一种显示系统及成像装置

技术领域

本发明涉及显示系统技术领域，尤其是涉及一种显示系统及成像装置。

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。三维实像成像装置一般采用空气成像平板透镜在空气中成像，空气成像平板透镜一般采用长条形反射器或者二面角反射器，采用二面角反射器的方案利用两块透明基板之间压印周期性且斜45°排布地尺寸相等的二面角矩形反射器或长条形反射器，通过二次反射进行空气成像。

但是目前的空气成像装置放大率只有1，空气成像有鬼影，其光学系统不具备放大的功能和远距离成像功能，要想增大成像和远距离成像就得加大设备的体积，此外，显示器件的尺寸越大，也会导致设备的体积增大，因此体积过大而使应用领域受限，同时其成像系统不利于设备的小型化和便携性。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种显示系统，可以增大和远距离成像，成像无鬼影，能够有效解决现有成像装置体积过大和不能远距离成像而使应用领域受限的问题。解决现有技术的不足。

本发明进一步地提出了一种成像装置。

根据本发明的显示系统，包括：显示器件、成像透镜和投影物镜；所述显示器件和所述投影物镜设置在所述成像透镜的两侧，所述显示器件用于显示图像并发射图像光线；所述成像透镜用于将所述图像光线进行汇聚成浮空实像并反射至所述投影物镜；所述投影物镜用于将入射的浮空实像进行放大并近距离或远距离投影在空中形成浮空实像。

根据本发明的显示系统，通过设置有成像透镜和投影物镜可以呈现更大尺寸的浮空实像和远距离的浮空实像，成像无鬼影，从而实现较小的图像源呈现较大的图像，也就是可以在不改变原有空气成像装置体积的前提下，能获得更大的图像和远距离的图像，增强用户的体验感。

在本发明的一些示例中，所述显示器件为LCD、LED、OLED、LCOS、DLP或者投影机中的一种。

在本发明的一些示例中，所述投影物镜由多个镜片组成，投影物镜包括短焦物镜和长焦物镜，短焦物镜能够在很短的距离，投射出较大面积的浮空实像，长焦物镜可以在很远的位置，投射出理想的浮空实像尺寸。

在本发明的一些示例中，所述显示系统还包括：反射镜，所述反射镜为至少一个，所述反射镜为平面反射镜或所述反射镜为曲面反射镜；和/或，所述反射镜设置于所述成像透镜的显示器件一侧，所述图像光线投射至所述反射镜上，所述反射镜用于将投射光线反射至所述成像透镜；

所述反射镜设置于所述成像透镜的投影物镜一侧，所述成像透镜汇聚成的浮空实像投射至所述反射镜上，所述反射镜用于将投射浮空实像反射至所述投影物镜。

在本发明的一些示例中，所述显示系统还包括：控制模块和交互传感模块，所述交互传感模块用于检测用户在所述浮空实像处的操作，所述交互传感模块与所述控制模块连接，所述控制模块与所述显示器件连接。

在本发明的一些示例中，所述显示系统还包括：语音模块，所述语音模块用于接收用户的语音，所述语音模块与所述控制模块电连接。

在本发明的一些示例中，所述成像透镜包括两个透明面板和光波导阵列，所述光波导阵列由一基板组成，所述基板两面分别设有多个长条形状凹槽，所述基板两面的长条形状凹槽底部部分相通，使该基板形成上下两组光波导阵列，在所述长条形状凹槽内壁设有反射面，所述基板两面的长条形状凹槽内壁的反射面相互垂直，所述光波导阵列设置于两个所述透明面板之间。

在本发明的一些示例中，所述成像透镜包括两个透明面板和光波导阵列，所述光波导阵列由第一基板和第二基板组成，所述第一基板和第二基板上分别设有多个长条形状通孔，在所述长条形状通孔内壁设有反射面，所述第一基板中的长条形状通孔内壁的反射面与所述第二基板中的长条形状通孔内壁的反射面相互垂直，所述光波导阵列设置于两个所述透明面板之间。

在本发明的一些示例中，所述成像透镜为微透镜阵列、菲涅尔透镜组、长条形反射器或二面角反射器中的一种。

根据本发明的成像装置，包括：以上所述的显示系统。

本发明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，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1是根据本发明实施例的显示系统的示意图；

图2是根据本发明一个实施例的成像透镜的结构示意图；

图3是根据本发明一个实施例的成像透镜光波导阵列的结构示意图；

图4是根据本发明另一个实施例的成像透镜的结构示意图；

图5是根据本发明另一个实施例的成像透镜光波导阵列的结构示意图；

图6是根据本发明实施例的成像透镜光波导阵列的反射面正交的结构示意图；

图7是根据本发明实施例的成像透镜的内部光路原理图；

图8是根据本发明实施例的成像透镜的成像示意图；

图9是根据本发明一个实施例的显示系统的结构和光路的原理图；

图10是根据本发明另一个实施例的显示系统的结构和光路的原理图；

图11是根据本发明实施例的显示系统交互控制示意图；

图12是根据本发明一个实施例的成像装置的框图。

附图标记：

成像装置100；

显示系统10；

显示器件2、成像透镜1和投影物镜3，浮空实像4；

第一透明面板11、第二透明面板13、光波导阵列12、基板14、反射面15、第一基板16、第二基板17、反射镜18、控制模块20、交互传感模块30、语音模块40和电源模块50。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，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，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

请参阅图 1-图11所示，本发明实施例一种显示系统10，包括显示器件2、成像透镜1和投影物镜3。其中显示器件2和投影物镜3分别设置在成像透镜1的两侧，显示器件2用于显示图像并发射图像光线，例如，显示器件2可以显示引导画面或者功能画面或者其它人机交互界面图像。成像透镜1用于将显示器件2发出的图像光线进行汇聚成浮空实像并反射至投影物镜3上，投影物镜3用于将入射的浮空实像进行放大并近距离或远距离投影在空中形成浮空实像4，并且，投影在空中的浮空实像4无鬼影，从而，显示器件2发出的图像光线最终通过投影物镜3投影在空中形成一个放大的浮空实像4。

在具体实施例中，显示系统10可以设置在任何应用场景需要的成像装置上，如智慧家居、汽车、文旅广告、医疗、远程会议等，例如车辆上，成像透镜1可以水平放置，例如平置在车辆的中控台上。显示器件2可以显示车辆的驾驶信息，进而通过成像透镜1和投影物镜3实现浮空实像4，从而，坐在车内的用户通过一定距离的平视即可观看到包含驾驶信息的浮空实像4，无需低头观察，在驾驶时更加安全。

下面对成像透镜1的基本结构和成像原理进行说明。

在一个实施例中，如图2和图3为本发明的一个实施例的成像透镜1的结构示意图，成像透镜1可以包括第一透明面板11和第二透明面板13，在第一透明面板11和第二透明面板13之间设置有光波导阵列12，光波导阵列12由一基板14组成，基板14两面分别设有多个长条形状凹槽，基板14两面的长条形状凹槽底部部分相通，使该基板14形成上下两组光波导阵列，在所述长条形状凹槽内壁设有反射面15，所述基板14两面的长条形状凹槽内壁的反射面15相互垂直。根据需要基板14两面可以分别设置有多个曲线凹槽。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成像透镜1后都会在成像透镜1另一边相同位置重新聚焦成像。参照图6、图7和图8。

在另一个实施例中，如图4和图5为本发明的另一个实施例的成像透镜1的结构示意图，成像透镜1可以包括第一透明面板11和第二透明面板13，在第一透明面板11和第二透明面板13之间设置有光波导阵列12，光波导阵列12由第一基板16和第二基板17组成，第一基板16和第二基板17上分别设有多个长条形状通孔，在长条形状通孔内壁设有反射面15，第一基板16中的长条形状通孔内壁的反射面15与第二基板17中的长条形状通孔内壁的反射面15相互垂直。根据需要第一基板16和第二基板17上可以分别设置有多个曲线通孔。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成像透镜1后都会在成像透镜1另一边相同位置重新聚焦成像。参照图6、图7和图8。

在另一个实施例中，成像透镜1可以为微透镜阵列、菲涅尔透镜组、长条形反射器或二面角反射器中的一种，根据产品的设计需求自由选择采用何种成像透镜，可以针对客户对现实图像的需求，对不同的应用场景做相应的调整。

成像透镜1可以使二维或者三维光源直接在空气中成实像且实现真正的全息影像，在实现大视场、大孔径、高解像、无畸变、无色散的同时，可以实现裸眼三维立体显示特性。成像透镜1的核心成像元件为光波导阵列12，成像透镜1可以实现对物像方点对点的无像差成像。

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。

原始光源在经过光波导透镜结构后,在光波导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，像与光波导透镜结构的距离L ,则成像在光波导透镜结构与原始光源的等间距L处，可视角ε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。

在本发明的实施例中，显示器件2可以是LCD、LED、OLED、LCOS、DLP或者投影机中的一种。为了使白天日光较强的情况下，依然可以看见浮空实像，平面显示器件优选LCD和DLP光源。为了满足白天日光较强场景下的使用要求，显示器件2优选投影机如DLP投影机或者激光MEMS模组，稳定且亮度高的光源。

在本发明的实施例中，投影物镜3由至少一个镜片组成，不同的镜片，作用也不同，镜片影响到焦距大小、聚焦范围和聚焦后的成像品质。投影物镜3包括短焦物镜和长焦物镜，短焦物镜能够在很短的距离，投射出较大面积的浮空实像，长焦物镜可以在很远的位置，投射出理想的浮空实像尺寸。显示器件2发出的图像光线穿过特殊结构的成像透镜1后，再次聚集于相反侧相同距离的位置，从而得到一个1：1的实像，实现空中成像。投影物镜3是把1：1的实像进行放大并近距离或远距离投影在空中形成浮空实像4。

在实施例中，如图1所示，显示器件2与成像透镜1的夹角为α1，α1满足关系式：0°＜α1＜90°，投影物镜3与成像透镜1的夹角为α2，α2满足关系式：0°＜α2＜90°。

进一步地，为了缩小体积，减小系统的纵向深度，在一些实施例中，如图9和图10所示，显示系统10还包括反射镜18，反射镜18为至少一个，反射镜18为平面反射镜或曲面反射镜；反射镜18设置于成像透镜1的显示器件2一侧，显示器件2发出的图像光线投射至反射镜18上，反射镜18用于将投射光线反射至成像透镜1；或反射镜18设置于所述成像透镜1的投影物镜3一侧，成像透镜1汇聚成的浮空实像投射至反射镜18上，反射镜18用于将投射浮空实像反射至投影物镜3，进而投影物镜3把浮空实像放大投影在空中形成浮空实像4。反射镜18可以改变显示器件2发射的图像光线的传播路径，可以缩短光传播长度，从而缩小系统的体积。

在本发明的实施例中，如图11所示，显示系统10还包括：控制模块20和交互传感模块30，交互传感模块30用于检测用户在浮空实像4处的操作，交互传感模块30与控制模块20连接，控制模块20与显示器件2连接。控制模块20主要用于实现人机交互与外部装置之间的信息传输，交互传感模块30与控制模块20通过有线或无线的方式连接，主要用于捕捉用户在浮空实像4所处的区域内的手势动作或者触碰位置，将捕捉到的信号传输给控制模块20，控制模块20对信号做进一步处理后传输给显示器件2，以此实现人机交互。交互传感模块30的感应形式包括但不限于远近红外、超声波、激光干涉、光栅、编码器、光纤式或CCD(电荷耦合器件)等。另外，交互传感模块30的感应区域与浮空实像4位于同一平面，而且包含浮空实像4所处的三维空间，可以根据安装空间、观看角度和使用环境选择最佳的感应形式，从而方便用户以最佳的姿态对浮空实像4进行操作，提高用户操作的灵敏度和便捷性。

此外，如图11所示，显示系统10还包括：语音模块40，语音模块40用于接收用户的语音，语音模块40与控制模块20电连接。语音模块40与控制模块20也可以通过有线或无线的方式连接，语音模块40可以对用户所发出的语音指令进行识别，然后将捕捉到的信号传输给控制模块20，控制模块20对信号做进一步处理后传输给显示器件2，以此实现人机交互。当然，显示系统10还包括电源模块50，电源模块50与交互传感模块30、语音模块40、控制模块20和显示器件2相连接，主要用于对上述模块和装置供电。

图12是根据本发明的一个实施例的成像装置的框图，如图12所示，成像装置100包括上面实施例的显示系统10，显示系统10的结构和成像原理可以参照上面实施例的描述，在此不再赘述。

根据本发明实施例的成像装置100，包括：以上实施例所述的显示系统10，显示系统10可以设置在任何应用场景需要的成像装置上。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“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一定指的是相同的实施例或示例。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。