水下成像设备的制作方法

1.本技术属于投影技术领域，更具体地说，是涉及一种水下成像设备。


背景技术：

2.在建筑、艺术和展览展示等领域，利用水来进行空间的设计也在顺应着时代发展。
3.视觉图像与水的结合方式主要以投影或水幕的方式实现。投影仪将视觉图像直接投影至水面是其最简单的方式。该方式简单，成本低。但所投影的影像为二维影像，单纯的浮光掠影难以提供足够的观赏吸引力。水幕是以喷泉为幕布，投影仪将视觉图像投影至喷泉上。为达到良好的视觉效率，水幕投影一般在尺寸较大的水域进行，且设计和控制较为复杂。


技术实现要素：

4.本技术的目的在于克服上述现有技术的不足，提供了一种水下成像设备，其旨在提供另一种利用水体进行图像展示的方式。
5.为实现上述目的，本技术实施例提供了如下技术方案：
6.一种水下成像设备，具有投影区、实景区和观赏区，所述实景区位于所述投影区和所述观赏区之间，所述水下成像设备包括：
7.水槽，用于装载液体，所述水槽的上方为所述实景区，所述液体表面为反射面；
8.成像结构，位于所述投影区，所述成像结构包括显示器和空气成像板，所述显示器位于所述空气成像板背离所述实景区的一侧并经所述空气成像板在所述实景区生成空中图像，所述空中图像能够经所述反射面反射至所述观赏区；
9.偏光膜，设于所述空气成像板朝向所述实景区的一侧，所述偏光膜接收来自所述空气成像板的光线并限定所述光线向所述反射面方向射出。
10.可选的，所述空气成像板与水平面的夹角为60
°‑
90
°
。
11.可选的，所述空气成像板垂直于水平面。
12.可选的，所述水下成像设备还包括用于调节所述显示器位置的调节结构，所述调节结构根据所述反射面的水平位调节所述显示器的位置，以使所述空气成像能够经所述反射面反射至所述观赏区。
13.可选的，所述水下成像设备还包括测量器和调节结构，所述测量器用于测量所述反射面的水平位，所述调节结构根据所述水平位调节所述显示器的位置，以使所述空气成像能够经所述反射面反射至所述观赏区。
14.可选的，在所述反射面向上移动时，所述显示器向上移动且移动的距离与所述反射面移动距离相等。
15.可选的，所述测量器为超声波传感器。
16.可选的，所述测量器设于所述水槽的上方。
17.可选的，所述水下成像设备还包括取水器，在所述取水器向上舀取所述液体时，所
述取水器的液体表面为所述反射面。
18.可选的，所述水槽具有装载所述液体的设计水位，所述显示器的下表面与所述设计水位平齐。
19.可选的，所述水槽至少一个设计水位，并在各所述设计水位处设有水位标记。
20.可选的，所述水下成像设备还包括基座和罩体，所述空气成像板设于所述基座，所述罩体设于所述基座并与所述空气成像板围合形成容置所述显示器的容腔。
21.可选的，所述罩体采用不透光材质制成。
22.可选的，所述罩体朝向所述显示器的表面涂覆有反光层。
23.本技术提供的水下成像设备的有益效果在于：与现有技术相比，本技术提供的水下成像设备，通过结构设计使得观赏者不能看到成像结构生成的空中图像，而只能看到该空中图像对应的水下图像，通过偏光膜的设置使得观赏者不能看到显示器。空中图像和显示器的不可见，即观赏者难以通过眼睛直接观察的方式获知水下图像的来源，从而激发观赏者的观赏兴致。此外，本方案中的水下图像可以为二维的平面图像也可以为三维立体图像，而进一步增加观赏的吸引力。由上，本技术提供了另一种利用水体进行图像展示的方式，观赏者在观察区仅能看到水下虚拟图像而增加观赏的吸引力。
附图说明
24.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
25.图1为本技术实施例提供的水下成像设备的原理示意图；
26.图2为本技术实施例提供的水下成像设备的结构示意图。
27.其中，图中各附图标记：
28.1、水槽；2、反射面；3、空气成像板；9、偏光膜；4、显示器；5、虚拟成像板；6、空中图像；7、水下图像；8、观赏者；10、测量器；11、取水器；12、罩体；13、基座。
具体实施方式
29.为了使本技术所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
30.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
31.需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
32.此外，在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的
限定。
33.请结合图1至图2，现对本技术提供的水下成像设备进行示例性说明。水下成像设备包括水槽1、成像结构和偏光膜9。
34.水下成像设备具有投影区、实景区和观赏区，实景区位于投影区和观赏区之间。
35.水槽1用于装载液体。水槽1的上方为实景区，液体表面为反射面2。需要说明的是，水槽1为装载液体的容器，可以为缸状、桶状或其它形状，本领域技术人员也可以根据实际需要选择水槽1的材质和大小，在此不作限定。液体可以为景观用水、饮用水等，也可以为酒水、饮料，只要其液面能够反射光线即可。
36.成像结构设于投影区，成像结构包括显示器4和空气成像板3，显示器4位于空气成像板3背离实景区的一侧并经空气成像板3在实景区生成空中图像6，空中图像6能够经反射面2反射至观赏区。
37.偏光膜9设于空气成像板3朝向实景区的一侧，偏光膜9接收来自空气成像板3的光线并限定光线向反射面2方向射出。
38.为便于描述，以图2的示图方向为参照，水槽1的上方为实景区，左上方为观赏区，右上方为投影区。
39.可以理解，水下成像设备包括基座13。图示结构中，基座13位于水槽1的右侧，水槽1与基座13固定连接。空气成像板3和显示器4设于基座13上。在其它实施例中，水槽1与基座13可以为一体结构，也可以可拆卸连接。水槽1可以设于基座13的侧边也可以由基座13所承载，在此不作限定。
40.基座13用于固定支撑成像结构，更重要的，基座13将水槽1、空气成像板3和显示器4的相对位置进行固定，以确保水下图像的成像效果。
41.成像结构包括显示器4和空气成像板3，空气成像板3为现有的空中图像6用平板透镜结构。空气成像板3能够对像源进行镜像成像。显示器4作为光源和像源，其发出的带有图像信息的光线经空气成像板3后在空气成像板3的另一侧形成空中图像6。显示器4为lcd、led、oled、lcos中的一种。
42.请结合图1，以空气成像板3竖直放置为例。成像结构设于水槽1的右上方(成像区)，成像结构所生成的空中图像6位于水槽1上方的实景区。该空中图像6被反射面2反射形成一个倒立的虚像，该虚像与空中图像6关于反射面2对称。观赏者8在观赏区能够看到反射面2以及空气图像通过反射面2反射形成的看似位于水下的虚像，达到水下图像7的视觉效果，为便于描述，后文将该虚像统一称为用水下图像7。
43.显示器4发出的光源穿透空气成像板3以斜向下的方向向水槽1处射出而在水槽1的上方形成空中图像6，该光线的传播路径不经过观赏区，换言之，形成空中图像6的光线不能够直接进入观察者的视野范围，使得观赏者8看不到空中图像6。形成空中图像6的光线经过反射面2反射而进入观察者的视野范围(观赏区)，使得观察者能够看到空气图像通过反射面2反射形成的水下图像7。由上，采用本方案的设计，观赏者8能看到水下图像7而不能看到空中图像6。
44.本实施例中，在空气成像板3于朝向实景区一侧贴附有偏光膜9。偏光膜9用于限定从空气成像板3透过的光线的方向，使其仅能以朝向反射面2的方向射出。在没有偏光膜9的情况下，从显示器4发出的入射光线穿透空气成像板3后射出，该射出光线大部分向水槽1的
方向射出并聚焦形成空中图像6，与此同时，存在部分射出光线以散射的方式向四周辐射而部分落入观赏者8的视野，使得观赏者8能够看到显示屏。而偏光膜9的设置，使得从显示器4发出的入射光线穿透空气成像板3后仅能以特定的角度穿透偏光膜9向外射出，该特定角度为空气成像板3到空中图像6的方向，换言之，偏光膜9仅传输形成空中图像6所需要的光线，而遮挡或漫反射掉直接射入观赏区的光线，从而避免观赏者8直接观察到显示器4。
45.由上，本技术实施例提供的水下成像设备，通过结构设计使得观赏者8不能看到成像结构生成的空中图像6，而只能看到该空中图像6对应的水下图像7，通过偏光膜9的设置使得观赏者8不能看到显示器4。空中图像6和显示器4的不可见，即观赏者8难以通过眼睛直接观察的方式获知水下图像7的来源，从而激发观赏者8的观赏兴致。此外，本方案中的水下图像7可以为二维平面图像也可以为三维立体图像，而进一步增加观赏的吸引力。
46.请参照图2，水下成像设备还包括罩体12，罩体12设于基座13并与空气成像板3围合形成容置显示器4的容腔，罩体12采用不透光材质制成。可以为橡胶、塑料、金属材质等。罩体12、基座13和空气成像板3围合形成封闭的容腔，显示器4位于该容腔内。该设置，一方面为显示器4提供保护和防尘的效果，另一方面，罩体12为不透光材料制成，以防止外部光线进入容腔而影响显示器4的正常显示。本领域技术人员也可以在罩体12朝向显示器4的一侧涂覆有反光层，使得显示器4发出的光线更多地从空气成像板3处射出而增强空中图像6的亮度。
47.在本技术另一实施例中，空气成像板3与水平面的夹角为60-90
°
。空气成像板3与水平面夹角指的是以空气成像板3朝向水槽1的表面为边、以水槽1的液面为另一边的夹角，该夹角不大于90，以确保显示器4的光源经空气成像板3和偏光膜9后斜向下射向水槽1的液面。在空中图像6位置固定的情况下，显示器4根据空气成像板3的角度调整对应的位置，使得显示器4和空中图像6关于空气成像板3对称。可以理解，在空气成像板3的下端固定的情况下，空气成像板3与水平面的夹角越大，则留给空中图像6成形的空间范围越大。但显示器4与空气成像板3的间距在水平投影上越大，换言之，水下成像设备所占用的横向尺寸较大。反之，空气成像板3与水平面的夹角越小，则留给空中图像6成形的空间范围越小，水下成像设备所能成形的水下图像7的空间越小，且越不便于观赏。经多次实验，空气成像板3与水平面的夹角为60
°‑
90
°
，具有较好的成像空间和较为便利的观察范围。本领域技术人员可以根据实际需要将空气成像板3与水平面的夹角具体设为60
°
、62
°
、63
°
、65
°
、66
°
、68
°
、70
°
、73
°
、74
°
、75
°
、76
°
、77
°
、79
°
、80
°
、81
°
、82
°
、84
°
、85
°
、86
°
、88
°
、89
°
、90
°
等，在此不作唯一限定。
48.图示实施例中，空气成像板3垂直于水平面，即空气成像板3与水平面的夹角为90
°
。该设置能够简化结构设计。此外，结合后文，在液体的反射面2的水平位移动的情况下，为使空中图像6与反射面2的距离保持固定，需要将显示器4进行移动。在空气成像板3垂直于水平面的情况下，反射面2的上下移动，显示器4同步上下移动即可，因此，该设计能够简化控制。
49.在本技术实施例中，请参照图1，水槽1具有装载液体的设计水位，显示器4的下表面与设计水位平齐。显示器4的下表面与设计水位平齐，使得显示器4在实景区形成的空中图像6贴近水槽1的液面/反射面2，从而使水下图像7贴近水槽1的液面/反射面2。从而有效避免水下图像7偏离水槽1液面而超过观赏者8的观察范围的情况。
50.具体的，请参照图1，空气成像板3和显示器4的底部均与水槽1液面/反射面2保持
在同一水平面。显示器4发出的光线通过空气成像板3集中到空中，形成一个空中图像6，该空中图像6位于与显示屏光源关于空气成像板3对称的位置。空中图像6被反射面2反射形成水下图像7。假设空气成像板3关于反射面2有一个对称的虚拟成像板5，观赏者8的可视范围是由眼睛与虚拟成像板5的顶部和底部所构成的，如果显示器4远离该反射面2，则水下图像7向下偏离该反射面2而可能离开观赏者8的可视范围。
51.本实施例中，水槽1装满液体状态的水平位为设计水位。在其它实施例中，也可以将设计水位位于水槽1容量的4/5或其它位置，在此不作限定。
52.在设计水位低于满载水位时，水槽1在设计水位处设有水位标记，以为操作人员向水槽1内装载液体提供指引。需要说明的是，设计水位可以有多个，对应的，水位标记有多个。
53.在本技术另一实施例中，空气成像板3的下表面至少延伸至水槽1上表面的水平位。空气成像板3在将显示器4的像源在实景区成形出空中图像6的同时，空气成像板3还具有遮蔽显示器4的功能。空气成像板3的下表面延伸至水槽1的上表面的水平位，以避免空气成像板3与水槽1之间存在间隙而使显示器4被观察区的观赏者8所看到的情况。
54.本实施例中，空气成像板3以嵌入的方式固定在基座13上，本领域技术人员也可以将空气成像板3固定在水槽1的侧壁上，或采用其它的固定连接方式，在此不作限定。
55.在本技术另一实施例中，水下成像设备还包括用于调节显示器4位置的调节结构，调节结构根据反射面2的水平位调节显示器4的位置，以使空中图像6能够经反射面2反射至观赏区。
56.结合前述，在设计水位有多个的情况下，比如设计水位有五个并分别位于水槽1高度的1/4、1/2、3/4、4/5处。操作人员将液体倒入水槽1并使其液面达到其中一设计水位，然后对应控制调节结构使显示器4达到该设计水位所对应的调节位置。
57.一般情况下，水槽1所装载液体的表面为反射面2。水槽1内所装载液体体量的不同使得反射面2的水平位不同。调节结构的设置，显示器4能够根据水平位的不同进行位置调整，使得显示器4经空气成像板3和偏光膜9后在实景区所生成的空中图像6与反射面2的距离保持不变。从观赏者8的角度，对应的水下图像7与反射面2的距离也保持不变，从而使观赏者8在不同的液面高度均可看到水下图像7。
58.调节结构可以为线性模组、传动丝杆或其它结构，只要其能够驱使显示器4线性移动即可。
59.调节结构可以为手动驱动，也可以为电动驱动。
60.以调节结构为手动调节为例。调节结构包括连接显示器4的螺母和与螺母螺接的丝杆，丝杆竖直延伸。操作人员可以通过人眼观察液面高度的方式获得反射面2的水平位，根据水平位高度对应旋转丝杆，从而时螺母连同显示器4上下移动。
61.在本技术另一实施例中，请参照图，水下成像设备还包括测量器10，测量器10用于测量反射面2的水平位，调节结构根据水平位调节显示器4的位置，以使空中图像6能够经反射面2反射至观赏区。
62.测量器10可以选用水位计、超声波传感器等。采用测量器10对反射面2的水平位进行测量，相比于人眼观测，更为快速、准确。
63.可以理解，水下成像设备还包括控制器，控制器与显示器4、测量器10和调节结构
电连接，控制器收取来自测量器10所测量的水位高度信息，并根据该水位高度信息控制调节结构作业，以改变显示器4的位置。
64.结合使用场景，操作人员向水槽1内加水，使得水平位上升。测量器10获得液面/反射面2的高度并将高度信息传递至控制器，控制器根据该水位高度信息控制调节结构作业。调节结构在控制器的控制下驱使显示器4随之上升，且显示器4上升的距离与水平位上升的距离相同。由于空气成像板3竖直放置，显示器4上升使得空中图像6同步上升，则空中图像6与反射面2的距离保持一致。在观赏者8的角度，水槽1内水位上升而水下图像7也随着动态上升，而充满趣味性。
65.在本技术另一实施例中，水下成像设备还包括取水器11，在取水器11向上舀取液体时，取水器11的液体表面为反射面2。取水器11可以为水杯、碗、瓢、勺等舀水工具，也可以为合拢的手掌。
66.请参照图2，在取水器11舀取液体并将该液体抬高l2的距离，位于取水器11的液体表面(反射面2)也随之升高l2，此时，调节结构将显示器4向上抬升l1距离(图2中显示器4向上移动l1距离至虚线框处)，显示器4经空气成像板3和偏光膜9后在实景区所生成的空中图像6也向上抬升l1的距离，l1＝l2，使得空中图像6与反射面2的距离保持不变，对应的，水下图像7与反射面2的距离也保持不变，水下图像7从水槽内向上移动l2而位于取水器11内的虚线框处。从观赏者8的角度，水下图像7从水槽1跑到取水器11中，并随取水器11抬升动作，而具有从水槽1捞取实体的错觉。比如空中图像6为一条倒置的鱼，则水下图像7为一条正向的鱼。观赏者8看到水槽1内位于水下的“鱼”，试图用合拢的双手将水槽1内的“鱼”连同液体一起捧起。在将液体捧起时，作为水下图像7的“鱼”也确实从水槽1转移至手掌心内，而产生将一条实体的鱼捧起来的错觉。此时，若将手松开，手掌内的液体落入水槽1，而水下图像7的“鱼”也重新回到水槽1内。换言之，本实施例提供的水下成像设备，借由取水器11、测量器10和调节结构，通过改变反射面2的高度实现与水下图像7进行交互，而提高水下成像设备的趣味性。
67.在另外的实施例中，水槽1可以替代为鱼缸，鱼缸内可以放置有真实的鱼群。水下成像设备在鱼缸内的反射面2下生成水下图像7，该水下图像7可以为一些鱼类的简单介绍，或者是一些虚拟游动的鱼。通过这种方法能提高观赏体验又不会伤害真实的鱼群。
68.在本实施例中，测量器10为超声波传感器。超声波传感器所发出的超声波在空气和液体的分界面(反射面2)会产生显著反射形成反射成回波，通过回波的时间分析得出反射面2的位置高度。采用超声波传感器测量反射面2的高度，具有以下优点：无任何机械传动部件，也不接触被测液体，属于非接触式测量，不怕电磁干扰，不怕酸碱等强腐蚀性液体等，因此性能稳定、可靠性高、寿命长；其响应时间短，可以方便的实现无滞后的实时测量。
69.由于超声波传感器为非接触式测量，使得通过将水槽1替换为水杯或其它盛水容器，或在水槽1上方置入另外的盛水容器，而改变反射面2的位置。只要盛水容器的液面(反射面2)位于超声波传感器的感知范围内，调节结构就会驱使显示器4做出相应的位置调整，使得水下图像7转移至该盛水容器中。以水杯为例，水杯中加入饮用水，水杯置于超声波传感器的下方以使超声波传感器感知水杯液面(反射面2)的位置，空中成像设备将在水杯内形成一个水下图像7，由于超声波传感器位于水杯的外部，不会影响水下图像7的观赏体验，也不会对杯中的饮用水带来卫生问题。
70.本实施例中，测量器10设于水槽1的正上方。超声波传感器所发射的超声波垂直于反射面2，而缩短超声波传播的路径，缩短调节结构的响应时间。
71.以上所述仅为本技术的较佳实施例而已，并不用以限制本技术，凡在本技术的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。