CN106560733B - 一种空中成像元件、空中成像显示装置及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及光学成像领域，尤其是指一种用于空中成像元件、空中成像显示装置及其应用。为解决以上问题，本发明提供一种结构简单、生产成本低，适用于大型空中成像展示平台的光学元件。一种使入射图像的光线产生弯曲的光学元件，所述光学元件底部截面为球面反射面，所述光线在光学元件底部的反射面经过至少2次反射后，形成与入射图像对应的空中实像。应用空中成像技术，不需要任何媒介，可在不存在任何实物的空中，出现真实的映像。用手指可以触摸还可以操作空中映像，从而实现崭新的空中成像人机交互***。

Description

一种空中成像元件、空中成像显示装置及其应用
技术领域
本发明涉及光学成像领域，尤其是指一种用于空中成像元件、空中成像显示装置及其应用。
背景技术
随着科技的发展，空中成像技术的应用越来越多。
目前立体成像技术可分为三大类：1)双眼体视成像技术，立体图像由两幅具有视差的图像构成，观众需要戴上辅助装置观看，如双眼观片器、红绿(或红蓝)眼镜、偏振片眼镜、液晶光阀眼镜、立体头盔显示器等；2)光栅立体影像技术，立体图像由2幅以上的具有水平视差的图像合成，观众不需配戴眼镜即可观看立体画面，广泛应用在多媒体显示、广告展示、家庭装饰、婚纱摄影、立体印刷等行业；3)激光全息技术，记录图像需要用相干光，在全息防伪商标、卡片、包装材料上具有广泛的应用。此外，还有变焦距反光镜技术、凹面镜(或凸透镜)立体投影技术、发光晶体成像、烟雾和水幕成像等非主流立体显示技术。
立体图像的特点：一幅完美的立体图是由两个或多个图层组成，视觉上层次分明色彩鲜艳，具有很强的视觉冲击力，让观看的人驻景时间长，留下深刻的印象。立体图给人以真实、栩栩如生，人物呼之欲出，有身临其境的感觉，有很高的艺术欣赏价值。利用立体图像包装企业，使企业形象更加鲜明，突出企业实力和档次。增加影响力！更能突出产品的高品质和高档次。也可以做出色彩艳丽、层次分明的立体婚纱、照片，是当前影像业最新的卖点之一。
目前已有采用DCRA光学元件实现空中成像，但是限于对光学元件的精度要求：DCRA光学元件由100μm大小的微小镜子组合而成，其加工精度需要在数十纳米以内，所以只能用于小的图像的空中成像，而且加工成本很高。目前用于大型图像的空中成像技术还没有真正实现。
发明内容
为解决以上问题，本发明提供一种结构简单、生产成本低，适用于大型空中成像展示平台的光学元件。
一种使入射图像的光线产生弯曲的光学元件，所述光学元件底部截面为球面反射面，所述光线在光学元件底部的反射面经过至少2次反射后，形成与入射图像对应的空中实像。
优选的，所述球面反射面的直径小于1mm，优选为半球面。
优选的，所述光学元件为底部镀有反射膜的透明球体。
优选的，所述光学元件为底部镀有反射膜的透明半球体。
优选的，所述光学元件为底部镀有反射膜的透明空心球体。
优选的，所述光学元件为底部镀有反射膜的透明空心半球体。
优选的，所述光学元件为内侧镀有反射膜的透明空心半球体。
优选的，所述光学元件为底部镀有反射膜的透明圆柱体。
优选的，所述光学元件为底部镀有反射膜的透明半圆柱体。
优选的，所述光学元件为弧状反射面。
一种空中成像元件，包括1个或多个使入射图像的光线产生弯曲的光学元件，所述光学元件底部为球面反射面，所述光线在光学元件底部的球面反射面经过至少2次反射后，形成与入射图像对应的空中实像。
优选的，所述球面反射面的直径小于1mm，优选为半球面。
优选的，所述光学元件为底部镀有反射膜的透明球体。
优选的，所述光学元件整齐排列在一个水平面上。
优选的，所述光学元件通过粘合层固定在基板上。
优选的，所述基板为布面或硬板(颜色优选黑色或其它不透明的深颜色)。
另外，本发明还提供了一种空中成像的显示装置。
空中成像显示装置，包括多个使入射图像的光线产生弯曲的光学元件，所述光学元件底部为球面反射面，所述光线在光学元件底部的球面反射面经过至少2次反射后，形成与入射图像对应的空中实像；还包括用于承载入射图像的投影装置，投影装置显示的入射图像产生的光线经过空中成像元件，在空中形成实像。
优选的，所述球面反射面的直径小于1mm，优选为半球面。
优选的，所述光学元件为底部镀有反射膜的透明球体。所述透明圆球的折射率为2。
优选的，所述光学元件整齐排列在一个水平面上。
优选的，所述光学元件通过粘合层固定在基板上。
优选的，所述基板为布面。
优选的，所述投影装置可以通过有线或无线的方式进行人机互动。
另外，本发明还提供了空中成像显示装置在演讲题词、舞台演出、仪表显示及医疗***的应用。
本发明在讲台演讲、新闻播报等提供只有演讲者可以看到的提词实像，不影响拍摄就现场观众。
本发明可以将仪表表盘的信息在空中成像，方便观测，尤其对于汽车导航***的实用，减少驾驶员低头看导航的安全隐患。
本发明可以在演出的舞台中形成实像，减少了实物布景的不变和费用，也避免的现在使用屏幕背景的不真实感。
本发明可以在什么都没有的空中，使人们看到能够穿越的大型空中映像；可用于数字标牌和娱乐场所，导向标牌等应用；应用于观光场所，体验可穿越的城墙；应用于娱乐场所，体验裸眼观察空中楼阁。
本发明通过光学元件的反射实现空中成像，无需对图像做特殊处理，且成像有严格的定位(根据空中成像光学元件本身的结构及与光源的位置决定空中成像的位置)。
本发明采用底部为半圆弧反射面的光学元件，尤其是直接采用透明球体，制作方便，大大降低了成本；由于避免了精度设置，可以做任意大小的成像装置，可以用于大型空中成像，制作单体面积可为1平方米以上。
本发明的空中成像技术是目前为止从未有过的划时代的新型显示技术。通过应用空中成像技术，不需要任何媒介，可在不存在任何实物的空中，出现真实的映像。用手指可以触摸还可以操作空中映像，从而实现崭新的空中成像人机交互***。
空中成像是新型的传媒媒体、不仅是应用新型空中成像光学元件的装置开发与制造，而且空中成像的媒体内容即软件开发、制作也蕴藏着巨大的市场和商机。利用通过触摸空中映像而产生的人机互动效应，给游戏机开发、制造厂商，电影制作、发行商等提供了一个新的开发空间。随着新型成像光学元件的诞生，会波及到新的技术领域的产生。
附图说明
图1是本发明空中成像光学元件的结构示意图；
图2是本发明空中成像元件的结构示意图；
图3是本发明空中成像原理示意图。
图4是现有技术中的提词器使用原理示意图。
图5是本发明在新闻播报中使用效果示意图；
图6是图5中提词器工作示意图。
图7是本发明在演讲中使用示意图；
图8是图7中提词器工作示意图。
图9是本发明在体验裸眼观察空中楼阁示意图；
图10是本发明在可穿越的大型空中成像显示器使用示意图；
图11是本发明在感光场所体验可穿越的城墙示意图。
具体实施方式
下面结合和具体实施方式对本发明作详细说明。
实施例1
如图1-2所述，一种空中成像元件，为多个底部镀有反射膜2(球面反射面)的透明球体1整齐排列在一个水平面上，所述光线在透明球体1底部的反射膜2经过至少2次反射后，形成与入射图像对应的空中实像。所述透明球体1(即球面反射面2)的直径小于1mm。
所述透明球体1通过粘合层3固定在布面4(也可以为别的可以粘贴的板状物)上。
实施例2
包含实施例1的空中成像元件的空中成像显示装置，还包括用于承载入射图像的投影装置，投影装置显示的入射图像产生的光线经过空中成像元件，在空中形成实像。所述显示装置包括承载投影装置的箱体，箱体上端开口设有半透明反射镜，箱体内壁设有空中成像元件(逆反射屏)，如图3所示。
优选的，所述投影装置可以通过有线或无线的方式进行人机互动。
实施例3
如图5-6所示，一种提词器，包括主机和显示屏，主机放置于播报员使用的桌子11(或者如图7-8所示的演讲台14)下面或桌子内部，显示屏设在桌面下方，主机和显示屏连接，桌子内部设有空中成像元件，空中成像元件12(或图8所示演讲台中空中成像元件13)设置在显示屏上方，显示屏显示的文字或图像的光线通过空中成像元件12在空中形成实像R，播报员不需要低头可以直接看到。
其中，所述空中成像元件，包括1个或多个使入射图像的光线产生弯曲并在空中形成实像的光学元件1，所述光学元件为底部镀有反射膜的透明或半透明球体，所述透明或半透明球体整齐排列在一个水平面上(小球反射阵列)。所述显示屏中图像的光线在透明球体1底部的反射膜2经过至少2次反射后，形成与入射图像对应的空中实像。所述透明球体1(即球面反射面2)的直径小于1mm。
优选的，所述空中成像元件还包括一个半透明反射镜，可以将显示屏的光线部分反射到光学元件(小球反射阵列)上。并且可以根据需要调整角度。半透明反射镜和小球反射阵列的距离及角度决定空中成像的高度及成像的前后位置。
所述光学元件(小球反射阵列)通过粘合层3(胶)固定在布面4上。
优选的，所述提词器可以通过有线或无线的方式进行人机互动。
如图5-8，本发明在讲台演讲、新闻播报等提供只有演讲者可以看到的提词实像，不影响拍摄就现场观众。
本发明可以将仪表表盘的信息在空中成像，方便观测，尤其对于汽车导航***的实用，减少驾驶员低头看导航的安全隐患。
本发明可以在演出的舞台中形成实像，减少了实物布景的不变和费用，也避免的现在使用屏幕背景的不真实感。
如图9-11，本发明可以在什么都没有的空间，使人们看到能够穿越的大型空中映像；可用于数字标牌和娱乐场所，导向标牌等应用；应用于观光场所，体验可穿越的城墙；应用于娱乐场所，体验裸眼观察空中楼阁。

Claims (4)

1.一种空中成像元件，其特征在于：包括多个使入射图像的光线产生弯曲的光学元件，还包括位于光学元件上方或一侧半透明的反射镜，所述光学元件底部为球面反射面，所述光线在光学元件底部的反射面经过至少2次反射后，形成与入射图像对应的空中实像；所述球面反射面直径小于1mm；所述光学元件整齐排列在一个水平面上；所述光学元件为底部镀有反射膜的透明圆球；所述透明圆球的折射率为2。
2.一种空中成像显示装置，包括用于承载入射图像的投影装置，其特征在于：还包括权利要求1所述的空中成像元件，投影装置显示的入射图像产生的光线经过空中成像元件，在空中形成实像。
3.根据权利要求2所述的空中成像显示装置，其特征在于：所述投影装置通过有线或无线的方式进行人机互动。
4.一种根据权利要求2或3所述的空中成像显示装置在演讲提词、舞台演出、可穿越场景中的应用。
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