CN201075162Y - 半开放式立体虚像成像设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种半开放式立体虚像成像设备，包括一成像装置，一反射膜，由无色透明介质形成，具有部分透明、部分反射光学特性，倾斜设置在成像装置的光路上；一框架，用于以一定角度倾斜设置反射膜；框架在外侧面上还设置有遮光板。本实用新型的设备还在虚像成像面后部设置有深色背景板。本实用新型由于配置了遮光板和深色背景板，有效解决了外界光线对反射膜的光干扰，在虚像立体清晰的前提下较好地消除了虚像成像面上的灰白色背景，使整台设备在使用中获得了逼真的视觉效果，可以广泛应用在广告、展示、演艺、会议、宣传等领域。

Description

半开放式立体虚像成像设备

技术领域

本实用新型涉及投影光束的反射器领域，尤其涉及一种将图像投射到倾斜并部分反射的屏上以透过该屏获得具有纵深感的立体虚像的成像设备。

背景技术

在广告、展示、演艺、会议、宣传等应用领域，需要经常性地使用成像设备。以往主要是采用幻灯片或投影仪等设备获得二维的直接成像，上述技术虽应用广泛但缺陷明显，其一是三维的物体被形成二维的图像，成像效果无立体感，直观性差；其二是当报告人介入作为像源的幻灯片或投影仪和成像的屏幕之间时，会遮挡住一部分光线，使该区域的屏幕上无法投射到图像而形成黑影。

现有技术中还出现了一类利用“佩珀尔幻象(peppers ghost)”原理的成像设备。CN1166210A公开了一种“用于在舞台的背景上演示活动图象的设备”，涉及一种用于在使用图象发送器的情况下在舞台的背景或类似物上演示活动图象的设备。其技术方案是在舞台的地板上在其中部设一反射面，一个透明和光滑的薄膜在舞台的地板与顶棚或天花板之间沿舞台的整个宽度延伸。使薄膜的下端固定在反射面与背景之间的一个位置上、而它的上端则固定在顶棚上的一个位置更靠前的地方，以及，图象发射器安置在顶棚上，位于固定在那里的薄膜上端的前面，并对准反射面。采用这种设备电影和图象的演示可以轻松地进行，报告者本人可以进入图象中，而不会由此而干扰在投影屏上或通常在一个表面上的图象的演示。但上述设备实质只是对“佩珀尔幻象(peppers ghost)”的简单再现，在实际应用中存在很多尚待解决的技术问题，如薄膜的安装及平整度的调节、灰色背影的消除等，在上述文献中均未提供解决的方案。

CN1957297A公开了一种“用于佩珀尔虚像幻影的投影设备和方法”，提供了一种图像投影设备，包括投影仪、框架以及至少部分透明的屏幕。该框架被布置成保持屏幕受张力，使得屏幕相对于来自投影仪的光的发射平面以一定角度倾斜；该屏幕具有前表面，被布置成使得从投影仪发射的光从该前表面上反射；以及该投影仪被布置成投影图像，使得形成图像的光入射到该屏幕上，从而由从该屏幕反射的光形成虚像，该虚像看上去似乎位于屏幕后方。

这种设备与之前系统相比的优点在于，降低了屏幕的成本。此外，使用框架并配以第一、第二保持部件和拉紧带使屏幕无需直接固定在天花板或地板上，并因而屏幕所受张力可被调节。因此这种设备与原有技术的系统相比增加了设备的实用性。

但在实际应用中，上述各种技术方案依然具有多方面难以消除的缺陷。具体如，虚像成像面上的灰色底色难以消除，使成像面突现在三维空间中，破坏了虚像的立体感和视觉效果。其原因在于，“佩珀尔幻象”依赖于由光与其紧邻的环境和背景的对比而形成的反射图像。高流明(大于8000流明以上)的投影仪所生成的光线越强，反射图像越强，所形成的虚像看上去越立体，但无图像区域的灰色底色也越明显，降低了观众对屏幕不存在的感知，并且高流明的投影仪的成本也高；反之采用低流明的投影仪成本降低，所生成的光线越暗，无图像区域的灰色底色也越不明显，但反射图像越淡造成所形成的虚像看上去也就越无立体感，虚像的视觉逼真效果就越差。

另外，虽然现有技术中的屏幕在一定程度上可被调节张力，但具体实施中屏幕的松弛程度随使用时间、屏幕大小等因素影响具有细微的差别，现有技术的调节结构中由于拉紧带具有柔性特质而对屏幕张力的微量调节难以获得理想效果，并且调整后的保持程度也较差。其最终后果是由于屏幕的平整度难以保持而造成获得的虚像变形失真。

因此，有必要对现有技术中的该类设备进行改进，以期获得更佳的使用效果，提高设备的实用性。

实用新型内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种虚像成像面的灰白底色对比度较低、虚像成像效果好的半开放式立体虚像成像设备。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种半开放式立体虚像成像设备，包括：一成像装置，用于提供实像像源；一反射膜，由无色透明介质形成，具有部分透明、部分反射光学特性，倾斜设置在所述成像装置的光路上；一框架，用于以一定角度倾斜设置所述反射膜；所述框架在外侧面上还设置有遮光板，所述遮光板用于遮挡外界光线对所述反射膜的光干扰。

由于设置了遮光板结构，使外界光线对反射膜的干扰降到最低，从而可以选用较低流明的成像装置获得不设置遮光板结构时需要高流明的成像装置才能获得的虚像效果。由于成像装置的光线强度降低，虚像成像面上的灰白色背景也就不十分明显。本实用新型的半开放虚像成像设备只封闭了成像设备及反射膜安装部分，而保持后部空间的开放，以半开放的结构获得了良好的成像效果。

进一步地，为获得更好的光线对比度，所述成像设备还可以在虚像成像面后部设置有深色背景板。通过设置深色背景板，进一步减低灰白色背景现象。

优佳地，通过结合采用遮光板结构和在虚像成像面后部设置深色背景板，虚像成像面上的灰白色背景基本消失，使本实用新型的虚像成像设备以低廉的硬件成本获得了以往高成本设备无法获得的逼真的成像效果，解决了本领域技术人员长期以来一直迫切期望解决的技术难题。以往消除灰白色背景的技术解决方案往往从提高虚像成像质量入手，要求采用高对比度的视频回放设备，极大提高了整套设备的成本，还无法实现完全消除灰白色背景的技术目的。因此，本实用新型的虚像成像设备与现有技术相比具有显著的效果。

本实用新型的设备还由于采用了特殊设计的膜台，仅需旋拧多个夹块上的调整钉即可实现反射膜的平整度调整，使整台设备在使用中具有良好的便利性。借助于螺纹结构，上述调整钉可以获得微量的位移调整，因而可以精确地控制反射膜的平整度。由于膜台中的各部件均采用了刚性的材料，因而膜台调整后夹块的位置保持度良好。

上述膜台结构中，所述滑槽还可以包括分置的两型材及设置在所述两型材之间的一“几”型夹块导轨。各所述夹块通过调整钉与所述两型材之一连接，并可沿所述“几”型夹块导轨调整位移。

在所述反射膜具有较大的规格尺寸时，所述框架中用于倾斜设置所述反射膜的斜梁为较佳地采用分段的结构，并在分段处设置有可调节的支撑柱。由于反射膜尺寸较大时，相应地斜梁的自重也较大，在长期使用中斜梁会因自重而下垂弯曲，导致固定在斜梁上的反射膜也弯曲，无法保持平整度。通过采用可调整的支撑柱，或是调整支撑柱的支撑点，保持斜梁的直线度，可改善反射膜的平整度。

具体地，所述成像装置可以为投影仪或平板电视或CRT。采用单一的成像装置，可以缩小整个成像设备的外型尺寸，有利于成像设备的应用推广和降低成本及运输。并且，投影仪或平板电视或CRT均为应用广泛的成像装置，使成像设备的组成更为容易，兼容性更强。

进一步地，所述成像装置还可以是包括设置在所述反射膜同一侧的投影仪及与所述投影仪对置的投影屏。采用分置的投影仪和投影屏，使光路经过一次反射后投射到反射膜上，可以在较小的空间范围内获得较大尺寸的实像。并且，分置的投影仪设置在接近地面的位置，便于调节和控制。

结合上述技术方案，对分置的投影屏而言，还可以通过一升降装置安置在所述框架上。通过调节所述升降装置，可以调节投影屏与投影仪的距离，从而对应地控制虚像成像面的纵深。投影屏与投影仪的距离越大，虚像成像面的纵深越深；反之亦然。

为提高可操控性，结合现有的控制技术，所述成像设备还包括至少一触摸屏，所述触摸屏通过外部信号控制所述成像装置的播放内容。

为便于整台成像设备的便捷移动，所述成像设备还包括多个滚轮。

以下将结合附图对本实用新型的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本实用新型的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本实用新型第一具体实施例的立体示意图；

图2是图1所示实施例拆除部分遮光板后的侧面示意图；

图3是图2中膜台结构的剖视图；

图4是本实用新型中斜梁分段调整结构的局部放大示意图；

图5是本实用新型的第二具体实施例的立体示意图；

图6是图5所示实施例的俯视示意图。

具体实施方式

如图1、图2所示，本实用新型的半开放立体虚像成像设备的主体部件主要包括一成像装置、一反射膜2及框架3。

成像装置用于提供实像像源。本实施例中，成像装置包括设置在反射膜2同一侧的投影仪1及与投影仪1对置的投影屏11。采用分置的投影仪1和投影屏11，使光路经过一次反射后投射到反射膜2上，可以在较小的空间范围内获得较大尺寸的实像。并且，分置的投影仪1设置在接近地面的位置，便于调节和控制。

反射膜2由无色透明介质形成，具有部分透明、部分反射光学特性，可以选用玻璃、有机玻璃、塑料薄膜、PET等。本实施例中所采用的为透光度约80％的PET薄膜。反射膜2以45°倾斜设置在投影仪1的光路上以形成部分光学反射。

本实用新型的原理在于，利用一个与投影屏11成35°至50°夹角的透明反射膜2，对投影仪1发出的图像(实像)进行反射，并在反射线的反向延长线对应处5形成一个高质量的虚像。

本实用新型的特别之处在于，框架3为半开放式的六面体结构，用于安置反射膜2及投影屏11。框架3在左、右、顶三个立面上还分别设置有遮光板7，遮光板7为不透光的薄板材料，如木板、深色塑料板、深色薄膜等常见材质，用于遮挡外界光线对反射膜2的光干扰。由于设置了遮光板结构，使外界光线对反射膜2的干扰降到最低，从而可以选用较低流明的成像装置获得不设置遮光板结构时需要高流明的成像装置才能获得的虚像效果。由于成像装置的光线强度降低，虚像成像面上的灰白色背景也就不十分明显。

本实用新型的半开放式立体虚像成像设备只封闭了成像设备及反射膜安装部分，而保持后部空间的开放，以半开放结构获得了良好的虚像成像效果。

进一步地，为获得更好的光线对比度，在虚像成像面5后部(即虚像活动后限)设置有一块与实际成像面积一致或更大的不反光深色背景板6(一般为黑色或深灰色)。如前所述，实像光线的强度在虚像的清晰度和对比度中具有背离的两面性，因此，在实际应用中为保证虚像的清晰度，或多或少都会由于虚像和背景的对比度而产生灰白色背景。通过设置不反光深色背景板6，较好地解决了灰白色背景问题。并且，在后部开放空间中，可以布置实物道具及灯光，从而更有效地加强了最终成像的立体效果，并且近乎完美地解决了传统方法一直无法解决的灰白色(乳白色)背景问题。与传统方式相比，本实用新型对安装环境的要求大为降低，具有更广泛的应用价值。

本实施例中，通过结合采用遮光板结构和在虚像成像面后部设置深色背景板，虚像成像面上的灰白色背景基本消失，使本实用新型的虚像成像设备获得了逼真的成像效果，与现有技术相比具有显著的效果。

框架3中的斜梁31用于将反射膜2以与水平面约成45°的角度倾斜固定设置。

进一步地，对分置的投影屏11而言，还通过一升降装置安置在框架3上。升降装置为现有技术中所熟知，如电控的多个分设的液压杆等，图中未示出，本处不再详述。通过调节升降装置，可以调节投影屏11与投影仪1的距离，从而对应地控制虚像成像面5的纵深。投影屏11与投影仪1的距离越大，虚像成像面5的纵深越深；反之亦然。

为获得良好的光学反射效果，本实用新型的设备对反射膜2的平整度具有较高的要求。如果反射膜2的平整度较差，就会对实象光线形成散射，这种散射会极大降低图像的观看质量，难以获得逼真的视觉效果。因此如何获得并在长期使用中保持较高平整度的反射膜2，是本设备的技术原理得以获得良好实现的技术关键。本实用新型的特别之处还在于，框架3在反射膜2的两端部分别设置有两膜台4(两膜台4的结构相同，以下仅对其中一膜台的结构做以说明)。

如图3所示，膜台4包括与框架3固接的一滑槽，本实施例中滑槽的结构主要包括分置的两型材41、42及设置在两型材41、42之间的一“几”型夹块导轨43。多个夹块44通过螺钉441夹持住反射膜2后，沿反射膜2端部的长度方向排列在“几”型夹块导轨43中。在型材42侧向开设有多个用于插设调整钉45的调整孔421，各夹块44通过调整钉45与型材42连接。通过旋拧调整钉45，借助其中的螺纹结构，各夹块44可在两型材41、42及“几”型夹块导轨43组合成的滑槽中调整位移。

与以往的调整技术相比，本实用新型中所采用的膜台4结合斜梁31的组合结构使反射膜2完全地固定在一个平面框结构中，获得了一个高质量的初始平面度。当设备使用较长时间后，反射膜2会因失去部分弹性而使整张膜松驰，从而造成反射成像质量下降(变形及发生光线衍射)。借助于调整钉45和夹块44的螺纹配合，被夹持在其中的反射膜2可以随时方便地实现微量的调整，从而保证在整个设备的存续期间反射膜2形成的反射面的平整。

为保证框架3的刚性及强度，同时要满足设备整体的便携性，优选地采用铝合金型材构成框架3。为了减少长尺寸下材料本身因自重造成的形变带来的整个框架3畸变，在应用到大尺寸的框架时(如斜梁单支架长度超过3MM时)，本实用新型的设备还在斜梁31中增加了特别的调整方案。如图4所示，斜梁31被设计为两分段梁311、312，在两分段梁的结合处下方设置一个可调节的支撑柱313。支撑柱313的支撑面为一斜面，当斜梁31由于自重下垂而直线度不符合要求时，导致固定在斜梁31上的反射膜2也弯曲，无法保持平整度。通过调节支撑柱313的位置，也即移动支撑斜面的水平位置，就可以实现调节两分段梁311、312在垂直方向上的高度，从而保持整个斜梁31的直线度。

由于采用了特殊设计的膜台，本实用新型的设备仅需旋拧多个夹块上的调整钉即可实现反射膜的平整度调整，使整台设备在使用中具有良好的便利性。借助于螺纹结构，上述调整钉可以获得微量的位移调整，因而可以精确地控制反射膜的平整度。由于膜台中的各部件均采用了刚性的材料，因而膜台调整后夹块的位置保持度良好。与现有技术的方案相比，本实用新型中反射膜安装更为简单、方便，且更节约，使用寿命也更长，由于安装效果有保证，从而使得成像质量也要优于传统方法，最终成像形变更小，光衍现象也更少。因此本实用新型的技术方案具有突出的实质性特点和显著的有益效果。

进一步地，上述成像装置还可以简化为投影仪或平板显示设备或CRT显视设备(如传统电视机、传统显示器等)，甚至是灯箱。仅需对成像装置的安装位置做一调整，使其发出的实象光线以大致45°角投射到反射膜上，同样可以实现本实用新型的技术目的。采用单一的成像装置，可以缩小整个成像设备的外型尺寸，有利于成像设备的应用推广和降低成本及运输。并且，投影仪或平板电视或CRT均为应用广泛的成像装置，使成像设备的组成更为容易，兼容性更强。本实用新型的设备对视频源的要求也十分宽泛，不仅可以用各种电脑做为视频回放设备，DVD机、MP4播放器甚至被照亮的照片、实物等都可以做为视频源。与传统方法相比，本实用新型对成像设备的要求低，也更灵活，兼容性也更好。

如图5、图6所示，本实用新型的第二具体实施例的结构与第一具体实施例的结构基本相同，所不同之处在于，投影仪1设置在左侧，实像成像面(即投影屏11)安装在垂直位置(图5中所示为右侧)。相应地反射膜2在垂直方向上安装，依然保持与投影屏11成45°夹角，反射膜2两端部同样分别设置膜台4。在反射膜2外围的框架3上，分别在左、右两侧及顶面设置有遮光板7，从而使整个设备在虚像成像面5后侧及深色背景板6为开放式，方便人员及道具的进出。

如此变换的安装位置，使本实用新型的设备对演示场地具有更好的适应性，以满足一些特定需要。

为提高设备的可操控性，结合现有的控制技术，本实用新型的成像设备还包括至少一触摸屏(图中未示出)，该触摸屏可以通过外部信号控制成像装置1的播放内容，观众可以通过点击触摸屏选择播放自己有兴趣的内容甚至通过触摸屏及本实用新型解决方案玩立体游戏，提供了与观众的互动接口。做为互动概念的延伸，本方案还支持观众通过第三方SP平台(如短信或网站)进行互动。

本实用新型的设备可以根据演示场地的需要选取适合的尺寸。由于成像装置的组成宽泛，可以在各种规格的投影仪、平板显示设备、CRT显视设备、甚至是灯箱中选定，并且框架组成灵活，使本实用新型不仅适用于大尺寸解决方案(成像面积4米×3米甚至更大)，更能灵活地应用于小空间中，如成像尺寸为2米×2米或1米×1米甚至更小。与传统方式相比，本实用新型的设备尺寸更灵活，产品系列更丰富，应用也更广泛。

为便于整台成像设备的便捷移动，在成像设备下侧还可以设置多个滚轮。

综上所述，本说明书中所述的只是本实用新型的几种较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制。凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本实用新型的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种半开放式立体虚像成像设备，包括：

一成像装置，用于提供实像像源；

一反射膜，由无色透明介质形成，具有部分透明、部分反射光学特性，倾斜设置在所述成像装置的光路上；

一框架，用于以一定角度倾斜设置所述反射膜；其特征在于：

所述框架在外侧面上还设置有遮光板，所述遮光板用于遮挡外界光线对所述反射膜的光干扰。

2.如权利要求1所述的立体虚像成像设备，其特征在于：所述遮光板分别位于所述反射膜的两侧并遮挡整个反射膜。

3.如权利要求1所述的立体虚像成像设备，其特征在于：所述成像设备在虚像成像面后部设置有深色背景板。

4.如权利要求1或2或3任一所述的立体虚像成像设备，其特征在于：所述框架在所述反射膜的至少一端部设置有膜台，所述膜台包括与所述框架固接的一滑槽，多个夹块沿所述反射膜端部的长度方向排列在所述滑槽中并夹持所述反射膜，各所述夹块通过调整钉可在所述滑槽中调整位移。

5.如权利要求4所述的立体虚像成像设备，其特征在于：所述滑槽包括分置的两型材及设置在所述两型材之间的一“几”型夹块导轨。

6.如权利要求1或2或3或5任一所述的立体虚像成像设备，其特征在于：所述框架中用于倾斜设置所述反射膜的斜梁为分段结构，并在分段处设置有可调节的支撑柱。

7.如权利要求1或2或3或5任一所述的立体虚像成像设备，其特征在于：所述成像装置包括设置在所述反射膜同一侧的投影仪及与所述投影仪对置的投影屏。

8.如权利要求7所述的立体虚像成像设备，其特征在于：所述投影屏通过一升降装置安置在所述框架上而可通过所述升降装置调节与所述投影仪的距离。

9.如权利要求1或2或3或5任一所述的立体虚像成像设备，其特征在于：所述成像设备还包括至少一触摸屏，所述触摸屏通过外部信号控制所述成像装置的播放内容。

10.如权利要求1或2或3或5任一所述的立体虚像成像设备，其特征在于：所述成像设备还包括设置在所述设备下侧的多个滚轮。

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