[發明專利]一種用于3D懸浮成像的透鏡陣列及其裝置

在審

• 申請號: 202210525285.5
• 申請日: 2022-05-15
• 公開（公告）號: CN114815010A
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發明（設計）人: 周延桂;申秋原;黎永耀;和河向
• 申請（專利權）人: 佛山科學技術學院
• 主分類號: G02B3/00
• 分類號: G02B3/00;G02B30/29;G02B30/56
• 代理公司: 深圳市創富知識產權代理有限公司 44367
• 代理人: 高冰

本發明公開了一種用于3D懸浮成像的透鏡陣列及其裝置，該透鏡陣列包括：球面固定板和透鏡陣列次單元；球面固定板設有卡槽，透鏡陣列次單元通過卡槽固定安裝于球面固定板上。該裝置包括：圖像源、半反半透鏡和透鏡陣列；圖像源用于產生圖像光線能量；半反半透鏡用于改變圖像光線能量分布；透鏡陣列用于將半反半透鏡反射過來的光線能量按原方向返回；圖像源設置于水平面，半反半透鏡設置于圖像源的上方，與水平面呈45°傾斜設置，透鏡陣列設置于圖像源和半反半透鏡的后方。通過使用本發明，能夠提高懸浮成像的分辨率和穩定性且擴大視場角。本發明作為一種用于3D懸浮成像的透鏡陣列及其裝置，可廣泛應用于懸浮成像領域。

技術領域

本發明涉及懸浮成像領域，尤其涉及一種用于3D懸浮成像的透鏡陣列及其裝置。

背景技術

懸浮成像或無介質空中成像(顯示)系統能提供亦真亦幻的視覺體驗，具有廣泛的應用前景。新冠疫情形勢嚴峻的背景下，無接觸顯示的應用需求日益增加，如公共場所的電梯按鈕、售票機、柜員機等場合，懸浮成像顯示以及無接觸空中操控的方式能更有利于保障公眾健康，防止病毒傳播。而懸浮成像系統則能很好契合這種應用場景。

目前有多種技術方案實現無介質空中懸浮成像。常用的方法是使用霧或水滴作為虛擬屏幕顯示懸浮在空中的圖像，然而，虛擬屏幕很容易受到氣流的影響，浮動圖像的質量會惡化。另一種方案是使用大型凸透鏡或菲涅耳透鏡在空氣中漂浮2D/3D圖像。然而，浮動圖像存在失真、顏色偏差和視角受限等問題。一種方案是使用由多個反射器組成的二面角反射器陣列(DCRA)實現浮動顯示，然而，它的視角有限，在浮動圖像周圍觀察到明顯的殘像。還有一種方案利用商用回復反射器(反光膜/逆光膜)實現無介質空中成像，然而目前市面上銷售的回復反射器是針對道路安全設計，其技術指標要求逆反光線具有一定的發散角，因此這導致了使用這些反光膜搭建的懸浮成像系統成像質量模糊，分辨率不高。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明的目的是提供一種用于3D懸浮成像的透鏡陣列及其裝置，能夠提高懸浮成像的分辨率和穩定性且擴大視場角。

本發明所采用的第一技術方案是：一種用于3D懸浮成像的透鏡陣列，包括：球面固定板和透鏡陣列次單元；所述球面固定板設有卡槽，所述透鏡陣列次單元通過所述卡槽固定安裝于所述球面固定板上。

進一步，所述透鏡陣列次單元包括透鏡單元，所述透鏡單元包括前表面、后表面和折射墻，所述前表面為透射面，所述后表面為反射面，所述折射墻設于所述前表面和所述后表面之間。

進一步，所述前表面和后表面均為球面，所述前表面與后表面共球心。

進一步，所述前表面的孔徑小于后表面的孔徑。

進一步，所述透鏡單元的面型精度范圍為1～10um，表面精度范圍為1～50nm。

進一步，所述透鏡單元的參數關系式如下：

上式中，D₁為前表面孔徑，R₁為前表面半徑，R₂為后表面半徑，n為折射墻的折射率，k為1至8之間的任意值。

本發明所采用的第二技術方案是：一種用于3D懸浮成像的裝置，包括：

圖像源、半反半透鏡和如上述透鏡陣列；

所述圖像源用于產生圖像光線能量；

所述半反半透鏡用于改變圖像光線能量分布；

所述透鏡陣列用于將半反半透鏡反射過來的光線能量按原方向返回；

所述圖像源設置于水平面，所述半反半透鏡設置于圖像源的上方，與水平面呈45°傾斜設置，所述透鏡陣列設置于所述圖像源和所述半反半透鏡的后方。

進一步，所述透鏡陣列的球心設置于觀看位置。