WO2019047173A1 - 一种空中成像系统及空中成像方法 - Google Patents

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lens
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transflective
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陈永新
曾宏
李振全
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深圳市盈天下广告有限公司
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B30/00—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images

Definitions

  • the present invention relates to the field of holographic display imaging, and more particularly to an aerial imaging system and an aerial imaging method.
  • the image is reflected by a transflective glass, and the image of the screen is reflected, and the virtual image is extended in the reverse direction along the reflection path, thereby finally forming a virtual image inside the glass (mirror principle), due to the transflective
  • the glass can see the back of the glass, the virtual image is merged with the scene behind the glass. From the perspective, the virtual image becomes a holographic image displayed in the air, but the shortcoming of this imaging is that it can only be seen and cannot be touched, and the clarity of the same image is not high. .
  • the present invention provides a high-definition imaging system that uses an optical component and a retroreflective material to display an image in the air to improve the brightness of the image and to be touched by the viewer, giving a sense of reality.
  • An aerial imaging system includes a cover body having a mouthpiece for viewing, a bottom of the cover body provided with a display for displaying an image, and a display disposed at an angle of 45 degrees above the display for the display to emit a transflective lens through which a portion of the light passes, a portion of the light emitted by the display passes vertically through the transflective lens, and above the transflective lens is provided for focusing the light passing through the transflective lens.
  • the optical component, the top of the cover is provided with a retroreflective layer for retroreflecting the focused light, and the retroreflected light is directed through the optical component to the transflective lens, and a portion of the retroreflected light is transflective.
  • the front side of the lens is totally reflected to the imaging position in front of the cornice for aerial imaging.
  • the retroreflective layer is formed of a retroreflective material, including but not limited to an engineering grade retroreflective material, an advertising grade retroreflective material, or a diamond grade retroreflective material.
  • the semi-reflective lens is formed of a transflective material having a reflectance of 30 ⁇ 3 ⁇ 4 to 70 ⁇ 3 ⁇ 4 and a light transmittance of 30 ⁇ 3 ⁇ 4 ⁇ 70 ⁇ 3 ⁇ 4. More preferably, the semi-transflective material includes, but is not limited to, PC, PMMA, PET or glass.
  • the display is an image generator, and the image generator includes but is not limited to a liquid crystal display
  • LED display LED display
  • OLED display OLED display
  • the optical component includes, but is not limited to, a convex lens, a single Fresnel lens, a double Fresnel lens or a Fresnel lens of different focal lengths.
  • the present invention also provides an aerial imaging method, comprising the following steps:
  • the display at the bottom of the cover emits light upwards, and a portion of the light emitted by the display passes through a transflective lens disposed at an angle of 45[deg.];
  • the light passing through the transflective lens is directed toward the optical component above the transflective lens, the optical component focusing the light passing through the transflective lens;
  • the light that has been focused by the optical component is directed upward toward the retroreflective layer above the optical component, and the retroreflective layer reverses the light, and the light is returned to the optical component;
  • the present invention provides an aerial imaging system and an aerial imaging method, in which part of the light emitted by the display passes through the transflective lens and the optical component, and then is retroreflected.
  • the original layer returns to the transflective lens, and then some of the returned light is totally reflected by the front side of the transflective lens to the imaging position in front of the cornice for aerial imaging, thereby displaying the image in the air and improving the displayed image.
  • Brightness the image is in front of the viewer, and the viewer reaches out and penetrates the image to get an unprecedented visual experience in the visual experience, giving a sense of reality.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of an aerial imaging system provided by the present invention
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of an aerial imaging system provided by the present invention
  • 3 is a schematic diagram 1 of a step of forming an image by an aerial imaging system according to the present invention
  • FIG. 4 is a second schematic diagram of the steps of forming an image by an aerial imaging system according to the present invention.
  • the aerial imaging system includes a cover 10, and the cover 10 is provided with a mouth 11 for viewing.
  • the bottom of the cover 10 is provided with a display 20 for displaying an image, and the display 20 is provided above.
  • the transflective lens 30 is disposed above the transflective lens 30.
  • the light is focused on the optical component 40.
  • the top of the cover 10 is provided with a retroreflective layer 50 for retroreflecting through the optical component 40.
  • the retroreflected light is directed through the optical component 40 to the transflective lens. 30.
  • a portion of the reverse returning light is totally reflected by the front side of the transflective lens 30 to the imaging position 60 in front of the cornice 11 for aerial imaging, thereby displaying the image in the air, improving the brightness of the displayed image, and the image is in the viewer's In front, the viewer reaches out and touches the image with transparency, and has an unprecedented visual experience in the visual experience, giving a sense of reality.
  • the spacing between the imaging position 60 and the cornice 11 is determined by the spacing between the display 20 and the half mirror 30.
  • the cover 10 can be provided with a mouthwash in four directions, and a half-reflecting lens 30 having a pyramid shape and a 45-degree inclination can be disposed in the cover body 10, so that an image can be displayed on the display.
  • the imaging position 60 in front of the fistula 11 is aerial imaged.
  • the retroreflective layer 50 is formed of a retroreflective material; the retroreflective material includes, but is not limited to, an engineering grade retroreflective material, an advertising grade retroreflective material, or a diamond grade retroreflective material.
  • the cover 10 is provided with a pair of mounting strips 12 for receiving the transflective lens 30, and the semi-transparent mirrors 30 are placed on the mounting strip 12 at an angle of 45 degrees to the horizontal plane.
  • the transflective lens 30 is formed of a transflective material having a reflectance of 30 ⁇ 3 ⁇ 4 ⁇ 70 ⁇ 3 ⁇ 4 and a light transmittance of 30 ⁇ 3 ⁇ 4 ⁇ 70 ⁇ 3 ⁇ 4; the transflective material includes but is not limited to PC (polycarbonate, PC engineering plastics), PMMA (polymethyl methacrylate, plexiglass), PET (polybutylene plastic) or glass.
  • the half mirror 30 has a reflectance of 50% and a light transmittance of 50%.
  • the display 20 is an image generator including, but not limited to, a liquid crystal display, an LED display, an OLE D display or projector.
  • the optical assembly 40 includes, but is not limited to, a convex lens, a single Fresnel lens, a double Fresnel lens, or a Fresnel lens of different focal lengths.
  • a display 20 is placed at the bottom of the cover 10 having a width of 283 mm, and a transflective lens 30 is placed at an angle of 45° from a position of 100 mm from the display 20, with a transflective
  • the lens 30 is spaced above 13 mm, and a Fresnel lens 40 having a focal length of 120 mm is horizontally placed, and a retroreflective layer 50 is disposed on the top of the cover spaced apart from the Fresnel lens 40 by 190 mm, and the imaging position 60 and the mouth 1 1 are The spacing is 80mm.
  • the present invention also provides an aerial imaging method, comprising the following steps:
  • the display 20 at the bottom of the cover 10 emits light upwards, and a portion of the light emitted by the display 20 passes through the transflective lens 30 which is disposed at an inclination of 45°;
  • step 1 a part of the light emitted by the display 20 passes through the half mirror 30, and the other part is totally reflected by the back surface of the half mirror 30 into the cover 10;
  • step 5 a portion of the light that is directed downward toward the half mirror 30 is partially reflected by the front side of the transflective lens 30 to an imaging position 60 in front of the opening 11 of the cover 10 for aerial imaging.
  • the other portion passes through the transflective lens 30.
  • the aerial imaging performed at the imaging position 60 is in front of the viewer, and the viewer is able to see the hand-penetrating touch of the image to the viewer, giving a sense of reality.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Elements Other Than Lenses (AREA)

Abstract

一种空中成像系统，包括罩体（10），罩体（10）上设有供观看的开口（11），罩体（10）的底部设有用于显示图像的显示器（20），显示器（20）的上方设有呈45度倾斜设置的供显示器（20）发出光线中的部分穿过的半透半反射镜片（30），显示器（20）发出的光线中有一部分垂直穿过半透半反射镜片（30），半透半反射镜片（30）上方设有用于对穿过半透半反射镜片（30）后的光线进行聚焦的光学组件（40），罩体（10）的顶部设有用于对聚焦后的光线进行逆反射的逆反射层（50），经逆反射后的光线经过光学组件（40）射向半透半反射镜片（30），一部分逆返回的光线经半透半反射镜片（30）正面全反射至处于开口（11）前方的成像位置（60）进行空中成像。与现有技术相比，空中成像系统及空中成像方法将图像显示在空中，观看者伸手可穿透性的触摸到图像，给人真实感。

Description

一种空中成像系统及空中成像方法 技术领域
[0001] 本发明涉及全息显示成像领域， 特别是一种空中成像系统及空中成像方法。
背景技术
[0002] 现有技术中， 成像是通过一块半透半反射玻璃， 将屏幕的影像反射， 虚像沿着 反射路径反向延长， 最终形成一个虚像在玻璃里面 （镜子原理） ， 由于半透半 反玻璃可以看到玻璃背后， 虚像跟玻璃背后的景物融合， 从视角上虚像成为了 一个在空中显示的全息影像， 但这种成像的缺点是只能看不能摸， 同吋影像的 清晰度不高。
技术问题
[0003] 针对上述问题， 本发明提供了一种高清成像系统， 利用光学组件和逆反射材料 在空中显示图像， 提高图像的明亮度， 并可供观看者触摸， 给人真实感。
问题的解决方案
技术解决方案
[0004] 本发明采用的技术方案为：
[0005] 一种空中成像系统， 包括罩体， 罩体上设有供观看的幵口， 罩体的底部设有用 于显示图像的显示器， 显示器的上方设有呈 45度倾斜设置的供显示器发出光线 中的部分穿过的半透半反射镜片， 显示器发出的光线中有一部分垂直穿过半透 半反射镜片， 半透半反射镜片上方设有用于对穿过半透半反射镜片后的光线进 行聚焦的光学组件， 罩体的顶部设有用于对聚焦后的光线进行逆反射的逆反射 层， 经逆反射后的光线经过光学组件射向半透半反射镜片， 一部分逆返回的光 线经半透半反射镜片正面全反射至处于幵口前方的成像位置进行空中成像。
[0006] 优选地， 所述逆反射层由逆反射材料形成， 所述逆反射材料包括但不限于工程 级逆反射材料、 广告级逆反射材料或钻石级逆反射材料。
[0007] 优选地， 所述半透半反射镜片由反射率为 30<¾~70<¾且透光率为 30<¾~70<¾的半 透半反射材料形成。 [0008] 更优选地， 所述半透半反射材料包括但不限于 PC、 PMMA、 PET或玻璃。
[0009] 优选地， 所述显示器为图像发生器， 所述图像发生器包括但不限于液晶显示器
、 LED显示器、 OLED显示器或投影器。
[0010] 优选地， 所述光学组件包括但不限于凸透镜、 单菲涅尔透镜、 双菲涅尔透镜或 不同焦距的菲涅尔透镜。
[0011] 本发明还提供一种空中成像方法， 包括以下步骤：
[0012] 1) 处于罩体底部的显示器发出方向朝上的光线， 显示器发出的光线中有一部 分穿过呈 45°倾斜设置的半透半反射镜片；
[0013] 2) 穿过半透半反射镜片的光线射向处于半透半反射镜片上方的光学组件， 光 学组件对穿过半透半反射镜片的光线进行聚焦；
[0014] 3) 经过光学组件聚焦后的光线朝上射向处于光学组件上方的逆反射层， 逆反 射层使得光线逆向， 光线原路返回射向光学组件；
[0015] 4) 原路返回射向光学组件的光线穿过光学组件， 并朝下射向半透半反射镜片
[0016] 5) 朝下射向半透半反射镜片中的部分光线经过半透半反射镜片正面全反射至 处于罩体上幵口前方的成像位置进行空中成像。 发明的有益效果
有益效果
[0017] 与现有技术相比， 本发明的有益效果在于： 本发明提供一种空中成像系统及空 中成像方法， 显示器发出的部分光线依次经过半透半反射镜片和光学组件， 再 经逆反射层原路返回至半透半反射镜片上， 再有部分返回的光线经半透半反射 镜片正面全反射至处于幵口前方的成像位置进行空中成像， 这样将图像显示在 空中， 提高显示图像的明亮度， 图像处于观看者的前方， 观看者伸手可穿透性 的触摸到图像， 在视觉体验上得到前所未有的视觉体验， 给人真实感。
对附图的简要说明
附图说明
[0018] 图 1为本发明提供的一种空中成像系统的示意图；
[0019] 图 2为本发明提供的一种空中成像系统的剖视图； [0020] 图 3为本发明提供的一种空中成像系统形成图像的步骤示意图一；
[0021] 图 4为本发明提供的一种空中成像系统形成图像的步骤示意图二。
实施该发明的最佳实施例
本发明的最佳实施方式
[0022] 根据附图对本发明提供的优选实施方式做具体说明。
[0023] 图 1至图 4， 为本发明提供的一种空中成像系统的优选实施方式。 如图 1至图 2所 示， 该空中成像系统包括罩体 10， 罩体 10上设有供观看的幵口 11， 罩体 10的底 部设有用于显示图像的显示器 20， 显示器 20的上方设有呈 45度倾斜设置的半透 半反射镜片 30， 显示器 20发出的光线中有一部分光线穿过半透半反射镜片 30， 半透半反射镜片 30上方设有用于对穿过半透半反射镜片 30后的光线进行聚焦的 光学组件 40， 罩体 10的顶部设有用于对穿过光学组件 40进行逆反射的逆反射层 5 0， 经逆反射后的光线经过光学组件 40射向半透半反射镜片 30， 一部分逆返回的 光线经半透半反射镜片 30正面全反射至处于幵口 11前方的成像位置 60进行空中 成像， 这样将图像显示在空中， 提高显示图像的明亮度， 图像处于观看者的前 方， 观看者伸手可穿透性的触摸到影像， 在视觉体验上得到前所未有的视觉体 验， 给人真实感。 成像位置 60与幵口 11之间的间距由显示器 20与半透半反射镜 片 30之间的间距决定。 优选地， 所述罩体 10上可以设置朝向四个方向的幵口， 罩体 10内可以设置呈金字塔形且 45度倾斜的半透半反射镜片 30， 这样在显示器 显示图像吋， 可在每个幵口 11前方的成像位置 60进行空中成像。
[0024] 所述逆反射层 50由逆反射材料形成； 所述逆反射材料包括但不限于工程级逆反 射材料、 广告级逆反射材料或钻石级逆反射材料。
[0025] 所述罩体 10内设有一对用于安放半透半反射镜片 30的安放条 12， 半透半反射镜 片 30安放在安放条 12上且与水平面呈 45度夹角。 所述半透半反射镜片 30由反射 率为 30<¾~70<¾且透光率为 30<¾~70<¾的半透半反射材料形成； 所述半透半反射材 料包括但不限于 PC (聚碳酸酯， PC工程塑料） 、 PMMA (聚甲基丙烯酸甲酯， 有机玻璃） 、 PET (聚对苯二甲酸类塑料)或玻璃。 优选， 该半透半反射镜片 30的 反射率为 50%且透光率为 50%。
[0026] 所述显示器 20为图像发生器， 其包括但不限于液晶显示器、 LED显示器、 OLE D显示器或投影器。
[0027] 所述光学组件 40包括但不限于凸透镜、 单菲涅尔透镜、 双菲涅尔透镜或不同焦 距的菲涅尔透镜。
[0028] 作为一种优选实施方式， 宽度为 283mm的罩体 10底部放置一个显示器 20， 在距 离显示器 20的 100mm的位置上呈 45°倾斜放置一块半透半反射镜片 30， 与半透半 反射镜片 30间隔 13mm的上方， 水平放置一块焦距为 120mm的菲涅尔透镜 40， 在 与菲涅尔透镜 40间隔为 190mm的罩体顶部设有逆反射层 50， 成像位置 60与幵口 1 1的间距为 80mm。
[0029] 本发明还提供一种空中成像方法， 包括以下步骤：
1) 处于罩体 10底部的显示器 20发出方向朝上的光线， 显示器 20发出的光线中 有一部分穿过呈 45°倾斜设置的半透半反射镜片 30;
2) 穿过半透半反射镜片 30的光线射向处于半透半反射镜片 30上方的光学组件 4 0， 光学组件 40对穿过半透半反射镜片 30的光线进行聚焦， （如图 3所示） ；
3) 经过光学组件 40聚焦后的光线朝上射向处于光学组件 40上方的逆反射层 50 ， 逆反射层 50使得光线逆向， 光线原路返回射向光学组件 40;
[0033] 4) 原路返回射向光学组件 40的光线穿过光学组件 40， 并朝下射向半透半反射 镜片 30;
[0034] 5) 朝下射向半透半反射镜片 30中的部分光线经过半透半反射镜片 30正面全反 射至处于罩体 10上幵口 11前方的成像位置 60进行空中成像， 如图 4所示。
[0035] 值得注意的是， 在步骤 1中， 显示器 20发出的光线中有一部分是穿过半透半反 射镜片 30， 而另一部分经过半透半反射镜片 30的背面全反射至罩体 10内； 而在 步骤 5中， 朝下射向半透半反射镜片 30的光线中有一部分经过半透半反射镜片 30 正面全反射至处于罩体 10上幵口 11前方的成像位置 60进行空中成像， 而另一部 分穿过半透半反射镜片 30。 在成像位置 60进行的空中成像， 处于观看者的前方 ， 观看者在观看吋伸手可穿透性的触摸到图像， 给人真实感。
[0036] 综上所述， 本发明的技术方案可以充分有效的实现上述发明目的， 且本发明的 结构及功能原理都已经在实施例中得到充分的验证， 能达到预期的功效及目的 ， 在不背离本发明的原理和实质的前提下， 可以对发明的实施例做出多种变更 或修改。 因此， 本发明包括一切在专利申请范围中所提到范围内的所有替换内 容， 任何在本发明申请专利范围内所作的等效变化， 皆属本案申请的专利范围 之内。

Claims

权利要求书
[权利要求 1] 一种空中成像系统， 其特征在于， 包括罩体， 罩体上设有供观看的幵 口， 罩体的底部设有用于显示图像的显示器， 显示器的上方设有呈 45 度倾斜设置的供显示器发出光线中的部分穿过的半透半反射镜片， 显 示器发出的光线中有一部分垂直穿过半透半反射镜片， 半透半反射镜 片上方设有用于对穿过半透半反射镜片后的光线进行聚焦的光学组件 ， 罩体的顶部设有用于对聚焦后的光线进行逆反射的逆反射层， 经逆 反射后的光线经过光学组件射向半透半反射镜片， 一部分逆返回的光 线经半透半反射镜片正面全反射至处于幵口前方的成像位置进行空中 成像。
[权利要求 2] 根据权利要求 1所述的空中成像系统， 其特征在于： 所述逆反射层由 逆反射材料形成， 所述逆反射材料包括但不限于工程级逆反射材料、 广告级逆反射材料或钻石级逆反射材料。
[权利要求 3] 根据权利要求 1所述的空中成像系统， 其特征在于： 所述半透半反射 镜片由反射率为 SO^^ O^且透光率为 SO^^ O^的半透半反射材料形 成。
[权利要求 4] 根据权利要求 3所述的空中成像系统， 其特征在于： 所述半透半反射 材料包括但不限于 PC、 PMMA、 PET或玻璃。
[权利要求 5] 根据权利要求 1所述的空中成像系统， 其特征在于： 所述显示器为图 像发生器， 所述图像发生器包括但不限于液晶显示器、 LED显示器、 OLED显示器或投影器。
[权利要求 6] 根据权利要求 1所述的空中成像系统， 其特征在于： 所述光学组件包 括但不限于凸透镜、 单菲涅尔透镜、 双菲涅尔透镜或不同焦距的菲涅 尔透镜。
[权利要求 7] 一种空中成像方法， 其特征在于， 包括以下步骤：
1) 处于罩体底部的显示器发出方向朝上的光线， 显示器发出的光线 中有一部分穿过呈 45°倾斜设置的半透半反射镜片；
2) 穿过半透半反射镜片的光线垂直射向处于半透半反射镜片上方的 光学组件， 光学组件对穿过半透半反射镜片的光线进行聚焦；
3) 经过光学组件聚焦后的光线朝上射向处于光学组件上方的逆反射 层， 逆反射层使得光线逆向， 光线原路返回射向光学组件；
4) 原路返回射向光学组件的光线穿过光学组件， 并朝下射向半透半 反射镜片；
5) 朝下射向半透半反射镜片中的部分光线经过半透半反射镜片正面 全反射至处于罩体上幵口前方的成像位置进行空中成像。
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