[发明专利]一种用于3D悬浮成像的透镜阵列及其装置

说明书

本发明公开了一种用于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°倾斜设置，透镜阵列设置于图像源和半反半透镜的后方。通过使用本发明，能够提高悬浮成像的分辨率和稳定性且扩大视场角。本发明作为一种用于3D悬浮成像的透镜阵列及其装置，可广泛应用于悬浮成像领域。

技术领域

本发明涉及悬浮成像领域，尤其涉及一种用于3D悬浮成像的透镜阵列及其装置。

背景技术

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。

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。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明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。

本发明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。

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。

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。

进一步，所述前表面的孔径小于后表面的孔径。

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。

进一步，所述透镜单元的参数关系式如下：

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。

本发明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：

图像源、半反半透镜和如上述透镜阵列；

所述图像源用于产生图像光线能量；

所述半反半透镜用于改变图像光线能量分布；

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；

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。

进一步，所述透镜阵列的球心设置于观看位置。