CN101339357A - 全方位立体虚像成像设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全方位立体虚像成像设备，包括一成像装置，用于提供实像像源；一框架，用于以一定倾斜角度设置反射膜；所述反射膜，由无色透明介质形成，具有部分透明、部分反射光学特性，倾斜设置在所述成像装置的光路上；所述框架为多棱锥形，用于以相同倾斜角度多方位设置多个所述反射膜。所述成像装置为多个投影仪或平板显示设备或CRT或灯箱，设置在与多个所述反射膜相对应位置。本发明的设备由于采用了特殊结构、形状的框架，在多个方位上同时倾斜安装多个反射膜，配合以与反射膜位置对应的多个实像源，获得了立体感强、可供多角度同时观看的立体虚像，使整台设备获得了逼真的视觉效果，可以广泛应用在广告、展示、演艺、会议、宣传等领域。

Description

全方位立体虚像成像设备

技术领域

本发明涉及投影光束的反射器领域，尤其涉及一种将图像投射到倾斜并部分反射的屏上以透过该屏获得具有纵深感的立体虚像的成像设备。

背景技术

在广告、展示、演艺、会议、宣传等应用领域，需要经常性地使用成像设备。以往主要是采用幻灯片或投影仪等设备获得二维的直接成像，上述技术虽应用广泛但缺陷明显，其一是三维的物体被形成二维的图像，成像效果无立体感，直观性差；其二是当报告人介入作为像源的幻灯片或投影仪和成像的屏幕之间时，会遮挡住一部分光线，使该区域的屏幕上无法投射到图像而形成黑影。

现有技术中还出现了一类利用“佩珀尔幻象(peppers ghost)”原理的成像设备。CN1166210A公开了一种“用于在舞台的背景上演示活动图象的设备”，涉及一种用于在使用图象发送器的情况下在舞台的背景或类似物上演示活动图象的设备。其技术方案是在舞台的地板上在其中部设一反射面，一个透明和光滑的薄膜在舞台的地板与顶棚或天花板之间沿舞台的整个宽度延伸。使薄膜的下端固定在反射面与背景之间的一个位置上、而它的上端则固定在顶棚上的一个位置更靠前的地方，以及，图象发射器安置在顶棚上，位于固定在那里的薄膜上端的前面，并对准反射面。采用这种设备电影和图象的演示可以轻松地进行，报告者本人可以进入图象中，而不会由此而干扰在投影屏上或通常在一个表面上的图象的演示。但上述设备实质只是对“佩珀尔幻象(peppers ghost)”的简单再现，只能满足观众从某一特定方向观看立体虚像的要求。

CN1957297A公开了一种“用于佩珀尔虚像幻影的投影设备和方法”，提供了一种图像投影设备，包括投影仪、框架以及至少部分透明的屏幕。该框架被布置成保持屏幕受张力，使得屏幕相对于来自投影仪的光的发射平面以一定角度倾斜；该屏幕具有前表面，被布置成使得从投影仪发射的光从该前表面上反射；以及该投影仪被布置成投影图像，使得形成图像的光入射到该屏幕上，从而由从该屏幕反射的光形成虚像，该虚像看上去似乎位于屏幕后方。

这种设备与之前***相比的优点在于，降低了屏幕的成本。此外，使用框架并配以第一、第二保持部件和拉紧带使屏幕无需直接固定在天花板或地板上，并因而屏幕所受张力可被调节。因此这种设备与原有技术的***相比增加了设备的实用性。

但在实际应用中，对立体虚像成像还有更进一步的需求。具体如，为吸引观众的注意力，展示者往往希望给观众以意料之外的图象效果。另一方面，观众在通过某一特定方向的观赏后，好奇心会驱使其观察整台设备的侧面及后面结构。因此，如利用观众的进一步需求和好奇心，继续吸引观众的注意力，成为该类装置的一个发展方向。

另外，虽然现有技术中的屏幕在一定程度上可被调节张力，但具体实施中屏幕的松弛程度随使用时间、屏幕大小等因素影响具有细微的差别，现有技术的调节结构中由于拉紧带具有柔性特质而对屏幕张力的微量调节难以获得理想效果，并且调整后的保持程度也较差。其最终后果是由于屏幕的平整度难以保持而造成获得的虚像变形失真。

因此，有必要对现有技术中的该类设备进行改进，以期获得更佳的使用效果，提高设备的实用性。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种可多角度、全方位形成立体虚像的立体虚像成像设备。

为实现上述目的，本发明提供了一种全方位立体虚像成像设备，包括：一成像装置，用于提供实像像源；一框架，用于以一定倾斜角度设置反射膜；所述反射膜，由无色透明介质形成，具有部分透明、部分反射光学特性，倾斜设置在所述成像装置的光路上；所述框架为多棱锥形，用于以相同倾斜角度多方位设置多个所述反射膜。所述成像装置为多个投影仪或平板显示设备或CRT或灯箱，设置在与多个所述反射膜相对应位置。

由于本发明的设备采用了特殊结构、形状的框架，在多个方位上同时倾斜安装多个反射膜，配合以与反射膜位置对应的多个实像源，使本发明的设备获得了多角度、多方位形成立体虚像的技术目的，获得了立体感强烈、可供多角度同时观看的立体虚像。

在实施中，上述技术方案不需要特别制作的片源，但需要同时控制多台播放设备，对播放操作的同步性有较高的要求。

因此，尤佳地，在上述技术方案中，所述成像装置还可以替换为一大尺寸的投影仪或平板显示设备或CRT或灯箱，该大尺寸的成像装置在与所述多个反射膜相对应的位置上分布有实像成像面。

采用大尺寸单一实像源的技术方案，需要特别制作的片源，即根据反射膜的数目和设置方位，在一个播放平面上同时提供与反射膜的数目相同、与反射膜的方位对应的实像成像，并将该多个实像成像同步投射到位于不同方位的多个反射膜上。采用该技术方案虽然前期片源的制作成本高，制作周期长，但与采用多个单独的实像片源的技术方案相比，该技术方案在后期播放中具有明显的优势。其一是，播放设备少，只需要一台播放设备，因此整台成像设备的成本明显降低。其二是，播放程序简单，只需要控制一台播放设备，因此不存在多台播放设备同时播放会遇到的同步性问题，在多方位观看成像时具有更完美的立体效果。

上述各种技术方案中，所述多棱锥形框架可以为三棱锥或四棱锥或五棱锥或六棱锥或八棱锥等各种规则的空间结构。

本发明的全方位立体虚像成像设备的另一特殊之处在于，所述框架在所述反射膜的至少一端部设置有膜台，所述膜台包括与所述框架固接的一滑槽，多个夹块沿所述反射膜端部的长度方向排列在所述滑槽中并夹持所述反射膜，各所述夹块通过调整钉可在所述滑槽中调整位移。

本发明的设备由于采用了特殊设计的膜台，仅需旋拧多个夹块上的调整钉即可实现反射膜的平整度调整，使整台设备在使用中具有良好的便利性。借助于螺纹结构，上述调整钉可以获得微量的位移调整，因而可以精确地控制反射膜的平整度。由于膜台中的各部件均采用了刚性的材料，因而膜台调整后夹块的位置保持度良好。

上述膜台结构中，所述滑槽还可以包括分置的两型材及设置在所述两型材之间的一“几”型夹块导轨。各所述夹块通过调整钉与所述两型材之一连接，并可沿所述“几”型夹块导轨调整位移。

在所述反射膜具有较大的规格尺寸时，所述框架中用于倾斜设置所述反射膜的斜梁为较佳地采用分段的结构，并在分段处设置有可调节的支撑柱。由于反射膜尺寸较大时，相应地斜梁的自重也较大，在长期使用中斜梁会因自重而下垂弯曲，导致固定在斜梁上的反射膜也弯曲，无法保持平整度。通过采用可调整的支撑柱，或是调整支撑柱的支撑点，保持斜梁的直线度，可改善反射膜的平整度。

作为又一种改进，所述成像装置设置在一升降装置上而可相对所述框架上升或下降。通过调节所述升降装置，可以调节投影屏与投影仪的距离，从而对应地控制虚像成像面的纵深。投影屏与投影仪的距离越大，虚像成像面的纵深越深；反之亦然。

为提高可操控性，结合现有的控制技术，所述成像设备还包括至少一触摸屏，所述触摸屏通过外部信号控制所述成像装置的播放内容。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明第一具体实施例的立体示意图；

图2是图1所示实施例中去除成像装置后的俯视示意图；

图3是图1所示实施例中成像装置布局的仰视示意图；

图4是图1所示实施例一侧的立体虚像成像效果示意图；

图5是图1所示实施例中膜台结构的剖视图；

图6是本发明中斜梁分段调整结构的局部放大示意图；

图7是本发明的第二具体实施例中的成像装置布局的仰视示意图。

具体实施方式

如图1、图2及图3所示，本发明的全方位立体虚像成像设备的主体部件主要包括成像装置、反射膜2及框架3。

成像装置用于提供实像像源。本实施例中，成像装置包括设置在与四个反射膜2相对应位置的四个投影屏11及其各自的投影仪1。

反射膜2由无色透明介质形成，具有部分透明、部分反射光学特性，可以选用玻璃、有机玻璃、塑料薄膜、PET等。本实施例中所采用的为透光度约80％的PET薄膜。四个反射膜2借助框架3的支撑分别从四个方位以45°倾斜设置在四个投影屏11的光路上以形成部分光学反射。

本发明的原理在于，利用多个与投影屏11成35°至50°夹角的透明反射膜2，对投影屏11发出的图像(实像)进行反射，并在反射线的反向延长线对应处5形成一个高质量的虚像。

本发明的特别之处在于，框架3为四棱锥形，用于以相同倾斜角度在四个不同方位上设置四个反射膜2。

本实施例中，在框架3的上方与四个反射膜2位置对应处分别悬挂设置了四台投影仪1，通过各自的投影屏11将实像图像以大致45°的角度投射到对应的反射膜2上，以满足四个反射膜2对实像像源的要求。

采用多台投影仪1以“并联(既同时、同步工作但互不干扰)”的方式同时从多个方位提供实像像源的技术方案，具有片源制作简单，制作周期短、成本地等优点。因为，对成像要求不高、图象简单的展示活动来说，具有一定的优势。但显然，为获得良好的全方位视觉效果，多台投影仪的播放作业必须保证高度的同步性。因此，在播放过程中对播放操作的同步性要求就明显提高。

如图4所示，本发明的全方位立体虚像成像设备由于采用了金字塔形特殊结构、形状的框架，在多个方位上同时倾斜安装多个反射膜，配合以与反射膜位置对应的多个实像源，使本发明的设备获得了多角度、多方位形成立体虚像的技术目的，获得了立体感强烈、可供多角度同时观看的立体虚像。

进一步地，对投影仪1和投影屏11而言，还通过一升降装置独立悬挂在框架3上方。升降装置为现有技术中所熟知，如电控的多个分设的液压杆等，图中未示出，本处不再详述。通过调节升降装置，可以调节投影屏11与反射膜2之间的距离，从而对应地控制虚像成像面5的纵深。投影屏11与反射膜2的距离越大，虚像成像面5的纵深越深；反之亦然。

为获得良好的光学反射效果，本发明的设备对反射膜2的平整度具有较高的要求。如果反射膜2的平整度较差，就会对实像光线形成散射，这种散射会极大降低图像的观看质量，难以获得逼真的视觉效果。因此如何获得并在长期使用中保持较高平整度的反射膜2，是本设备的技术原理得以获得良好实现的技术关键。本发明的特别之处还在于，框架3在反射膜2的两端部分别设置有两膜台4(两膜台4的结构相同，宽度尺寸不同，以下仅对其中一膜台的结构做以说明)。

如图5所示，膜台4包括与框架3固接的一滑槽，本实施例中滑槽的结构主要包括分置的两型材41、42及设置在两型材41、42之间的一“几”型夹块导轨43。多个夹块44通过螺钉441夹持住反射膜2后，沿反射膜2端部的长度方向排列在“几”型夹块导轨43中。在型材42侧向开设有多个用于插设调整钉45的调整孔421，各夹块44通过调整钉45与型材42连接。通过旋拧调整钉45，借助其中的螺纹结构，各夹块44可在两型材41、42及“几”型夹块导轨43组合成的滑槽中调整位移。

与以往的调整技术相比，本发明中所采用的膜台4结合斜梁31的组合结构使反射膜2完全地固定在一个平面框结构中，获得了一个高质量的初始平面度。当设备使用较长时间后，反射膜2会因失去部分弹性而使整张膜松驰，从而造成反射成像质量下降(变形及发生光线衍射)。借助于调整钉45和夹块44的螺纹配合，被夹持在其中的反射膜2可以随时方便地实现微量的调整，从而保证在整个设备的存续期间反射膜2形成的反射面的平整。

为保证框架3的刚性及强度，同时要满足设备整体的便携性，优选地采用铝合金型材构成框架3。为了减少长尺寸下材料本身因自重造成的形变带来的整个框架3畸变，在应用到大尺寸的框架时(如斜梁单支架长度超过3MM时)，本发明的设备还在斜梁31中增加了特别的调整方案。如图6所示，斜梁31被设计为两分段梁311、312，在两分段梁的结合处下方设置一个可调节的支撑柱313。支撑柱313的支撑面为一斜面，当斜梁31由于自重下垂而直线度不符合要求时，导致固定在斜梁31上的反射膜2也弯曲，无法保持平整度。通过调节支撑柱313的位置，也即移动支撑斜面的水平位置，就可以实现调节两分段梁311、312在垂直方向上的高度，从而保持整个斜梁31的直线度。

由于采用了特殊设计的膜台，本发明的设备仅需旋拧多个夹块上的调整钉即可实现反射膜的平整度调整，使整台设备在使用中具有良好的便利性。借助于螺纹结构，上述调整钉可以获得微量的位移调整，因而可以精确地控制反射膜的平整度。由于膜台中的各部件均采用了刚性的材料，因而膜台调整后夹块的位置保持度良好。与现有技术的方案相比，本发明中反射膜安装更为简单、方便，且更节约，使用寿命也更长，由于安装效果有保证，从而使得成像质量也要优于传统方法，最终成像形变更小，光衍现象也更少。因此本发明的技术方案具有突出的实质性特点和显著的有益效果。

进一步地，上述成像装置还可以简化为平板显示设备或CRT显视设备(如传统电视机、传统显示器等)，甚至是灯箱，使其发出的实象光线以大致45°角投射到反射膜2上，同样可以实现本发明的技术目的。投影仪或平板电视或CRT均为应用广泛的成像装置，使成像设备的组成更为容易，兼容性更强。本发明的设备对视频源的要求也十分宽泛，不仅可以用各种电脑做为视频回放设备，DVD机、MP4播放器甚至被照亮的照片、实物等都可以做为视频源。与传统方法相比，本发明对成像设备的要求低，也更灵活，兼容性也更好。

进一步地，整个全方位虚像成像设备的设置环境以亮度略低于通常的采光照明度为佳，以获得更好的光线对比度，凸现虚像的立体效果。

在整个全方位虚像成像设备的底面(尤其是略大于反射膜的垂直投影面范围)，通常是地面或舞台上，设置有不反光深色底板(一般为黑色或深灰色，图中未示出)。如前所述，实像光线的强度在虚像的清晰度和对比度中具有背离的两面性，因此，在实际应用中为保证虚像的清晰度，或多或少都会由于虚像和背景的对比度而产生灰白色背景。通过设置不反光深色底板，近乎完美地解决了传统方法一直无法解决的灰白色(乳白色)背景问题。与传统方式相比，本发明对安装环境的要求大为降低，具有更广泛的应用价值。

如图7所示，本发明的第二具体实施例的结构与第一具体实施例的结构基本相同，所不同之处在于，成像装置为一大尺寸的投影仪1及投影屏11，该大尺寸的成像装置在与四个反射膜2相对应的位置上分布有实像成像面111、112、113、114。

采用大尺寸单一实像源的技术方案，可以在各方位的实像成像面上同步播放独立的片源，具体如在本实施例中，在四个不同实像成像面111、112、113、114上同时提供四个与反射膜2的方位对应的实像成像，并将四个实像成像同步投射到位于不同方位的四个反射膜2上。采用该技术方案虽然前期片源的制作成本高，制作周期长，但与采用多个单独的实像片源的技术方案相比，该技术方案在后期播放中具有明显的优势。其一是，播放设备少，只需要一台投影仪，因此整台成像设备的成本明显降低。其二是，播放程序简单，只需要控制一台投影仪，因此不存在同步性问题，在多方位观看虚像成像时具有更完美的立体效果。

特别的是，在大尺寸单一实像源的技术方案，如果播放同一物体的多机位角度并经过后期制作的片源，可以实现在不同方位上看到同一物体不同角度的立体虚像，获得近乎完美的全息视觉效果。

为提高设备的可操控性，结合现有的控制技术，本发明的成像设备还包括至少一触摸屏(图中未示出)，该触摸屏可以通过外部信号控制投影仪1的播放内容，观众可以通过点击触摸屏选择播放自己有兴趣的内容甚至通过触摸屏及本发明解决方案玩立体游戏，提供了与观众的互动接口。做为互动概念的延伸，本方案还支持观众通过第三方SP平台(如短信或网站)进行互动。

本发明的设备可以根据演示场地的需要选取适合的尺寸。由于成像装置的组成宽泛，可以在各种规格的投影仪、平板显示设备、CRT显视设备、甚至是灯箱中选定，并且框架组成灵活，使本发明不仅适用于大尺寸解决方案(成像面积4米×3米甚至更大)，更能灵活地应用于小空间中，如成像尺寸为2米×2米或1米×1米甚至更小。与传统方式相比，本发明的设备尺寸更灵活，产品系列更丰富，应用也更广泛。

综上所述，本说明书中所述的只是本发明的几种较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (8)

1、一种全方位立体虚像成像设备，包括：

一成像装置，用于提供实像像源；

一框架，用于以一定倾斜角度设置反射膜；

所述反射膜，由无色透明介质形成，具有部分透明、部分反射光学特性，倾斜设置在所述成像装置的光路上；其特征在于：

所述框架为多棱锥形，用于以相同倾斜角度多方位设置多个所述反射膜。

2、如权利要求1所述的立体虚像成像设备，其特征在于：所述成像装置为多个投影仪或平板显示设备或CRT或灯箱，设置在与多个所述反射膜相对应位置。

3、如权利要求1所述的立体虚像成像设备，其特征在于：所述成像装置为一投影仪或平板显示设备或CRT或灯箱，在与所述多个反射膜相对应的位置上分布有实像成像面。

4、如权利要求1或2或3任一所述的立体虚像成像设备，其特征在于：所述框架在所述反射膜的至少一端部设置有膜台，所述膜台包括与所述框架固接的一滑槽，多个夹块沿所述反射膜端部的长度方向排列在所述滑槽中并夹持所述反射膜，各所述夹块通过调整钉可在所述滑槽中调整位移。

5、如权利要求4所述的立体虚像成像设备，其特征在于：所述滑槽包括分置的两型材及设置在所述两型材之间的一“几”型夹块导轨。

6、如权利要求1或2或3或5任一所述的立体虚像成像设备，其特征在于：所述框架中用于倾斜设置所述反射膜的斜梁为分段结构，并在分段处设置有可调节的支撑柱。

7、如权利要求1或2或3任一所述的立体虚像成像设备，其特征在于：所述成像装置设置在一升降装置上而可相对所述框架上升或下降。

8、如权利要求1或2或3或5任一所述的立体虚像成像设备，其特征在于：所述成像设备还包括至少一触摸屏，所述触摸屏通过外部信号控制所述成像装置的播放内容。

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