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CN110908135A - 一种三维图像悬浮显示装置及方法 - Google Patents

一种三维图像悬浮显示装置及方法 Download PDF

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CN110908135A CN201911176520.7A CN201911176520A CN110908135A CN 110908135 A CN110908135 A CN 110908135A CN 201911176520 A CN201911176520 A CN 201911176520A CN 110908135 A CN110908135 A CN 110908135A
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杨神武
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Shenzhen Orbbec Co Ltd
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Shenzhen Orbbec Co Ltd
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Abstract

本发明实施例提供一种三维图像悬浮显示装置及方法,该三维图像悬浮显示装置包括:图像投影源以及光学平板;其中,所述图像投影源用于发出光线以形成待显示的三维图像;所述光学平板用于接收形成所述待显示的三维图像的光线,并将所述光线反射在空中形成三维悬浮图像;其中,所述光学平板相对于所述图像投影源呈倾斜放置。通过图像投影源发出形成待显示的三维图像的光线,所述光线经所述光线平板反射后在空中形成三维悬浮图像,从而实现了三维图像的悬浮显示。

Description

一种三维图像悬浮显示装置及方法
技术领域
本发明涉及立体显示技术领域,尤其涉及一种三维图像悬浮显示装置及方法。
背景技术
随着多媒体技术的不断发展,图像显示器已经成为现代生活中一个不可缺少的部分,从监测显示器到智能手机以及平板电视屏幕,图像显示器能够给用户以多种形式提供信息。目前,简单的平面二维显示技术已经不能满足人们的需求,二维图像只能使人们了解到世界某个空间侧面的信息,限制了人们对物体的全方位空间的立体认识,人们希望能够更直接的反应现实世界,能将虚拟图像或物体显示在空中。
悬浮显示技术近年来发展迅速,悬浮显示技术指的是不需要投影屏幕或者介质,直接将图像在空中悬浮显示,它能将虚拟图像或物体显示在空中,无需任何承载介质,具有很强的视觉冲击力。但是目前的悬浮显示设备只能显示平面图像,缺少了深度信息,无法显示真正的三维图像。
以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的发明构思及技术方案,其并不必然属于本专利申请的现有技术,在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下,上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题,本发明实施例提供一种三维图像悬浮显示装置及方法,旨在实现三维图像的悬浮显示。
本发明实施例提供一种三维图像悬浮显示装置,包括:图像投影源以及光学平板;其中,
所述图像投影源,用于发出光线以形成待显示的三维图像,并将形成所述待显示的三维图像的光线传输至所述光学平板;
所述光学平板,用于接收形成所述待显示的三维图像的光线,并将所述光线反射在空中形成三维悬浮图像;其中,所述光学平板相对于所述图像投影源呈倾斜放置。
在一些实施例中,所述图像投影源为三维图像投影源,其包括有二维平面显示设备和微透镜阵列;其中,所述微透镜阵列设置在二维平面显示设备出射光线的一面,所述二维平面显示设备与微透镜阵列之间的距离设置为等于或大于所述微透镜阵列的焦距。
在一些实施例中,所述光学平板与所述图像投影源之间的倾斜角度设置为(0,89°]。
在一些实施例中,所述二维平面显示设备用于发出光线,所述微透镜阵列用于调制所述光线的方向以形成待显示三维图像。
在一些实施例中,所述微透镜阵列包括有多个柱面透镜,多个所述柱面透镜的倾斜角度设置为(0,89°],多个所述柱面透镜的节距p设置为0<p<20mm。
在一些实施例中,所述微透镜阵列包括多个圆透镜,多个所述圆透镜构成的圆透镜阵列的排布方式为矩形排列或者六边形排列;所述圆透镜的直径d设置为0<d<20mm,相邻两个圆透镜的边缘间距q设置为0<q<8mm。
在一些实施例中,所述光学平板包括有第一微反光镜阵列和第二微反光镜阵列,其中,所述第一微反光镜阵列与所述第二微反光镜阵列呈正交设置。
本发明实施例提供一种三维图像悬浮显示方法,包括如下步骤:
S1:通过图像投影源发出光线以形成待显示的三维图像,并将形成所述待显示的三维图像的光线传输至光学平板;
S2:通过所述光学平板接收形成所述待显示的三维图像的光线,并将所述光线反射在空中形成三维悬浮图像,进行三维图像的悬浮显示;其中,所述光学平板相对于所述图像投影源呈倾斜设置。
在一些实施例中,步骤S1中,所述图像投影源为三维图像投影源,其包括有二维平面显示设备和微透镜阵列;其中,所述微透镜阵列设置在所述二维平面显示设备出射光线的一面,所述二维平面显示设备与微透镜阵列之间的距离设置为等于或大于所述微透镜阵列的焦距。
在一些实施例中,步骤S2中,所述光学平板包括第一微反光镜阵列和第二微反光镜阵列;其中,所述第一微反光镜阵列与所述第二微反光镜阵列呈正交设置,所述图像投影源发出光线以形成所述待显示的三维图像,并将所述光线依次传输至所述第一微反光镜阵列和所述第二微反光镜阵列,所述第一微反光镜阵列和所述第二微反光镜阵列将所述光线反射后在空中形成所述三维悬浮图像。
本发明实施例提供一种三维图像悬浮显示装置,包括:图像投影源以及光学平板;其中所述图像投影源用于发出光线以形成待显示的三维图像;所述光学平板用于接收形成所述待显示的三维图像的所述光线,并将所述光线反射在空中形成三维悬浮图像;其中,所述光学平板相对于所述图像投影源呈倾斜放置。通过图像投影源发出形成待显示的三维图像的光线,所述光线经所述光线平板反射后在空中形成三维悬浮图像,从而实现了三维图像的悬浮显示。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一个实施例三维图像悬浮显示装置的结构示意图;
图2a-2c为本发明一个实施例三维图像悬浮显示装置的图像投影源的微透镜阵列的示意图;
图3为本发明一个实施例三维图像悬浮显示装置的光学平板的示意图;
图4为本发明一个实施例三维图像悬浮显示装置的成像示意图;
图5为本发明另一个实施例三维图像悬浮显示方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图通过具体实施例对本发明进行详细的介绍,以使更好的理解本发明,但下述实施例并不限制本发明范围。另外,需要说明的是,下述实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构思,附图中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制,其实际实施时各组件的形状、数量及比例可为一种随意的改变,且其组件布局形态也可能更为复杂。
以下内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明,不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干等同替代或明显变型,而且性能或用途相同,都应当视为属于本发明的保护范围。
需要说明的是,当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件,它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件,它可以是有线连接到另一个元件或无线连接至该另一个元件上,连接用于数据传输作用。
此外,在本发明的说明书、权利要求书及附图中的术语中涉及“第一”或“第二”等的描述仅用于区别类似的对象,而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量,也就是说,这些描述不必用于描述特定的顺序或先后次序。此外,应该理解这些描述在适当情况下可以互换,以便描述本发明的实施例。在本发明实施例的描述中,“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。
图1为本发明实施例提供的一种三维图像悬浮显示装置10的结构示意图。所述悬浮显示装置10包括有图像投影源11以及光学平板104;其中,图像投影源11用于发出光线以形成待显示的三维图像103,并将形成待显示的三维图像103的光线传输至光学平板104;所述光学平板104用于接收形成待显示的三维图像103的光线,并将其反射在空中形成三维悬浮图像105;其中所述光学平板104相对于图像投影源11呈倾斜放置。
在一些实施例中,光学平板104与图像投影源11之间的倾斜角度设置为(0,89°]。具体的,当光学平板104与图像投影源11之间的倾斜角度为45°时,水平放置的图像投影源11发出的光线形成待显示的三维图像103通过该悬浮显示装置10后,在空中形成的三维悬浮图像105呈竖直方式显示。
本发明三维图像悬浮显示装置通过图像投影源发出形成待显示的三维图像的光线,所述光线经所述光学平板反射后在空中形成三维悬浮图像,从而实现了三维图像的悬浮显示。
在一些实施例中,图像投影源11为三维图像投影源,其包括二维平面显示设备101和微透镜阵列102;其中,微透镜阵列102设置在二维平面显示设备101出射光线的一面,二维平面显示设备101和微透镜阵列102之间的距离设置为等于或大于微透镜阵列102的焦距。可选地,二维平面显示设备101设置成水平放置,微透镜阵列102设置在二维平面显示设备101的上方。可以理解的是,所述二维平面显示设备101也可以设置成其他方式放置。具体地,二维平面显示设备101用于发出光线,微透镜阵列102接收从二维显示设备101发出的光线,并调节光线的方向以形成待显示的三维图像103。
在一些实施例中,二维平面显示设备101可以是液晶显示器、OLED、LED、投影仪或等离子显示器。在此对二维平面显示设备101不做任何的限制。
图2a、2b、2c为本发明实施例三维图像悬浮显示装置的图像投影源的微透镜阵列的示意图,如图2a所示,微透镜阵列102包括多个柱面透镜201,柱面透镜201的倾斜角度设置为(0,89°],多个柱面透镜201的节距p设置为0<p<20mm。
在一些实施例中,微透镜阵列102还可以设置为包括多个圆透镜202,如图2b所示,多个圆透镜202构成的圆透镜阵列的排布方式可以是矩形排列;如图2c所示,也可以是六边形排列,其中,圆透镜202的直径d设置为0<d<20mm,相邻两个圆透镜202的边缘间距q设置为0<q<8mm。在本发明实施例中,对微透镜阵列中的透镜的形状、透镜的排布方式和透镜的数量不做任何的限制。
图3为本发明一个实施例三维图像悬浮显示装置的光学平板的示意图,如图3所示,光学平板104包括第一微反光镜阵列301和第二微反光镜阵列302,其中,第一微反光镜阵列301与第二微反光镜阵列302呈正交设置。具体地,图像投影源11发出光线以产生待显示的三维图像103,并将光线依次传输至第一微反光镜阵列301和第二微反光镜阵列302,第一微反光镜阵列301和第二微反光镜阵列302反射后在空中形成三维悬浮图像105。
图4为本发明一个实施例的三维图像悬浮显示装置的成像示意图,如图4所示,图像投影源11发出正交两个方向的光线以形成待显示的三维图像103,并将形成待显示的三维图像的光线传输至光学平板104,光学平板104接收形成待显示的三维图像103的光线并将其反射在空中形成三维悬浮图像105;其中,待显示的三维图像103与三维悬浮图像105相对于光学平板104是对称的。
在一些实施例中,第一微反光镜阵列301和第二微反光镜阵列302分别包括多个平行放置的微小反光镜。在本发明实施例中,对微小反光镜的数量和形状不做任何的限制。
本发明另一个实施例为一种三维图像悬浮显示方法,参照图5所示,三维图像悬浮显示方法包括如下步骤:
S1:通过图像投影源发出光线以形成待显示的三维图像,并将形成所述待显示的三维图像的光线传输至光学平板;
S2:通过所述光学平板接收形成所述待显示的三维图像的光线,并将所述光线反射在空中形成三维悬浮图像,进行三维图像的悬浮显示;其中,所述光学平板相对于所述图像投影源呈倾斜设置。
在一些实施例中,光学平板104与图像投影源11之间的倾斜角度设置为(0,89°]。具体的,当光学平板104与图像投影源11之间的倾斜角度为45°时,水平放置的图像投影源11发出的光线形成待显示的三维图像103在空中形成的三维悬浮图像105呈竖直方式显示。
具体地,步骤S1中,图像投影源11为三维图像投影源,其包括二维平面显示设备101和微透镜阵列102;其中,微透镜阵列102设置在二维平面显示设备101出射光线的一面,二维平面显示设备101与微透镜阵列102之间的距离设置为等于或大于微透镜阵列102的焦距。可选地,二维平面显示设备101设置成水平放置,微透镜阵列102设置在二维平面显示设备101的上方。可以理解的是,所述二维平面显示设备101也可以设置成其他方式放置。具体地,二维平面显示设备101用于发出光线,微透镜阵列102接收从二维显示设备101发出的光线,并调节光线的方向以形成待显示的三维图像103。
在一些实施例中,二维平面显示设备101可以是液晶显示器、OLED、LED、投影仪或等离子显示器。在此对二维平面显示设备101不做任何的限制。
图2a、2b、2c为所述微透镜阵列的示意图,如图2a所示,微透镜阵列102包括多个柱面透镜201,柱面透镜201的倾斜角度设置为(0,89°],多个柱面透镜201的节距p设置为0<p<20mm。
在一些实施例中,微透镜阵列102还可以设置为包括多个圆透镜202,如图2b所示,多个圆透镜202构成的圆透镜阵列的排布方式可以是矩形排列;如图2c所示,也可以是六边形排列,其中,圆透镜202的直径d设置为0<d<20mm,相邻两个圆透镜202的边缘间距q设置为0<q<8mm。在本发明实施例中,对微透镜阵列中的透镜的形状、透镜的排布方式和透镜的数量不做任何的限制。
步骤S2中,光学平板104包括第一微反光镜阵列301和第二微反光镜阵列302,其中,第一微反光镜阵列301与第二微反光镜阵列302呈正交设置。具体地,图像投影源11发出光线以产生待显示的三维图像103,并将光线依次传输至第一微反光镜阵列301和第二微反光镜阵列302,第一微反光镜阵列301和第二微反光镜阵列302反射后在空中形成三维悬浮图像105。其中,待显示的三维图像103与三维悬浮图像105相对于光学平板104是对称的。
在一些实施例中,第一微反光镜阵列301和第二微反光镜阵列302分别包括多个平行放置的微小反光镜。在本发明实施例中,对微小反光镜的数量和形状不做任何的限制。
以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明,不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型,而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。在本说明书的描述中,参考术语“一种实施例”、“一些实施例”、“优选实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。
在本说明书中,对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外,在不相互矛盾的情况下,本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。尽管已经详细描述了本发明的实施例及其优点,但应当理解,在不脱离由所附权利要求限定的范围的情况下,可以在本文中进行各种改变、替换和变更。
此外,本发明的范围不旨在限于说明书中所述的过程、机器、制造、物质组成、手段、方法和步骤的特定实施例。本领域普通技术人员将容易理解,可以利用执行与本文所述相应实施例基本相同功能或获得与本文所述实施例基本相同结果的目前存在的或稍后要开发的上述披露、过程、机器、制造、物质组成、手段、方法或步骤。因此,所附权利要求旨在将这些过程、机器、制造、物质组成、手段、方法或步骤包含在其范围内。

Claims (10)

1.一种三维图像悬浮显示装置,其特征在于,包括:图像投影源以及光学平板;其中,
所述图像投影源,用于发出光线以形成待显示的三维图像,并将形成所述待显示的三维图像的光线传输至所述光学平板;
所述光学平板,用于接收形成所述待显示的三维图像的光线,并将所述光线反射在空中形成三维悬浮图像;其中,所述光学平板相对于所述图像投影源呈倾斜放置。
2.根据权利要求1所述的三维图像悬浮显示装置,其特征在于,所述图像投影源为三维图像投影源,其包括有二维平面显示设备和微透镜阵列;其中,所述微透镜阵列设置在二维平面显示设备出射光线的一面,所述二维平面显示设备与微透镜阵列之间的距离设置为等于或大于所述微透镜阵列的焦距。
3.根据权利要求1所述的三维图像悬浮显示装置,其特征在于,所述光学平板与所述图像投影源之间的倾斜角度设置为(0,89°]。
4.根据权利要求2所述的三维图像悬浮显示装置,其特征在于,所述二维平面显示设备用于发出光线,所述微透镜阵列用于调制所述光线的方向以形成待显示三维图像。
5.根据权利要求2或4所述的三维图像悬浮显示装置,其特征在于,所述微透镜阵列包括有多个柱面透镜,多个所述柱面透镜的倾斜角度设置为(0,89°],多个所述柱面透镜的节距p设置为0<p<20mm。
6.根据权利要求2或4所述的三维图像悬浮显示装置,其特征在于,所述微透镜阵列包括多个圆透镜,多个所述圆透镜构成的圆透镜阵列的排布方式为矩形排列或者六边形排列;所述圆透镜的直径d设置为0<d<20mm,相邻两个圆透镜的边缘间距q设置为0<q<8mm。
7.根据权利要求1所述的三维图像悬浮显示装置,其特征在于,所述光学平板包括有第一微反光镜阵列和第二微反光镜阵列,其中,所述第一微反光镜阵列与所述第二微反光镜阵列呈正交设置。
8.一种三维图像悬浮显示方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1:通过图像投影源发出光线以形成待显示的三维图像,并将形成所述待显示的三维图像的光线传输至光学平板;
S2:通过所述光学平板接收形成所述待显示的三维图像的光线,并将所述光线反射在空中形成三维悬浮图像,进行三维图像的悬浮显示;其中,所述光学平板相对于所述图像投影源呈倾斜设置。
9.根据权利要求8所述的三维图像悬浮显示方法,其特征在于,步骤S1中,所述图像投影源为三维图像投影源,其包括有二维平面显示设备和微透镜阵列;其中,所述微透镜阵列设置在所述二维平面显示设备出射光线的一面,所述二维平面显示设备与微透镜阵列之间的距离设置为等于或大于所述微透镜阵列的焦距。
10.根据权利要求8所述的三维图像悬浮显示方法,其特征在于,步骤S2中,所述光学平板包括第一微反光镜阵列和第二微反光镜阵列;其中,所述第一微反光镜阵列与所述第二微反光镜阵列呈正交设置,所述图像投影源发出光线以形成所述待显示的三维图像,并将所述光线依次传输至所述第一微反光镜阵列和所述第二微反光镜阵列,所述第一微反光镜阵列和所述第二微反光镜阵列将所述光线反射后在空中形成所述三维悬浮图像。
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