CN215895119U - 基于图像拼接的空中成像设备 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了基于图像拼接的空中成像设备，包括沿光路方向依次排列的：图像源：由多个显示单元按阵列式排布组成；透镜后组：包含多个按阵列式排布的光学透镜单元；透镜前组：通过透镜后组的光经过透镜前组汇聚在空中成实像。本实用新型的优点是：通过将图像源拆分成多个阵列分布的显示单元，同时透镜后组也由多个阵列式分布的光学透镜单元组成，这就使图像变成小块，在调整色差时需要的深度距离也相应减少，从而使整个装置深度方向尺寸缩短，更好的适应较小的尺寸环境安装，并且本装置更容易实现量产并投入商业应用。

Description

基于图像拼接的空中成像设备
技术领域
本实用新型涉及基于图像拼接的空中成像设备。
背景技术
现有空中成像装置，主要由图像源产生图像，然后经过透镜组或者二面角反射器等光学元件后，在空气中成实像，现有的空中成像装置如图1所示，一般都是图像源1呈现画面，经过透镜后组3和透镜前组4消色散后，再由反射镜调整角度控制实像5的位置。随着空中成像装置越来越成熟，配合手势识别装置后应用的领域也越来越宽，但是在一些空间狭小的区域，比如汽车内，现有的空中成像装置由于在深度方面要求较多，无法安装在汽车的中控台内，如果要强行安装在汽车中控台内，其显示的画面尺寸又将受到影响，这主要是因为在透镜后组一般需要补偿透镜前组的色差，需要同一视场的光线在透镜前组和透镜后组上的高度分布在光轴不同侧，导致在深度方向空中成像装置的尺寸无法压缩。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供基于图像拼接的空中成像设备，能够有效解决现有空中成像装置无法安装在深度尺寸受限空间内的问题。
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：基于图像拼接的空中成像设备，包括沿光路方向依次排列的：
图像源：由多个显示单元按阵列式排布组成；
透镜后组：包含多个按阵列式排布的光学透镜单元；
透镜前组：通过透镜后组的光经过透镜前组汇聚在空中成实像。
优选的，所述显示单元与光学透镜单元一一对应，保证每个显示单元显示的画面都能通过对应光学透镜单元，便于后期画面拼接成完整的图像。
优选的，每个所述光学透镜单元内均包括阿贝数大于50的透镜和阿贝数小于50的透镜，这样的设置有利于消轴向色差。
优选的，所述透镜前组包括平行设置的至少一片阿贝数大于50的透镜和至少一片阿贝数小于50的透镜，这样的设置有利于消轴向色差。
优选的，透镜后组的每个光学透镜单元均采用多片菲涅尔透镜或者球面镜组合；或者，透镜后组为非球面复眼透镜，根据每个光学透镜单元的大小进行调整，如果尺寸较大就利用多片菲涅尔透镜或者球面镜组合，有利于降低成本，如果尺寸较小，就采用非球面复眼透镜，方便制造和安装。
优选的，所述透镜前组与实像之间设有第一反射镜，在深度方向进一步压缩尺寸，同时可以通过第一反射镜调整实像位置，便于用户观看。
优选的，每个所述显示单元与透镜后组之间设有第二反射镜，通过第二反射镜借用横向尺寸，在深度方向进一压缩尺寸。
优选的，所述图像源位于透镜后组的焦平面上，通过透镜后组的光线成平行光，便于透镜前组控制实像的具体位置，也更方便透镜前组调整形成清晰的实像。
优选的，所述实像呈现在透镜前组的焦平面上，较易于控制透镜前组和透镜后组的相对位置。
与现有技术相比，本实用新型的优点是：通过将图像源拆分成多个阵列分布的显示单元，同时透镜后组也由多个阵列式分布的光学透镜单元组成，这就使图像变成小块，在调整色差时需要的深度距离也相应减少，从而使整个装置深度方向尺寸缩短，更好的适应较小的尺寸环境安装，并且本装置更容易实现量产并投入商业应用。
附图说明
图1为现有空中成像装置的结构示意图；
图2为本实用新型空中成像装置的结构示意图；
图3为本实用新型中图像源、透镜后组和透镜前组的结构示意图。
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。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。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
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；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；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，除非另有明确的限定。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。
参阅图2、图3为本实用新型基于图像拼接的空中成像设备的实施例，基于图像拼接的空中成像设备，包括沿光路方向依次排列的：
图像源1：由多个显示单元6按阵列式排布组成，多个显示单元6可以成2×3的方式排列，每个显示单元6均显示整个需要呈现画面中不同的部分，当然，为了最后的普通拼接，会有两个显示单元6显示的画面出现部分重叠；
透镜后组3：包含多个按阵列式排布的光学透镜单元7，该整列排布数量和方式与显示单元6一致，一个显示单元6对应一个光学透镜单元7，且透镜后组3的等效焦距为正焦距，图像源1位于透镜后组3的焦平面上，图像源1发出的光线经过透镜后组3后形成不同角度的平行光；
透镜前组4：等效焦距为正，通过透镜后组3的平行光经过透镜前组4汇聚在空中成实像5，实像5位于透镜前组4的焦平面上。
在本实施例中一个光学透镜单元7有四片镜片有些镜片是阿贝数大于50的透镜和有些镜片是阿贝数小于50的透镜，只要保证整体等效焦距为正焦距即可。而透镜前组4也由三片平行设置的透镜组成，其中包括至少一片阿贝数大于50的透镜和至少一片阿贝数小于50的透镜，这样的设置的透镜前组4和透镜后能更好的分别消轴向色差。
透镜后组3中每个光学透镜单元7的尺寸是根据显示单元6的大小设定的，如果显示单元6尺寸大，则光学透镜单元7中每片透镜可以考虑采用独立的透镜制作，比如采用菲涅尔透镜或者球面镜；如果显示单元6尺寸较小，采用单独的透镜在制造和相互位置的精度控制上存在较高难度，为了降低成本提高成品率，可以采用非球面复眼透镜。
为了进一步压缩深度方向的尺寸，在透镜前组4和实像5之间设置第一反射镜8，通过第一反射镜8不仅可以压缩深度距离，还可以调整实像5显示的角度，另外还可以在每个显示单元6和透镜后组3之间设置第二反射镜2，通过第二反射镜2让显示单元6可以横向设置，从而降低深度方向的尺寸要求。
本装置如果要成放大的实像5，可以通过调整透镜前组4和透镜后组3等效焦距来控制，只要透镜前组4的等效焦距大于透镜后组3的等效焦距，就可以成放大的实像5。
从每个显示单元6发出的光线通过第二反射镜2的反射，射入到对应透镜后组3的光学透镜单元7内，经过光学透镜单元7后，光线变成不同角度的平行光射入到透镜前组4内，经过透镜前组4将射入的平行光汇聚，在空中成实像5，在透镜前组4和实像5之间加入第一反射镜8，可以控制实像5呈现的方向。采用本装置后，由于将图像源1分割成多个显示单元6，并且配以对应的光学透镜单元7作为透镜后组3，这就使图像变成小块，在调整色差时需要的深度距离也相应减少，从而使整个装置深度方向尺寸缩短，更好的适应较小的尺寸环境安装。
上述实施例中，透镜后组的等效焦距也可以为负焦距，但是此时透镜前组的等效焦距必须为正，才能保证光线汇聚在空中成实像。最好按上述实施例中描述的图像源1位于透镜后组3的焦平面上，实像5位于透镜前组4的焦平面上，便于控制实像成像的具体位置，便于用户观察，如果在实像成像在其他位置也可以，但是需要提前设定好透镜后组和图像源的位置，以防止实像离用户观看位置过近影响用户体验。
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 (9)

1.基于图像拼接的空中成像设备，其特征在于：包括沿光路方向依次排列的：图像源(1)：由多个显示单元(6)按阵列式排布组成；
透镜后组(3)：包含多个按阵列式排布的光学透镜单元(7)；
透镜前组(4)：通过透镜后组(3)的光经过透镜前组(4)汇聚在空中成实像(5)。
2.如权利要求1所述的基于图像拼接的空中成像设备，其特征在于：所述显示单元(6)与光学透镜单元(7)一一对应。
3.如权利要求1所述的基于图像拼接的空中成像设备，其特征在于：每个所述光学透镜单元(7)内均包括阿贝数大于50的透镜和阿贝数小于50的透镜。
4.如权利要求1所述的基于图像拼接的空中成像设备，其特征在于：所述透镜前组(4)包括平行设置的至少一片阿贝数大于50的透镜和至少一片阿贝数小于50的透镜。
5.如权利要求1所述的基于图像拼接的空中成像设备，其特征在于：透镜后组(3)的每个光学透镜单元(7)均采用多片菲涅尔透镜或者球面镜组合；或者，透镜后组(3)为非球面复眼透镜。
6.如权利要求1所述的基于图像拼接的空中成像设备，其特征在于：所述透镜前组(4)与实像(5)之间设有第一反射镜(8)。
7.如权利要求1所述的基于图像拼接的空中成像设备，其特征在于：每个所述显示单元(6)与透镜后组(3)之间设有第二反射镜(2)。
8.如权利要求1所述的基于图像拼接的空中成像设备，其特征在于：所述图像源(1)位于透镜后组(3)的焦平面上。
9.如权利要求1所述的基于图像拼接的空中成像设备，其特征在于：所述实像(5)呈现在透镜前组(4)的焦平面上。
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