CN105204149B

CN105204149B - 被动式定向反光成像装置

Info

Publication number: CN105204149B
Application number: CN201510719466.1A
Authority: CN
Inventors: 施慧; 吴凡; 吴东辉
Original assignee: Individual
Current assignee: Shandong Jiumu Hydrogen Energy Technology Co ltd
Priority date: 2015-10-30
Filing date: 2015-10-30
Publication date: 2021-05-11
Anticipated expiration: 2035-10-30
Also published as: CN105204149A

Abstract

本发明涉及屏幕成像领域，特别是涉及一种被动式定向反光成像装置。其特征是：装置由定向反光单元组成，定向反光单元至少包括透镜、反光镜、位移件，所述位移件驱动反光镜使反光镜和透镜之间的距离或相对位置根据输入的信号发生相应的变化。有益效果是：提供一种被动式定向反光成像装置，即由视频信号驱动定向反光单元（即像素）调制外部光源形成像素亮度灰度级，并由全体定向反光单元（即像素）合成图像（静止或活动图像），用于外部光源照射形成图像，如车灯照射广告、警示牌等，由于光照条件来自外部，本身不发光，可以节约大量的电能，同时，如广告牌，如果没有照明即没有车辆通过，主动发光是种浪费，而本发明解决了主动发光的无效广告耗能。

Description

被动式定向反光成像装置

技术领域

本发明涉及屏幕成像领域，特别是涉及一种被动式定向反光成像装置。

背景技术

屏幕成像如LED光点成像，其本质是所有不同亮度的光点（像素）的集合，当光点亮度发生变化就形成活动图像，由视频信号驱动各光点的亮度变化，其光点是主动发光。

发明内容

本发明的目的是提供一种被动式定向反光成像装置，即由视频信号驱动定向反光单元（即像素）调制外部光源形成像素亮度灰度级，并由全体定向反光单元（即像素）合成图像（静止或活动图像），用于外部光源照射形成图像，如车灯照射广告、警示牌等。

本发明采用的技术方案是：

一种被动式定向反光成像装置，其特征是：装置由定向反光单元组成，定向反光单元至少包括透镜、反光镜、位移件，所述位移件驱动反光镜使反光镜和透镜之间的距离或相对位置根据输入的信号发生相应的变化。

所述的一种被动式定向反光成像装置，其特征是：位移件由电磁铁和衔铁组成，所述电磁铁施加信号电压驱动衔铁带动反光镜使反光镜和透镜之间的距离随输入的信号发生变化。

或，所述的一种被动式定向反光成像装置，其特征是：位移件是压电器件，所述压电器件施加信号电压带动反光镜使反光镜和透镜之间的距离随输入的信号发生变化。

进一步。所述的一种被动式定向反光成像装置，其特征是：透镜为非尼尔透镜。

再进一步，所述的一种被动式定向反光成像装置，其特征是：组成装置的相邻定向反光单元分别为覆盖绿色滤光材料的定向反光单元G、覆盖蓝色滤光材料的定向反光单元B、覆盖红色滤光材料的定向反光单元R。

再进一步，所述的一种被动式定向反光成像装置，其特征是：非尼尔透镜为非尼尔球形透镜。

所述的一种被动式定向反光成像装置，其特征是：组成装置的相邻定向反光单元分别为覆盖绿色滤光材料的定向反光单元G、覆盖蓝色滤光材料的定向反光单元B、覆盖红色滤光材料的定向反光单元R。

所述的一种被动式定向反光成像装置，其特征是：透镜为球形透镜，反光镜为球形反光镜。

进一步，所述球形透镜半径为r1，所述球形反光镜半径为r2，满足：r2= nr1/2(n-1)，n为球形透镜的折射率。所述球形透镜和所述球形反光镜圆心重合的位置时反射光线的光强最大。

本发明的有益效果是：提供一种被动式定向反光成像装置，即由视频信号驱动定向反光单元（即像素）调制外部光源形成像素亮度灰度级，并由全体定向反光单元（即像素）合成图像（静止或活动图像），用于外部光源照射形成图像，如车灯照射广告、警示牌等，由于光照条件来自外部，本身不发光，可以节约大量的电能，同时，如广告牌，如果没有照明即没有车辆通过，主动发光是种浪费，而本发明解决了主动发光的无效广告耗能。

附图说明

图1为被动式定向反光成像装置的定向反光单元（即像素）。

图2为本发明定向反光单元采用球形透镜的理图。

图3为由定向反光单元组成的成像装置。

图4为本发明定向反光单元采用压电器件驱动的原理图。

图5为本发明定向反光单元采用电磁铁驱动的原理图。

图6为位移量和电压u的关系图。

图7为亮度值和电压u的关系图。

图8为本发明采用非尼尔透镜的方案。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为被动式定向反光成像装置的定向反光单元（即像素），101为透镜，102为反光镜，透镜101的焦点落在反光镜102的弧形立体面上，这样，当光源105的光线射向透镜101时，由透镜101聚焦在其焦点上，而处于焦点处的反光镜102将焦点处的光线反射至透镜101，由透镜101散射返回光线至观察者眼睛104，返回光线和入射方向相反，即原路返回。设置位移件103，位移件103驱动使反光镜102和透镜101之间可以发生位移，透镜101的聚焦点和反光镜102的反光点的距离发生变化，其效果是返回光线的光强发生变化，即距离变化对返回光线的光强进行调制，假设距离变化由电压信号u驱动，返回光线的亮度值和位移量成反比，并在一定的范围内成线性关系，图6为位移量和电压u的关系图，图7为亮度值和电压u的关系图，这样通过调制使返回光线携带信号u的调制信息，每一个定向反光单元相当于一个像素，这样全体像素的亮度或亮度变化表现为静止图像或活动图像。考虑到计算机处理要求，将亮度级别设置为255灰度级。

图2为本发明定向反光单元采用球形透镜的理图，图中，201为球形透镜，半径为r1，202为球形反光镜，半径为r2，球形透镜201和球形反光镜202圆心重合，球形透镜201由透明物质制成，如玻璃、有机玻璃等，如果由玻璃制球，等效于凸透镜，但不是通常的薄透镜，普通透镜公式不能直接套用，可以用折射定律与微积分求解，处理方法是：入射平行光的延长线与出射光的反向延长线交点的集合定义为主平面，会聚点与主平面的距离为等效焦距，微积分求解等效焦距为f=nr1/2(n-1) ，n为透明物质的折射率（相对于空气的相对折射率），一般玻璃的折射率在1.5～1.85之间，例如，假设n=1.5 ，焦距 f=nr1/2(n-1)=1.5r1，n=1.85 ，焦距 f=nr1/2(n-1)=1.85r1/1.7＝1.09r1 ，所以，一般玻璃球的焦点在距离球心1.09r1~1.5r1的范围内，如果n=2 ，焦距 f=nr1/2(n-1)=r1 ，即球形透镜201和球形反光镜202的球面重合。本发明装置要求平衡位置时r2=f，即球形反光镜位置和等效焦距面重合，所以r2= nr1/2(n-1) ，这个位置反射光线的光强最大，偏离这个位置反射光线的光强减弱，设置位移件103，位移件103驱动使球形反光镜202和球形透镜201之间可以发生位移，球形透镜201的聚焦点和球形反光镜202的反光点的距离发生变化，其效果是返回光线的光强发生变化，即距离变化对返回光线的光强进行调制，假设距离变化由电压信号u驱动，返回光线的亮度值和位移量成反比，并在一定的范围内成线性关系，这样返回光线就携带信号u的调制信息，每一个定向反光单元相当于一个像素，这样全体像素的亮度或亮度变化表现为静止图像或活动图像。

图3为由定向反光单元组成的成像装置，301为成像装置屏幕，屏幕由众多定向反光单元组成，定向反光单元的数量决定分辨率，如30万个定向反光单元则图像像素为30万。进一步，将三个相邻的定向反光单元分别设置为302定向反光单元G（绿色）、303定向反光单元B（蓝色）、304定向反光单元R（红色），三个相邻的定向反光单元组成一个彩色单元，这样就可以显示彩色图像。具体为302定向反光单元G（绿色）覆盖绿色滤光材料，303定向反光单元B（蓝色）覆盖蓝色滤光材料，304定向反光单元R（红色）覆盖红色滤光材料。

图4为本发明定向反光单元采用压电器件驱动的原理图，将压电器件401连接在球形反光镜202上，压电器件如PZT器件等可以在电压的作用下发生伸缩，在信号电压u的驱动下球形反光镜202相对于球形透镜201发生位移，这样信号电压u的信息调制在反射光线上。

图5为本发明定向反光单元采用电磁铁驱动的原理图，将衔铁501连接在球形反光镜202上，502为电磁铁，在电磁铁线圈上施加信号电压u，电磁铁吸引衔铁，这样带动球形反光镜202相对于球形透镜201发生位移，这样信号电压u的信息调制在反射光线上。

图8为本发明采用非尼尔透镜的方案，至少801为非尼尔透镜，包括非尼尔球形透镜，可选802为非尼尔反光镜，包括非尼尔球形反光镜，本发明所有方案均可用图8所示方案替代，采用非尼尔透镜的优势是结构比较薄，节约材料。

Claims

1.一种被动式定向反光成像装置，其特征是：装置由定向反光单元为像素组成屏幕，所述定向反光单元的功能是将入射光原路返回，位于观察者处的外部光源照射所述屏幕，由图像信号驱动定向反光单元调制所述外部光源形成像素亮度灰度级，观察者获得全体定向反光单元的原路返回光形成图像；

定向反光单元至少包括透镜、反光镜、位移件，所述位移件驱动反光镜使反光镜和透镜之间的距离或相对位置根据输入的信号发生相应的变化。

2.根据权利要求1所述的一种被动式定向反光成像装置，其特征是：位移件由电磁铁和衔铁组成，所述电磁铁施加信号电压驱动衔铁带动反光镜使反光镜和透镜之间的距离随输入的信号发生变化。

3.根据权利要求1所述的一种被动式定向反光成像装置，其特征是：位移件是压电器件，所述压电器件施加信号电压带动反光镜使反光镜和透镜之间的距离随输入的信号发生变化。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种被动式定向反光成像装置，其特征是：透镜为球形透镜，反光镜为球形反光镜。

5.根据权利要求4所述的一种被动式定向反光成像装置，其特征是：所述球形透镜焦距为f，所述球形反光镜半径为r2，满足：r2= f。

6.根据权利要求4所述的一种被动式定向反光成像装置，其特征是：所述球形透镜半径为r1，所述球形反光镜半径为r2，满足：r2= nr1/2(n-1)，n为球形透镜的折射率。

7.根据权利要求1或2或3所述的一种被动式定向反光成像装置，其特征是：组成装置的相邻定向反光单元分别为覆盖绿色滤光材料的定向反光单元G、覆盖蓝色滤光材料的定向反光单元B、覆盖红色滤光材料的定向反光单元R。

8.根据权利要求1或2或3所述的一种被动式定向反光成像装置，其特征是：透镜为非尼尔透镜。

9.根据权利要求8所述的一种被动式定向反光成像装置，其特征是：非尼尔透镜为非尼尔球形透镜。

10.根据权利要求9所述的一种被动式定向反光成像装置，其特征是：组成装置的相邻定向反光单元分别为覆盖绿色滤光材料的定向反光单元G、覆盖蓝色滤光材料的定向反光单元B、覆盖红色滤光材料的定向反光单元R。

11.根据权利要求8所述的一种被动式定向反光成像装置，其特征是：组成装置的相邻定向反光单元分别为覆盖绿色滤光材料的定向反光单元G、覆盖蓝色滤光材料的定向反光单元B、覆盖红色滤光材料的定向反光单元R。