数字图像或其序列、特别是自动立体图像或自动立体图像序列的虚拟空中投影的装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于数字图像(31)的虚拟空中投影的装置，包括：壳体(10)，其中设置有形成观察窗(15)的开口，用于观察所述数字图像(31)的虚拟空中图像(32)；光学系统，包括至少一个凹球面镜(24)，所述光学系统布置在所述壳体(10)中，使得它可以将接收到的入射光中的至少一些引向所述观察窗(15)，以便在那里形成数字图像(31)的虚拟空中图像(32)；显示屏(23)，用于显示要投影的所述数字图像(31)，其容纳在所述壳体(10)中面向所述球面镜(24)等于球面镜的焦距的两倍的距离处，并且与所述球面镜(24)的所述光轴(20)分开在垂直于该光轴(20)上至少等于显示屏(23)的高度的一半的距离。

A device for virtual aerial projection of a digital image or its sequence, especially an automatic stereo image or an automatic stereo image sequence

The invention relates to a device for virtual aerial projection of a digital image (31), which comprises a shell (10), wherein an opening for forming an observation window (15) is arranged to observe the virtual aerial image (32) of the digital image (31); an optical system, including at least one concave spherical mirror (24), the optical system is arranged in the shell (10) so that it can receive the incident light At least some of them are directed to the viewing window (15) to form a virtual aerial image (32) of the digital image (31); a display screen (23) for displaying the digital image (31) to be projected, which is accommodated in the shell (10) facing the spherical mirror (24) at a distance equal to twice the focal length of the spherical mirror, and separated from the optical axis (20) of the spherical mirror (24) at a distance perpendicular to the light A distance on the axis (20) equal to at least half the height of the display (23).

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】数字图像或其序列、特别是自动立体图像或自动立体图像序列的虚拟空中投影的装置
本专利技术涉及一种用于图像或图像序列的空中和虚拟投影的装置。本专利技术还涉及一种用于形成视频内容的自动立体图像或自动立体图像序列的空中和虚拟投影的装置。
技术介绍
用于对象的空中和虚拟投影的装置是这样一种装置，其可以将对象的图像投影在壳体中形成的窗口的前面，并且给观察者三维对象在空间中浮动的错觉。已知这种装置用于投影真实对象。该装置典型地包括：壳体(可以是或可以不是不透明的)，其具有用于形成虚拟图像的观察窗的开口；光学系统，通常是菲涅耳透镜或透镜或透镜组或凹面镜；以及对象，其布置在距光学系统一定距离处，该光学系统被配置为将对象的图像引向观察窗。例如，文献US6817716描述了这样一种装置，其包括：下部隔室，其中真实对象由光源照射；上部隔室，包括形成在前向侧上的观察窗；凹面镜和半反射平面镜，其关于观察窗在其上居中的凹面镜的光轴倾斜45度，其中所述半反射镜布置在观察窗和位于真实对象右侧的凹面镜之间。因此，对象的图像被在凹面镜的方向上倾斜45度的半反射镜部分地反射，其将图像返回到半反射镜，该半反射镜允许图像的部分通过观察窗。然后，观察者具有看到真实对象浮动在观察窗前面的印象。该解决方案的问题之一是如果真实对象被数字图像代替，则由凹面镜反射的图像的部分也被半反射镜朝向光源反射。这个返回的图像在真实对象的情况下仅很少有效，这是因为它是三维的并且是颠倒的(upsidedown)，使得它可以照射返回的对象而不改变它的外观和细节。这是因为真实对象是3D对象并且被非常明亮地直接照射，这意味着反射的图像不是非常具有破坏性。换句话说，在真实对象的情况下，返回的图像还构成(很少有例外，例如：表盘)真实对象的附加照明，其不干扰装置如何操作。另一方面，如果用平面屏幕代替真实对象以显示要以全尺度感知的数字图像，则返回的图像干扰源图像，这是因为它在完全相同的位置中形成并且在所述屏幕的表面上具有最大的清晰度，使得投影图像严重劣化。抵消这种现象的一种可能的解决方案可以是使数字图像的显示屏更靠近光学系统投影，以获得投影图像的放大效果。获得该放大是因为图像被进一步朝向观察者投影，并且因此使返回的图像散焦，使得它是漫射的，并且因此不再干扰原始图像，这不再处于同一平面上而是后退离得很远。另一方面，使凹面镜更接近显示屏对图像质量产生不利影响(通过给它与所使用的圆锥透视相关联的非常圆的外观)，显着地偏离了将对象平面与全尺度图像平面组合的条件。专利技术人已经寻求改进已知的装置并使真实对象的空中和虚拟投影技术适应数字图像，尤其是自动立体图像。自动立体图像由多个嵌套的基本图像组成，每个嵌套的基本图像对应于对象或场景的不同视点。观察自动立体图像涉及使用被布置在自动立体显示屏前面的选择性光学装置，诸如柱面透镜阵列。该选择性光学装置使得观察者的眼睛可以仅感知对应于两个不同视点的两个相应的基本图像，这给人3D立体体积向外弹出和在深度方面的幻觉。专利技术目的本专利技术的目的在于，提供一种用于数字图像的空中和虚拟投影的装置，其克服了已知解决方案的至少一些缺点。本专利技术的目的还在于，提供适用于自动立体图像或自动立体图像序列的这种装置。本专利技术的目的还在于，在至少一个实施例中，提供一种用于数字图像、特别是自动立体图像的空中和虚拟投影的装置，其改善观察者的视觉舒适度。本专利技术的目的还在于，在至少一个实施例中，提供一种用于数字图像、特别是自动立体图像的空中和虚拟投影的紧凑装置。本专利技术的目的还在于，提供一种用于数字图像、特别是自动立体图像的空中和虚拟投影的装置，其允许观察者与虚拟图像交互。本专利技术的目的还在于，在至少一个实施例中，提供一种用于数字图像、特别是自动立体图像的空中和虚拟投影的装置，该装置可用于各种行业中，特别是医药、汽车、航空、铁路、广告、博物馆、教育和培训等领域。本专利技术的目的还在于，在至少一个实施例中，提供一种用于数字图像的空中和虚拟投影的闭合装置，其允许在不可访问装置的组件的情况下以及在没有由垂直于主光学输出轴的窗口的存在引起的多次反射的情况下看到图像。
技术实现思路
为实现此目的，本专利技术涉及一种用于数字自动立体图像的空中和虚拟投影的装置，包括：-壳体，包括通过至少上壁和下壁彼此连接的前壁和后壁，所述前壁包括开口，其形成用于所述投影的数字自动立体图像的观察窗，-光学系统，包括具有光轴、焦距F、位于所述光轴上的曲率半径的中心C的至少一个凹球面镜，所述光学系统布置在所述壳体中，使得其可以将接收到的入射光的至少一部分引向所述观察窗，以形成数字图像的浮动虚拟图像，-显示屏，用于具有N个视点的自动立体图像，其覆盖有形成了光学组件的柱面透镜阵列以用于选择要投影的所述数字自动立体图像的视点，被容纳在所述壳体中与所述球面镜相对的大致等于焦距F的两倍的距离处，并且与所述球面镜的所述光轴在垂直于该光轴距上相距至少等于显示屏高度的一半距离，所述高度根据垂直于所述光轴的轴限定。在容纳在壳体中的显示屏上显示数字图像的情况下，根据本专利技术的装置允许通过观察窗的虚拟投影。根据本专利技术，显示屏相对于球面镜的光轴偏移至少等于显示屏高度的一半的距离，以防止由球面镜反射的图像与在显示屏上显示的原始图像相互作用。通过直接将观察窗定位在该返回图像的对面，在该情况下由球面镜反射的图像形成虚拟图像，或者经由通过一个或多个镜子、诸如半反射镜的一个或多个附加反射，并且通过将与由最后一个光学组件反射的图像相对的观察窗定位在由半反射镜如此形成的光路上，观察者可以看到由球面镜反射的该图像。由于显示屏容纳在壳体中在大致等于球面镜的焦距F的两倍的距离处，因此在与凹面镜的中心相同的位置中，投影在观察窗处的图像以全尺度反转。由于图像以全尺度投影，因此在没有任何放大的情况下它保留了源图像的质量，这使由光学投影系统引入的圆锥透视的几何失真最小化。取决于要投影的图像的类型，屏幕可以有利地枢转180度，使得投影图像对于观察者来说是正确向上的方式。另外，显示屏是具有N个视点的自动立体图像的显示屏，其覆盖有形成用于选择图像的视点的光学组件的柱面透镜阵列。本专利技术的这个方面使得能够投影从观察窗弹出的空中和浮动三维图像。与投影真实对象的三维图像不同(其受到圆锥透视的显着放大的影响)，该三维图像在没有过度放大的情况下保持等同于通过直接视觉所感知的。事实上，虽然三维效果是由于双目视觉，但自动立体图像是平坦的和共面的。根据本专利技术的第一变型，所述球面镜布置在壳体的后壁处，并且所述屏幕布置在所述壳体的所述前壁中形成的所述观察窗处，与所述观察窗相对于所述球面镜的光轴对称，使得由所述球面镜反射的屏幕图像在观察窗处直接形成图像的浮动和虚拟图像。虽然图像是虚拟和浮动的，但它位于观察窗中。根据本专利技术的第二变型，所述球面镜布置在所述壳体的所述上壁处，所述屏幕布置在所述壳体的所述下壁处，并且所述光学系统还另外包括倾斜的半反射镜，所述倾斜的半反射镜布置在将所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于数字自动立体图像(31)的空中和虚拟投影的装置，包括：/n-壳体(10)，包括通过至少上壁(13)和下壁(14)而彼此连接的前壁(11)、后壁(12)，所述前壁(11)包括开口，所述开口形成用于所述数字自动立体图像(31)的空中和虚拟图像(32)的观察窗(15)，/n-光学系统，包括具有光轴(20)、焦距F、位于所述光轴上的曲率半径的中心C的至少一个凹球面镜(24)，所述光学系统布置在所述壳体(10)中，使得其能将接收到的入射光的至少一部分引向所述观察窗(15)，以在所述观察窗处形成所述数字自动立体图像(31)的空中和虚拟图像(32)，/n-屏幕(23)，用于显示具有N个视点的自动立体图像，其覆盖有形成了光学组件的柱面透镜阵列以用于选择要投影的所述数字自动立体图像(31)的视点，在大致等于所述焦距F的两倍的距离处面对所述球面镜(24)被容纳在所述壳体(10)中，并且与所述球面镜(24)的所述光轴(20)在垂直于该光轴(20)上相距显示屏(23)的高度的至少一半的距离，所述高度(H)根据垂直于所述光轴(20)的轴限定。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170317 FR 17522451.一种用于数字自动立体图像(31)的空中和虚拟投影的装置，包括：
-壳体(10)，包括通过至少上壁(13)和下壁(14)而彼此连接的前壁(11)、后壁(12)，所述前壁(11)包括开口，所述开口形成用于所述数字自动立体图像(31)的空中和虚拟图像(32)的观察窗(15)，
-光学系统，包括具有光轴(20)、焦距F、位于所述光轴上的曲率半径的中心C的至少一个凹球面镜(24)，所述光学系统布置在所述壳体(10)中，使得其能将接收到的入射光的至少一部分引向所述观察窗(15)，以在所述观察窗处形成所述数字自动立体图像(31)的空中和虚拟图像(32)，
-屏幕(23)，用于显示具有N个视点的自动立体图像，其覆盖有形成了光学组件的柱面透镜阵列以用于选择要投影的所述数字自动立体图像(31)的视点，在大致等于所述焦距F的两倍的距离处面对所述球面镜(24)被容纳在所述壳体(10)中，并且与所述球面镜(24)的所述光轴(20)在垂直于该光轴(20)上相距显示屏(23)的高度的至少一半的距离，所述高度(H)根据垂直于所述光轴(20)的轴限定。


2.根据权利要求1所述的投影装置，其特征在于，所述球面镜(24)绕所述曲率半径的所述中心C枢转预定角度，并且所述显示屏(23)相对于所述球面镜(24)倾斜，使得所述屏幕的中心的法线垂直于所述球面镜(24)的切平面，以便补偿通过使所述显示屏相对于所述球面镜的光轴偏移而引入的投影图像的梯形效应。


3.根据权利要求1或2之一所述的装置，其特征在于，包括：至少一个传感器(40)，用于检测和识别观察者的移动，所述传感器安装在所述观察窗(15)附近的所述壳体(10)的所述前壁(11)或上壁(13)上；以及处理单元，其连接到所述传感器(40)和/或所述显示屏(23)，使得所述观察者的移动能控制所述显示屏(23)以修改投影图像，从而赋予所述观察者操纵所述投影图像的幻觉，和/或能控制被连接到所述处理单元的辅助设备，所述空中和虚拟图像(32)由此形成用于该辅助设备的控制界面。


4.根据权利要求1至3之一所述的装置，其特征在于，所述球面镜(24)布置在所述壳体的后壁(12)处，并且所述屏幕(23)布置在所述壳体的所述前壁(11)中形成的所述观察窗...

【专利技术属性】
技术研发人员：皮埃尔·阿利奥，
申请(专利权)人：阿利奥斯拷贝公司，
类型：发明
国别省市：法国;FR