CN118151404A - 一种三次成像透明立体显示装置 - Google Patents

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吕国皎
袁荣英
马晓莉
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Abstract

为解决传统透明立体显示装置提供的立体像通常只能位于立体显示器的镜像范围内，且该镜像位于半透半反镜后方，其产生的立体深度视觉效果有限的问题，本发明提出了一种三次成像透明立体显示装置。该三次成像透明立体显示装置由立体显示器、透镜光组、半透半反镜组成。立体显示器经透镜光组成倒立实像，该倒立实像再经半透半反镜反射成虚镜像后供观看者观看。因立体显示器可由透镜光组作用成放大的倒立实像，从而可以扩大立体图像尺寸；此外，因半透半反镜用于反射位于半透半反镜之后的立体显示器倒立实像，从而使得立体显示器倒立实像的虚镜像位于半透半反镜之前，从而增强立体深度视觉效果。

Description

一种三次成像透明立体显示装置
技术领域
本发明属于立体显示技术领域，更具体地说，本发明涉及一种三次成像透明立体显示装置。
背景技术
传统透明立体显示装置，通常以立体显示器和半透半反镜组合而成。半透半反镜通过反射显示立体显示器的镜像，同时其通过透射作用显示后方的事物，从而实现透明显示。然而，因透明立体显示装置提供的图像通常只能位于立体显示器的镜像范围内，且该镜像位于半透半反镜后方，其产生的立体深度视觉效果有限。为解决这一问题，本发明提出了一种三次成像透明立体显示装置。该三次成像透明立体显示装置由立体显示器、透镜光组、半透半反镜组成。立体显示器经透镜光组成倒立实像，该倒立实像再经半透半反镜反射成虚镜像后供观看者观看。本发明中，因立体显示器可由透镜光组作用成放大的倒立实像，从而可以扩大立体图像尺寸；此外，因半透半反镜用于反射立体显示器倒立实像，而其倒立实像可以位于半透半反镜之后，从而使得立体显示器倒立实像的虚镜像位于半透半反镜之前，从而增强立体深度视觉效果。
发明内容
为解决传统透明立体显示装置提供的立体像通常只能位于立体显示器的镜像范围内，且该镜像位于半透半反镜后方，其产生的立体深度视觉效果有限的问题，本发明提出了一种三次成像透明立体显示装置。
该三次成像透明立体显示装置由立体显示器、透镜光组、半透半反镜组成。
半透半反镜与立体显示器分别置于透镜光组两侧，立体显示器到透镜光组的物距为l 1。
透镜光组为凸透镜，能实现光线汇聚，其焦距为f。
优选的，透镜光组采用菲涅尔透镜。
立体显示器到透镜光组的物距l 1大于1倍透镜光组焦距f。
优选地，立体显示器到透镜光组的物距l 1小于2倍透镜光组焦距2f。
透镜光组和半透半反镜的夹角为θ，该夹角θ可使得半透半反镜反射立体显示器经透镜光组出射的光线。
优选地，透镜光组与半透半反镜呈θ=45°夹角放置。
本发明的工作原理如下：
因立体显示器到透镜光组的物距l 1大于1倍透镜光组焦距f，立体显示器经透镜光组成实像于半透半反镜一侧；
立体显示器经透镜光组所成实像再经半透半反镜反射后，可成立体显示器倒立实像的虚镜像；
因几何光学中，实物不能在反射面之后反射成像，但实物的实像可以在反射面之后反射成像，故当立体显示器经透镜光组所成实像位于半透半反镜之后时，其反射所成的立体显示器倒立实像的虚镜像应位于半透半反镜之前。
再此过程中，立体显示器可成立体像，从而实现一次成像；透镜光组可成倒立实像，从而实现二次成像；半透半反镜可成虚镜像，从而实现三次成像。
此时，观看者可以通过半透半反镜看到立体显示器倒立实像的虚镜像。且因立体显示器倒立实像的虚镜像相对于传统模式下更靠前的位置，从而可以增强立体深度视觉效果。
此外，若立体显示器到透镜光组的物距l 1小于2倍透镜光组焦距2f，则立体显示器可由透镜光组作用成放大的倒立实像，从而可以扩大立体图像尺寸。
最后，半透半反镜通过反射作用实现立体像显示，其通过透射作用实现透明显示。
可选的，半反半透镜替换为反射镜以实现非透明立体显示。
可选的，立体显示器可以替换为2D显示器以实现2D图像的放大和浮出效果。
综上所述，因本发明中立体显示器可由透镜光组作用成放大的倒立实像，从而可以扩大立体图像尺寸；此外，因半透半反镜用于反射立体显示器倒立实像，而其倒立实像可以位于半透半反镜之后，从而使得立体显示器倒立实像的虚镜像位于半透半反镜之前，从而增强立体深度视觉效果。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明增强立体深度视觉原理示意图。
图标：100-立体显示器；200-透镜光组；300-半透半反镜；400-人眼；110-立体显示器倒立实像；120-立体显示器倒立实像的虚镜像；130-立体显示器实物所成像；500-地面。
应该理解上述附图只是示意性的，并没有按比例绘制。
具体实施方式
图1为本实施例提供的一种三次成像透明立体显示装置。
该三次成像透明立体显示装置由立体显示器100、透镜光组200、半透半反镜300组成。
半透半反镜300与立体显示器100分别置于透镜光组200两侧，立体显示器100到透镜光组200的物距l 1= 15 cm。
透镜光组200为菲涅尔透镜，能实现光线汇聚，其焦距f=10 cm。
立体显示器100到透镜光组200的物距l 1大于透镜光组200焦距f，且小于2倍透镜光组200焦距2f，故立体显示器100经透镜光组200成立体显示器倒立实像110。
根据物像关系，立体显示器倒立实像110的像距l 2应等于30 cm。
透镜光组和半透半反镜的夹角为θ，θ=45°，该角度可使得半透半反镜300反射立体显示器100经透镜光组200出射的光线。
本发明的工作原理如下：
因立体显示器100到透镜光组200的物距l 1大于1倍透镜光组200焦距f，立体显示器100经透镜光组200成实像于半透半反镜300一侧；
立体显示器100经透镜光组200所成的立体显示器倒立实像110再经半透半反镜300反射后，可成立体显示器倒立实像的虚镜像120；
因几何光学中，实物不能在反射面之后反射成像，但实物的实像可以在反射面之后反射成像，故当立体显示器100经透镜光组200所成的立体显示器倒立实像110位于半透半反镜300之后时，其反射所成的立体显示器倒立实像的虚镜像120应位于半透半反镜300之前。
再此过程中，立体显示器100可成立体像，从而实现一次成像；透镜光组200可成倒立实像，从而实现二次成像；半透半反镜300可成虚镜像，从而实现三次成像。
此时，观看者可以通过半透半反镜300看到立体显示器倒立实像的虚镜像120。且因立体显示器倒立实像的虚镜像120相对于传统模式下更靠前的位置，从而可以增强立体深度视觉效果。
请参考图2，传统模式下，立体显示器的镜像只能位于半透半反镜300之后的立体显示器实物所成像130位置；而本实施例中，立体显示器倒立实像的虚镜像120更靠近人眼400位置。
进一步的，因人眼可通过立体显示器倒立实像的虚镜像120或立体显示器实物所成像130看到立体图像。故立体显示器倒立实像的虚镜像120可以用于显示空间上距离人眼更近位置的立体图像，从而提升立体深度视觉效果。
具体而言，请参考图2，本实施例可以显示位于立体显示器倒立实像的虚镜像120之后且站立于地面500上的事物，而传统模式中，立体显示器实物所成像130只能显示位于立体显示器实物所成像130之后且站立于地面500上的事物，本发明具有更大的深度显示空间。
此外，因立体显示器倒立实像110的像距l 2等于30 cm，且立体显示器100到透镜光组200的物距l 1= 15 cm，则观看者可以看到尺寸放大为2倍的立体图像。
最后，半透半反镜300通过反射作用实现立体像显示，其通过透射作用实现透明显示。
综上所述，因本发明中立体显示器100可由透镜光组200作用成放大的倒立实像，从而可以扩大立体图像尺寸；此外，因半透半反镜300用于反射立体显示器倒立实像110，而立体显示器倒立实像110可以位于半透半反镜300之后，从而使得立体显示器倒立实像的虚镜像120位于半透半反镜300之前，从而增强立体深度视觉效果。

Claims (6)

1.一种三次成像透明立体显示装置，其特征在于：
该三次成像透明立体显示装置由立体显示器、透镜光组、半透半反镜组成；
半透半反镜与立体显示器分别置于透镜光组两侧，立体显示器到透镜光组的物距为l 1；
透镜光组为凸透镜，能实现光线汇聚，其焦距为f；
立体显示器到透镜光组的物距l 1大于1倍透镜光组焦距f；
透镜光组和半透半反镜的夹角为θ，该夹角θ的角度可使得半透半反镜反射立体显示器经透镜光组出射的光线。
2.如权利要求1所述的一种三次成像透明立体显示装置，其特征在于：
透镜光组采用菲涅尔透镜。
3.如权利要求1所述的一种三次成像透明立体显示装置，其特征在于：
立体显示器到透镜光组的物距l 1小于2倍透镜光组焦距2f。
4.如权利要求1所述的一种三次成像透明立体显示装置，其特征在于：
透镜光组与半透半反镜呈45度夹角放置。
5.如权利要求1所述的一种三次成像透明立体显示装置，其特征在于：
半反半透镜替换为反射镜以实现非透明立体显示。
6.如权利要求1所述的一种三次成像透明立体显示装置，其特征在于：
立体显示器替换为2D显示器。
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