CN211905883U - 一种多视点空中成像装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型一种多视点空中成像装置通过第一组光波导阵列单元中的多个高度不同的光波导排列，将第一组光波导阵列单元中的光波导与第一玻璃板相对应部分倾斜小于90度设置，通过把几个光波导阵列组合在一起巧妙的把光波导阵列各方向引导出的光束全部朝向规定的一点聚焦，使人们在360度的范围内都能观看到空中的影像，显示效果和产品体验更好，满足了各种场景的应用需求。同时，还具有多视角、高解像、无畸变、无色散的成像特性。

Description

一种多视点空中成像装置

技术领域

本实用新型涉及光学领域，具体而言，本实用新型涉及一种光学透镜。

背景技术

随着成像显示技术的发展，对成像的特性要求不断提高。空气成像技术是在光学透镜的一侧中配置的被投影物中发出的光在光学透镜里的镜面反射并同时透射该光学透镜平面，从而使该被投影物的镜影像在该光学透镜的另外一侧的空间中成像为实像，空气成像技术通过在空气中形成物品的影像，使得人们无需借助VR眼镜等辅助设备就可以看到物品的影像，给人以强烈的视觉震撼效果，受到越来越多人的关注和追捧。然而，现有的光学透镜结构的成像受到成像角度或成像方向的限制，而导致具有空中成像的结构，从不同的角度观看时，只有在其有效视角范围内一个角度可观看到空中的影像，而其它角度则看不到空中的影像。

发明内容

本实用新型的目的在于改进现有技术的不足，提供一种显示效果和产品体验更好的多视点都能看到空中影像的光学透镜结构，解决现有技术的不足。

为了达到上述目的，本实用新型的技术方案如下：

一种多视点空中成像装置，包括至少两个光波导阵列，所述每个光波导阵列由具有两个光学面的第一透明板、第二透明板，以及位于两个透明板之间的第一组光波导阵列单元和第二组光波导阵列单元组成，所述每组光波导阵列单元由多个长条状光波导组成，所述第一组光波导阵列单元中的长条状光波导由多个高度不同的光波导组成，所述第一组光波导阵列单元中的光波导和所述第一透明板相对应部分倾斜小于90度设置，所述第二组光波导阵列单元中的光波导和所述第一组光波导阵列单元中的光波导相对应部分的波导方向相互垂直，所述每个光波导阵列与各被投影物之间为一一对应的关系。

一种多视点空中成像装置，包括至少两个光波导阵列，所述每个光波导阵列由具有两个光学面的第一楔形透明板、第二透明板，以及位于两个透明板之间的第一组光波导阵列单元和第二组光波导阵列单元组成，所述每组光波导阵列单元由多个长条状光波导组成，所述第一组光波导阵列单元中的长条状光波导设置在第一楔形透明板相对应的斜面上，所述第一组光波导阵列单元中的光波导与所述第一楔形透明板相对应部分的斜面相互垂直，所述第二组光波导阵列单元中的光波导和所述第一组光波导阵列单元中的光波导相对应部分的波导方向相互垂直，所述每个光波导阵列与各被投影物之间为一一对应的关系。

一种多视点空中成像装置，包括至少两个光波导阵列，所述每个光波导阵列由具有两个光学面的第一透明板、第二透明板，以及位于两个透明板之间的第一组光波导阵列单元和第二组光波导阵列单元组成，所述每组光波导阵列单元由多个长条状光波导组成，所述第一组光波导阵列单元中的长条状光波导设置在倾斜的第一透明板相对应的主表面上，所述第一组光波导阵列单元中的光波导与所述倾斜的第一透明板相对应部分的主表面相互垂直，所述第二组光波导阵列单元中的光波导和所述第一组光波导阵列单元中的光波导相对应部分的波导方向相互垂直，所述每个光波导阵列与各被投影物之间为一一对应的关系。

所述第一组光波导阵列单元中的光波导全部朝向同一方向。

所述每个光波导阵列全部朝向规定的一点聚焦。

所述长条状光波导的两侧设置有反射层。

与现有技术相比，本实用新型一种多视点空中成像装置具有如下有益效果：

本实用新型一种多视点空中成像装置通过第一组光波导阵列单元中的多个高度不同的光波导排列，将第一组光波导阵列单元中的光波导与第一透明板相对应部分倾斜小于90度设置，通过把几个光波导阵列组合在一起巧妙的把光波导阵列各方向引导出的光束全部朝向规定的一点聚焦，使人们在360度的范围内都能观看到空中的影像，显示效果和产品体验更好，满足了各种场景的应用需求。同时，还具有多视角、高解像、无畸变、无色散的成像特性。

本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

图1为本实用新型实施例的多视点空中成像结构示意图；

图2为本实用新型实施例的结构示意图；

图3为本实用新型实施例的光波导阵列单元结构示意图；

图4为本实用新型实施例第一组光波导阵列单元中的多个高度不同的光波导结构示意图；

图5为本实用新型实施例中第一组光波导阵列单元中的光波导和第一透明板相对应部分倾斜小于90度的结构示意图；

图6为本实用新型实施例中第二组光波导阵列单元中的光波导和第一组光波导阵列单元中的光波导相对应部分的波导方向相互垂直的结构示意图；

图7为本实用新型实施例的内部光路原理图；

图8为本实用新型实施例的成像示意图；

图9为本实用新型实施例的另一例2个组合结构示意图；

图10为本实用新型实施例的第二实施例结构示意图；

图11为本实用新型实施例的第三实施例结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能解释为对本实用新型的限制。

请参阅图 1所示，本实用新型实施例多视点空中成像装置，具备：多视点空中影像显示光学系统A，作为实镜影像成像光学系统的一种，具备四个光波导阵列5，以及四个被投影物O，四个被投影物O与四个光波导阵列5每一个对应地配置。四个光波导阵列5中的光波导6全部朝向是四个光波导阵列5的中心的上空聚焦成像的点，调整光波导阵列5中的光波导6与第一透明板1相对应部分倾斜角度和调整四个被投影物O的位置以及朝向而使4个方向成的像P产生重合，从被投影物O中发出的光在光波导阵列5中的光波导6反射之后并同时透射该光波导阵列5平面，从而使该被投影物O的镜影像在该光波导阵列5的另外一侧的空间中成像为实镜影像P。

如图9所示，在第二实施方式的多视点空中成像装置中，具备两个光波导阵列5，以及两个被投影物O，两个被投影物O与两个光波导阵列5每一个对应地配置。两个光波导阵列5中的光波导6全部朝向是两个光波导阵列5的中心的上空聚焦成像的点，调整光波导阵列5中的光波导6与第一透明板1相对应部分倾斜角度和调整两个被投影物O的位置以及朝向而使两个方向成的像P产生重合，从被投影物O中发出的光在光波导阵列5中的光波导6反射之后并同时透射该光波导阵列5平面，从而使该被投影物O的镜影像在该光波导阵列5的另外一侧的空间中成像为实镜影像P。

另外，构成本多视点空中成像装置的光波导阵列5的数量是任意的，其数量越多，通过视点移动而成像空中像的光波导阵列5的切换中的像的连续性变得更自然，并且，也不易引起由于光波导阵列5中的一次反射光造成的问题，构成本多视点空中成像装置的光波导阵列可以是几个光波导阵列5拼成的，也可以在一块透明板上设置多个光波导阵列5。

如图9所示，在两个被投影物O彼此之间设置遮光板8。通过设置这样的遮光板8可以防止没有预想到的像成像于没有预想到的位置而被观察到。进而，在各光波导阵列5的上面，作为使各个特定方向的光线透射并且遮断其他特定方向的光线，粘贴设置视角调整膜9。具体而言，通过该光学膜9，不使从被投影物O中发出的光线直接透射各光波导阵列5的方向的光线到达视点V1、V2，从而防止通过光波导阵列5从视点V1、V2可以直接观察被投影物O，另一方面仅使通过光波导阵列5反射两次而透射光波导阵列5的方向的光线透射，从而可以从视点V1、V2仅观察被投影物O的实像P。

以下，对具体结构进行说明，如图2、图3、图4、图5、图6、图7和图8所示，

包括至少两个光波导阵列5，每个光波导阵列5由具有两个光学面的第一透明板1、第二透明板2，以及位于两个透明板之间的第一组光波导阵列单元3和第二组光波导阵列单元4组成，每组光波导阵列单元由多个长条状光波导6组成，第一组光波导阵列单元3中的长条状光波导6由多个高度不同的光波导组成，使人们观看成像时视角更好，第一组光波导阵列单元3中的光波导6和第一透明板1相对应部分倾斜小于90度设置，调整倾斜角度的大小可以使来自各方向成的影像重合，第二组光波导阵列单元4中的光波导6和第一组光波导阵列单元3中的光波导6相对应部分的波导方向相互垂直，形成两层整齐排列的正交镜面结构，第一组光波导阵列单元3中的光波导6全部朝向同一方向, 每个光波导阵列5全部朝向规定的一点聚焦,每个光波导阵列5与各被投影物O之间为一一对应的关系。任何点光源、平面光源和立体光源发射出来的分散的光线在经过此特殊结构的透镜后都会在透镜另一边相同位置重新聚焦成像，参照图7和8。

如图6所示，所述光波导6的两侧面分别设置有反射层7，用于对光线进行全反射。所述光波导的厚度为0.9mm，厚度越薄越好，第一组光波导阵列单元3和第二组光波导阵列单元4中的光波导厚度要相同。

图7示出了光路的工作原理：

在微米结构上，使用相互正交的反射层镜面结构，对任意光信号进行正交分解，原始信号被分解为信号X和信号Y两路相互正交信号，信号X在第一物理层，按照与入射角相同的反射角在镜表面进行全反射，此时信号Y保持平行第一物理层，穿过第一物理层后，在第二物理层表面按照与入射角相同的反射角在镜表面进行全反射，反射后的信号Y与信号X组成的反射后的光信号便与原始光信号成镜面对称。因此任意方向的光线经过此透镜均可实现镜面对称，任意光源的发散光经过此透镜便会在对称位置重新聚焦成像，成像距离与全息反射层与光源距离相同，为等距离成像，且像的位置在空中，不需要具体载体，直接把实像成现在空气中。因此，使用者所看到的空间中的影像即是实际存在的物体所散发出的光。

原始光源在经过光学透镜结构后,在光学透镜结构上发生上述过程，聚焦成像后的入射角分别为ß1，ß2，ß3，ß4… .. ßn，像与光学透镜结构的距离L ,则成像在光学透镜结构

与原始光源的等间距L处，可视角为2倍max(ß)，所以如果透镜的尺寸较小，仅在距离正面的一定距离才可看到影像；把几个透镜组合在一起把透镜引导出的光束全部朝向规定的一点聚焦，就可以使人们在360度的范围内都能观看到空中的影像，如果板的尺寸变大，即可实现更大的成像距离，从而增大视野率。

第二实施例，如图10所示，一种多视点空中成像装置，包括至少两个光波导阵列5，每个光波导阵列5由具有两个光学面的第一楔形透明板1、第二透明板2，以及位于两个透明板之间的第一组光波导阵列单元3和第二组光波导阵列单元4组成，每组光波导阵列单元由多个长条状光波导6组成，第一组光波导阵列单元3中的长条状光波导6设置在第一楔形透明板1相对应的斜面10上，第一组光波导阵列单元3中的光波导6与所述第一楔形透明板1相对应部分的斜面10相互垂直，第二组光波导阵列单元4中的光波导6和第一组光波导阵列单元3中的光波导6相对应部分的波导方向相互垂直，每个光波导阵列5与各被投影物O之间为一一对应的关系。本实施例的其他部分与上述实施例相同，不再赘述。

第三实施例，如图11所示，一种多视点空中成像装置，包括至少两个光波导阵列5，每个光波导阵列5由具有两个光学面的第一透明板1、第二透明板2，以及位于两个透明板之间的第一组光波导阵列单元3和第二组光波导阵列单元4组成，每组光波导阵列单元由多个长条状光波导6组成，第一组光波导阵列单元3中的长条状光波导6设置在倾斜的第一透明板1相对应的主表面11上，第一组光波导阵列单元3中的光波导6与倾斜的第一透明板1相对应部分的主表面11相互垂直，第二组光波导阵列单元4中的光波导6和第一组光波导阵列单元3中的光波导6相对应部分的波导方向相互垂直，每个光波导阵列5与各被投影物O之间为一一对应的关系。本实施例的其他部分与上述实施例相同，不再赘述。

与现有技术相比，本发明实施例一种光学透镜具有如下有益效果：

本实用新型一种多视点空中成像装置通过第一组光波导阵列单元中的多个高度不同的光波导排列，将第一组光波导阵列单元中的光波导与第一玻璃板相对应部分倾斜小于90度设置，通过把几个光波导阵列组合在一起巧妙的把光波导阵列各方向引导出的光束全部朝向规定的一点聚焦，使人们在360度的范围内都能观看到空中的影像，显示效果和产品体验更好，满足了各种场景的应用需求。同时，还具有多视角、高解像、无畸变、无色散的成像特性。

以上所述仅是本实用新型的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种多视点空中成像装置，其特征在于，包括至少两个光波导阵列，所述每个光波导阵列由具有两个光学面的第一透明板、第二透明板，以及位于两个透明板之间的第一组光波导阵列单元和第二组光波导阵列单元组成，所述每组光波导阵列单元由多个长条状光波导组成，所述第一组光波导阵列单元中的长条状光波导由多个高度不同的光波导组成，所述第一组光波导阵列单元中的光波导和所述第一透明板相对应部分倾斜小于90度设置，所述第二组光波导阵列单元中的光波导和所述第一组光波导阵列单元中的光波导相对应部分的波导方向相互垂直，所述每个光波导阵列与各被投影物之间为一一对应的关系。

2.一种多视点空中成像装置，其特征在于，包括至少两个光波导阵列，所述每个光波导阵列由具有两个光学面的第一楔形透明板、第二透明板，以及位于两个透明板之间的第一组光波导阵列单元和第二组光波导阵列单元组成，所述每组光波导阵列单元由多个长条状光波导组成，所述第一组光波导阵列单元中的长条状光波导设置在第一楔形透明板相对应的斜面上，所述第一组光波导阵列单元中的光波导与所述第一楔形透明板相对应部分的斜面相互垂直，所述第二组光波导阵列单元中的光波导和所述第一组光波导阵列单元中的光波导相对应部分的波导方向相互垂直，所述每个光波导阵列与各被投影物之间为一一对应的关系。

3.一种多视点空中成像装置，其特征在于，包括至少两个光波导阵列，所述每个光波导阵列由具有两个光学面的第一透明板、第二透明板，以及位于两个透明板之间的第一组光波导阵列单元和第二组光波导阵列单元组成，所述每组光波导阵列单元由多个长条状光波导组成，所述第一组光波导阵列单元中的长条状光波导设置在倾斜的第一透明板相对应的主表面上，所述第一组光波导阵列单元中的光波导与所述倾斜的第一透明板相对应部分的主表面相互垂直，所述第二组光波导阵列单元中的光波导和所述第一组光波导阵列单元中的光波导相对应部分的波导方向相互垂直，所述每个光波导阵列与各被投影物之间为一一对应的关系。

4.如权利要求1-3中任一项所述的一种多视点空中成像装置，其特征在于：所述第一组光波导阵列单元中的光波导全部朝向同一方向。

5.如权利要求1-3中任一项所述的一种多视点空中成像装置，其特征在于：所述每个光波导阵列全部朝向规定的一点聚焦。

6.如权利要求1-3中任一项所述的一种多视点空中成像装置，其特征在于：所述长条状光波导的两侧设置有反射层。

Images