一种用于3D悬浮成像的透镜阵列及其装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于3D悬浮成像的透镜阵列及其装置，该透镜阵列包括：球面固定板和透镜阵列次单元；球面固定板设有卡槽，透镜阵列次单元通过卡槽固定安装于球面固定板上。该装置包括：图像源、半反半透镜和透镜阵列；图像源用于产生图像光线能量；半反半透镜用于改变图像光线能量分布；透镜阵列用于将半反半透镜反射过来的光线能量按原方向返回；图像源设置于水平面，半反半透镜设置于图像源的上方，与水平面呈45

A lens array and its device for 3D suspension imaging

【技术实现步骤摘要】
一种用于3D悬浮成像的透镜阵列及其装置


[0001]本专利技术涉及悬浮成像领域，尤其涉及一种用于3D悬浮成像的透镜阵列及其装置。

技术介绍

[0002]悬浮成像或无介质空中成像(显示)系统能提供亦真亦幻的视觉体验，具有广泛的应用前景。新冠疫情形势严峻的背景下，无接触显示的应用需求日益增加，如公共场所的电梯按钮、售票机、柜员机等场合，悬浮成像显示以及无接触空中操控的方式能更有利于保障公众健康，防止病毒传播。而悬浮成像系统则能很好契合这种应用场景。
[0003]目前有多种技术方案实现无介质空中悬浮成像。常用的方法是使用雾或水滴作为虚拟屏幕显示悬浮在空中的图像，然而，虚拟屏幕很容易受到气流的影响，浮动图像的质量会恶化。另一种方案是使用大型凸透镜或菲涅耳透镜在空气中漂浮2D/3D图像。然而，浮动图像存在失真、颜色偏差和视角受限等问题。一种方案是使用由多个反射器组成的二面角反射器阵列(DCRA)实现浮动显示，然而，它的视角有限，在浮动图像周围观察到明显的残像。还有一种方案利用商用回复反射器(反光膜/逆光膜)实现无介质空中成像，然而目前市面上销售的回复反射器是针对道路安全设计，其技术指标要求逆反光线具有一定的发散角，因此这导致了使用这些反光膜搭建的悬浮成像系统成像质量模糊，分辨率不高。

技术实现思路

[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术的目的是提供一种用于3D悬浮成像的透镜阵列及其装置，能够提高悬浮成像的分辨率和稳定性且扩大视场角。
[0005]本专利技术所采用的第一技术方案是：一种用于3D悬浮成像的透镜阵列，包括：球面固定板和透镜阵列次单元；所述球面固定板设有卡槽，所述透镜阵列次单元通过所述卡槽固定安装于所述球面固定板上。
[0006]进一步，所述透镜阵列次单元包括透镜单元，所述透镜单元包括前表面、后表面和折射墙，所述前表面为透射面，所述后表面为反射面，所述折射墙设于所述前表面和所述后表面之间。
[0007]进一步，所述前表面和后表面均为球面，所述前表面与后表面共球心。
[0008]进一步，所述前表面的孔径小于后表面的孔径。
[0009]进一步，所述透镜单元的面型精度范围为1～10um，表面精度范围为1～50nm。
[0010]进一步，所述透镜单元的参数关系式如下：
[0011][0012]上式中，D1为前表面孔径，R1为前表面半径，R2为后表面半径，n为折射墙的折射率，k为1至8之间的任意值。
[0013]本专利技术所采用的第二技术方案是：一种用于3D悬浮成像的装置，包括：
[0014]图像源、半反半透镜和如上述透镜阵列；
[0015]所述图像源用于产生图像光线能量；
[0016]所述半反半透镜用于改变图像光线能量分布；
[0017]所述透镜阵列用于将半反半透镜反射过来的光线能量按原方向返回；
[0018]所述图像源设置于水平面，所述半反半透镜设置于图像源的上方，与水平面呈45
°
倾斜设置，所述透镜阵列设置于所述图像源和所述半反半透镜的后方。
[0019]进一步，所述透镜阵列的球心设置于观看位置。
[0020]本专利技术方法及系统的有益效果是：本专利技术首先通过设计一种用于3D悬浮成像的透镜阵列，该透镜单元的前表面为透射面，该后表面为反射面，实现入射光的原路折返；然后利用卡槽结构，将透镜阵列次单元拼接固定于球面固定板上，降低了加工难度和成本，提高了悬浮成像的稳定性；最后将透镜阵列应用于3D悬浮成像中，并将透镜阵列的球心设置于观看位置，扩大视场角且提高分辨率。
附图说明
[0021]图1是本专利技术一种用于3D悬浮成像的透镜阵列的结构示意图；
[0022]图2是本专利技术一种用于3D悬浮成像的装置的结构示意图；
[0023]图3是本专利技术具体实施例透镜阵列次单元的结构示意图；
[0024]图4是本专利技术具体实施例透镜单元的结构示意图；
[0025]图5是本专利技术具体实施例3D悬浮成像装置的结构示意图；
[0026]图6是本专利技术具体实施例3D悬浮成像装置的平面结构示意图；
[0027]图7是本专利技术具体实施例透镜单元参数设置示意图；
[0028]图8是本专利技术具体实施例的透镜阵列与平面型透镜阵列的效果对比图。
[0029]附图标记如下：
[0030]10、图像源；
[0031]20、半反半透镜；
[0032]30、透镜阵列；31、球面固定板；311、卡槽；32、透镜阵列次单元；33、透镜单元；331、前表面；332、后表面；333、折射墙；
[0033]40、子图像；
[0034]50、平面型透镜阵列。
具体实施方式
[0035]下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步的详细说明。对于以下实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。
[0036]参照图1、图3和图4，本专利技术提供了一种用于3D悬浮成像的透镜阵列，包括：球面固定板31和透镜阵列次单元32；球面固定板31设有卡槽311，透镜阵列次单元32通过卡槽311固定安装于球面固定板31上；透镜阵列次单元32包括透镜单元33，透镜单元33包括前表面331、后表面332和折射墙333，前表面331为透射面，后表面332为反射面，折射墙333设于前表面331和后表面332之间，折射墙333用于改变进入前表面331的光源的方向。
[0037]其中，折射墙333可以采用PMMA、亚克力、玻璃和光学环氧树脂能材料，后表面可以
进行镀膜呈反射面。
[0038]在进行应用时，如图4所示，入射光线从S1处进入，由于前表面331为透射面，所以入射光线的方向不会改变且将入射光线尽可能地打到透镜单元33的后表面332上，然后通过折射墙333改变了入射光线的方向，由于后表面332为反射面，可以将由前表面331折射来的光线实现关于入射光线对称地反射回前表面331处，最后光源从S2处射出。
[0039]为了降低像差，如图4所示，将前表面331设置为球面，且该前表面331孔径大小的一半位置作为聚焦标准，即入射高度为孔径大小一半的一条平行光线经过该前表面331后将准确地聚焦在透镜阵列30单元后表面332的正中心。
[0040]需要指出的是，前表面331也可以采用非球面或者自由曲面。
[0041]为了实现回复反射功能，如图4所示，将后表面332设置成球面，且该后表面332的球心与前表面331的球面的球心重合。
[0042]在进行应用时，由前表面331入射的光线聚焦到后表面332上时，由于该聚焦光线关于球面的法方向对称，因此入射光将经过后表面332对称地反射，使得反射光与原入射光的方向平行反向，实现回复反射功能。
[0043]需要指出的是，后表面332也可以采用非球面或者自由曲面。
[0044]参照图2，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于3D悬浮成像的透镜阵列，其特征在于，包括：球面固定板和透镜阵列次单元；所述球面固定板设有卡槽，所述透镜阵列次单元通过所述卡槽固定安装于所述球面固定板上。2.根据权利要求1所述一种用于3D悬浮成像的透镜阵列，其特征在于，所述透镜阵列次单元包括透镜单元，所述透镜单元包括前表面、后表面和折射墙，所述前表面为透射面，所述后表面为反射面，所述折射墙设于所述前表面和所述后表面之间。3.根据权利要求2所述一种用于3D悬浮成像的透镜阵列，其特征在于，所述前表面和后表面均为球面，所述前表面与后表面共球心。4.根据权利要求3所述一种用于3D悬浮成像的透镜阵列，其特征在于，所述前表面的孔径小于后表面的孔径。5.根据权利要求2所述一种用于3D悬浮成像的透镜阵列，其特征在于，所述透镜单元的面型精度范围为1～10um，表面精度范围为1～...

【专利技术属性】
技术研发人员：周延桂，申秋原，黎永耀，和河向，
申请(专利权)人：佛山科学技术学院，
类型：发明
国别省市：