便会在对称位置重新聚焦成像，成像距离与全息反射层与光源距离相同，为等距离成像，且像的位置在空中，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。

原始光源在经过光学透镜结构后,在光学透镜结构上发生上述过程，聚焦成像后的入射角分别为ß1，ß2，ß3，ß4… ßn，像与光学透镜结构的距离L ,则成像在光学透镜结构与原始光源的等间距L处，可视角ε为2倍max(ß)，所以如果透镜的尺寸较小，仅在距离正面的一定距离才可看到影像；把几个透镜组合在一起把透镜引导出的光束全部朝向规定的一点聚焦，就可以使人们在多视点的范围内都能观看到空中的影像，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，所述第一基板11和第二基板12上的长条形状通孔相对基板侧面平行布置或斜向布置。

优选地，所述第一基板11和第二基板12上的长条形状通孔有长的和/或有短的和/或有宽的和/或有窄的。

优选地，所述第一透明板或第二透明板或第一基板11或第二基板12是平面或楔形面或球面。

优选地，所述第一基板11和第二基板12上的长条形状通孔垂直或倾斜或一面垂直另外的面倾斜于基板表面。

优选地，所述第一基板11和第二基板12上的多个长条形状通孔是通过蚀刻或光刻或冲压或机加等方法加工成的。

优选地，所述第一基板11和第二基板12上的长条形状通孔是用模板或模具通过注塑或注射或辊压或压印或电铸等一次加工成的。

优选地，所述第一基板11和第二基板12上的长条形状通孔内壁一面设有反射面，另外的面设置为非反射面或都设有反射面。

优选地，所述反射面为高反射率的反射膜或金属膜或铝膜或用别的工艺形成的高反射面。

优选地，所述光波导阵列中的光波导全部朝向规定的一点聚焦。

优选地，所述第一基板11和第二基板12透明或不透明，第一基板11和第二基板12上的长条形状通孔是部分通孔和部分不通孔，第一基板11和第二基板12上的孔是正方或长方形状或任意的形状。

优选地，所述第一基板11和第二基板12的厚度在0.05～4mm之间，厚度太低会出现杂光，而厚度太厚会增加摄入光线的损耗。

优选地，所述第一基板11和第二基板12上的长条形状通孔的宽度在0.05～4mm之间，通孔与通孔之间的间距在0.05～4mm之间，通孔与通孔之间的间距越小越好，可提高成像亮度和成像分辨率，实现高质量成像，低于0.05mm会导致通光量减小，图像整体亮度降低，而高于4mm不易发生全反射。

优选地，第一基板11和第二基板12上的长条形状通孔6高度相同或从中心到两侧高度逐渐降低，第一基板11和第二基板12上的长条形状通孔6按照等间距配置，但也可以按照不同的间距配置，也可以按照间距由基板中心到边缘逐渐减小或增大配置。

优选地，所述第一基板11和第二基板12可以根据需要多个叠加起来使用。

优选地，构成本空中成像装置的光波导阵列可以是一个光波导阵列，也可以是几个光波导阵列拼接成的，也可以是几个第一基板11和第二基板12上的上光波导阵列单元和下光波导阵列单元拼接成的，拼接成更大的光波导阵列可以实现更大的成像。也可以根据需要把一个光波导阵列切割成需要的尺寸。

与现有技术相比，本实用新型实施例一种空中成像装置具有如下有益效果：

一种空中成像装置，包括至少一个光波导阵列，所述光波导阵列由具有两个光学面的第一透明板、第二透明板，以及位于两个透明板之间的第一基板11和第二基板12组成，所述第一透明板和/或第二透明板是平面或楔形面，所述第一基板11和第二基板12上分别设有多个长条形状通孔，所述长条形状通孔内壁设有反射面，所述第一基板11中的长条形状通孔内壁的反射面与所述第二基板12中的长条形状通孔内壁的反射面正交布置，使所述第一基板11和第二基板12形成上光波导阵列单元和下光波导阵列单元，所述光波导阵列与被投影物之间为对应的关系。根据本发明，实现高质量成像，实现了结构的简单化、降低工艺难度以及成本，并且能够制造的非常薄，显示效果和产品体验更好，满足了各种场景的应用需求。

以上所述仅是本实用新型的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种空中成像装置，其特征在于，包括至少一个光波导阵列，所述光波导阵列由具有两个光学面的第一透明板、第二透明板，以及位于两个透明板之间的第一基板（11）和第二基板（12）组成，所述第一透明板和/或第二透明板是楔形面或平面，所述第一基板（11）和第二基板（12）上分别设有多个长条形状通孔，所述长条形状通孔内壁设有反射面，所述第一基板（11）中的长条形状通孔内壁的反射面与所述第二基板（12）中的长条形状通孔内壁的反射面正交布置，使所述第一基板（11）和第二基板（12）形成上光波导阵列单元和下光波导阵列单元，所述光波导阵列与被投影物之间为对应的关系。

2.根据权利要求1所述的一种空中成像装置，其特征在于，所述第一基板（11）和第二基板（12）上的长条形状通孔垂直或接近垂直或一面垂直另外的面倾斜于基板表面, 所述长条形状通孔一面设有反射面，另外的面设置为非反射面或都设有反射面。

3.根据权利要求1所述的一种空中成像装置，其特征在于：所述第一基板（11）和第二基板（12）上的长条形状通孔相对基板侧面平行布置或斜向布置。

4.根据权利要求1所述的一种空中成像装置，其特征在于，所述第一透明板或第二透明板或第一基板（11）或第二基板（12）是平面或楔形面或球面。

5.根据权利要求1所述的一种空中成像装置，其特征在于，所述第一基板（11）和第二基板（12）上的长条形状通孔高度相同或从中心到两侧高度逐渐降低，第一基板（11）和第二基板（12）上的长条形状通孔间距相等或由基板中心到边缘逐渐减小或增大配置，第一基板（11）和第二基板（12）上的长条形状通孔有长的和/或有短的和/或有宽的和/或有窄的。

6.根据权利要求1所述的一种空中成像装置，其特征在于，所述第一基板（11）和第二基板（12）透明或不透明，第一基板（11）和第二基板（12）上的长条形状通孔是部分通孔和部分不通孔，第一基板（11）和第二基板（12）上的孔是正方或长方形状或任意的形状。

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