[0001] 本申请涉及空间立体成像的技术领域，具体而言，涉及一种非接触交互式显示设备。

[0002] 空间立体成像技术主要采用正交的反射面将光线按照反射定律进行两次反射，使光线最终在空中重新会聚成肉眼可见的实像。

[0003] 现有技术中的采用空中立体成像技术的非接触交互式显示设备在交互时抗干扰性有限，导致误操作率升高。

[0004] 因此，亟需一种抗干扰能力强的非接触交互式显示设备。

[0050] 为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的首选实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容更加透彻全面。

[0051] 需要说明的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的,而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出,否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。文中描述的方法步骤、过程、以及操作不解释为必须要求它们以所描述或说明的特定顺序执行,除非明确指出执行顺序。还应当理解,可以使用另外或者替代的步骤。

[0052] 尽管可以在文中使用术语第一、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出,否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施方式的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。

[0053] 为了便于描述,可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“内部”、“外部”、“内侧”、“外侧”、“下面”、“下方”、“上面”、“上方”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。例如,如果在图中的装置翻转，那么描述为“在其它元件或者特征下面”或者“在其它元件或者特征下方”的元件将随后定向为“在其它元件或者特征上面”或者“在其它元件或者特征上方”。因此，示例术语“在······下方”可以包括在上和在下的方位。装置可以另外定向,例如旋转90度或者在其它方向，并且文中使用的空间相对关系描述符相应地进行解释。

[0054] 现有技术中的全息显示设备借助红外技术捕捉用户的动作（手势、视线等）实现基于全息影像的交互。而现有技术中基于全息影像的交互容易受到干扰。例如，当能够观测到全息影像的区域存在多个用户时，每个用户的动作均会触发人机交互，因此容易产生误操作。特别地，如果系统仅需要一个操作者时，操作者所处背景中的其他用户的动作会对当前操作者的操作产生干扰。

[0055] 本申请的发明人发现，现有技术中，交互模块面向用户投射信号，并借此捕捉用户的交互动作。然而，这种交互方式导致了交互模块容易捕捉到背景中多余的动作，从而产生误操作。

[0056] 鉴于上述技术问题，本申请实施例提供了一种非接触交互式显示设备，如图1至图4所示，该非接触交互式显示设备包括外壳10、投射元件20、像源30和交互模块40。其中，如图1和图2所示，投射元件20与像源30呈参考角度地设置于外壳10中。并且，像源30出射的光线经投射元件20投射形成实像60。可选地，该实像60为通过肉眼可见的二维实像。需要说明的是，上述参考角度既包括投射元件20与像源30之间的角度，还包括投射元件20和/或像源
30与水平面的夹角。上述参考角度的改变会导致实像60的显示基准面50的位置和/或姿态变化。

[0057] 该交互模块40沿平行于实像60的显示基准面50的方向传输信号400，由此信号400构成交互空间。该交互空间的中心平面与显示基准面50的间距始终小于或等于参考值。如图1至图4所示，显示基准面50与像源30所在的平面关于投射元件20的中心平面对称。根据本申请的实施方式，显示基准面50与水平面的夹角不做特殊限定，只要能满足观测需求即可。图1和图2中仅示例性地示出了上述交互空间的中心平面与显示基准面50重合的实施例。在其他可选的实施例中，交互空间的中心平面与显示基准面50沿垂直于所述显示基准面50的方向的间距大于0。

[0058] 在一些可选的实施方式中，如图1和图2所示，像源30被封装于外壳10的腔体内，投射元件20设置于壳体10中，并且投射元件20与像源30呈参考角度。应理解，投射元件20设置于壳体10中可以指将投射元件20被封装于外壳10的腔体内，也可以指将投射元件20嵌入外壳10的壳体。示例性地，投射元件20与空气接触的表面上覆盖有透明的保护层。

[0059] 图3示出了本申请的工作原理。如图3所示，像源30发射的光线经投射元件20的调制后，在投射元件20远离所述像源30一侧的空间中形成实像60。像源30的出光面与实像60的显示基准面50关于投射元件20的中心平面对称。

[0060] 在一种可选的实施方式中，参见图1，交互模块40与外壳10彼此相互独立。借此，有利于根据实际使用场景灵活配置交互模块40的安装位置，也有利于隐藏外壳10。如图1所示，交互模块40和外壳10可以是分体式安装，例如，交互装置40可以嵌入墙体或立式展板中，而外壳10可以隐藏在地面或舞台下方。根据本申请的实施方式，交互模块40与像源30可以通过有线（例如电缆或光纤等）或无线（例如蓝牙或无线保真技术等）的方式直接或间接地电气连接。应理解，交互模块40与像源30可以通过控制器或上位机实现连接。需要说明的是，本申请实施例提高的非接触交互式显示设备还包括电源、控制器、上位机等本领域技术人员能够想到的常规装置，但本文中不做详细描述。在又一种可选的实施方式中，如图2所示，交互模块40与外壳10连接。借此，有利于交互模块40与外壳10的集成，便于该非接触交互式显示设备的移动以及在较小空间内的展示。交互模块40沿平行于显示基准面50的方向传输信号400。信号400构成的交互空间的中心平面与显示基准面50平行，并且交互空间的中心平面与显示基准面50的间距小于或等于参考值。优选地，外壳10对可见光不透明，用于减少环境光对成像光路的干扰。

[0061] 在又一些可选的实施方式中，如图2所示，外壳10包括第一壳体101和第二壳体102，第一壳体101与第二壳体102连接。第二壳体102的一侧具有窗口1021，该窗口1021用于实现基于实像60的观测和/或交互。像源30和投射元件20以参考角度被设置于第一壳体101内，使得投射元件20投射的实像至少部分地位于第二壳体102中。第二壳体102用于遮挡环境光，避免环境光对实像显示效果的干扰。同时第二壳体102的存在使得交互模块40的安装更加灵活，从而使得交互空间的中心平面位置和/或姿态的调节和校准更加容易。优选地，第一壳体101对可见光不透明，用于削弱环境光对成像光路的干扰。可选地，第二壳体102为可折叠的结构，以使窗口1021的位置和姿态发生改变。可选地，显示基准面50位于第二壳体
102的腔体内，且不超出窗口1021所在平面的限制。

[0062] 需要说明的是，图1和图2仅示例性地提供了投射元件20与像源30的位置和姿态。投射元件20与像源30的位置和姿态不做特别限定，可根据显示需求设定。应理解，本申请说明书中所述的姿态是指描述对象与水平面和/或竖直面的夹角。

[0063] 图1和图2示例性地示出了交互装置40沿平行于显示基准面50的方向传递信号400。如图1和图2所示，沿垂直于显示基准面50的方向，交互空间中具有至少一层信号平面。
为了方便理解，图1和图2中将正交的信号400处于不同的平面，且放大了不同信号平面之间的距离。图1和图2谨用作示意，并不涉及实际的尺寸或比例。图4示出了沿垂直于显示基准面50的方向正视实像60时的示意图。为了便于理解，图4中的显示基准面50并未示出信号
400。根据本申请的实施方式，显示基准面50中包括信号400，即信号400并不避让显示基准面。这是因为，通常交互模块40传输的信号400为用户不可见的波段。

[0064] 一些可选的实施方式中，如图5所示，投射元件20为多层镜片结构。可选地，投射元件20包括至少一层成像单元。图5中示出了一层成像单元的可选的结构示意图。至少一层成像单元中的每一层均包括第一镜片201和第二镜片202。如图5中第一镜片201的局部放大图所示，第一镜片201内设置有间隔地、平行配置的多个第一反射面2011，并且，多个第一反射面2011均垂直于第一镜片201的镜面。类似的，第二镜片201内设置有间隔地、平行配置的多个第二反射面2011，并且多个第二反射面2011均垂直于第二镜片202的镜面。如图5所示，第一镜片201与第二镜片202层叠，且第一反射面2011与第二反射面2021正交。不难理解，第一镜片201与第二镜片202均为板状结构，镜面为入光侧和出光侧的表面。根据本申请的实施方式，可选地，投射元件20的面积大于或等于1米x1米。可选地，投射元件20的面积大于或等于1.5米x1.5米。不难理解，投射元件20的表面（或与空气相邻的表面）还可设置有盖板，用于保护投射元件20。

[0065] 图6示出了本申请实施例中投射元件20的原理。当光源S发出的光线经过正交的反射镜面（例如第二反射面2021和第一反射面2011）的两次反射后，以平行于入射光线的方线出射形成实像S’。如图6所示，投射元件20中出射光线、入射光线以及一次反射光线在同一平面内。图5仅示出了本申请投射元件20的一种可选的结构，其余具有阵列的正交反射镜面的结构同样能够实现将像源30发出的光线投射形成空间实像。参见投射元件20的原理以及图3至图5，不难理解，像源30的出光面与实像60的显示基准面50关于投射元件20的中心平面对称。根据本申请的实施方式，像源30可以是平面显示装置。可选地，像源30的亮度大于或等于1000nits（尼特）。

[0066] 根据本申请的实施方式，可选地，参考值大于或等于0毫米，并且小于或等于3.8毫米。借此，将交互模块40的交互范围限定在预定空间内，从而避免背景中的动作对操作者的交互产生干扰。优选地，参考值等于0，即交互空间的中心平面与显示基准面50重合，有利于进一步排除背景动作的干扰，提高交互的效率。借此，该非接触交互式显示设备实现了对交互动作的响应与用户对实像的“触摸”同步发生，也有利于提高交互动作与显示画面的同步率，提高用户的交互体验。本申请实施例通过参考值的限定，使只发生在预设的交互空间内的交互动作被识别。优选地，沿成像光路，交互空间的至少一侧边界位于显示基准面50的下游，即显示基准面50位于交互空间中。借此，用户的交互动作在用户触摸到实像60之前被识别，避免了用户在交互时肢体穿过实像60交互动作才被识别，即避免了非接触交互式显示设备的交互响应延迟。因此，本申请的交互模块40限定了交互的边界，并使显示基准面50位于交互模块40限定的交互空间中，提高了用户基于实像进行交互时的抗干扰能力。同时也给用户提供了心理暗示，使用户在操作时有意识地在边界内进行交互动作，既提高了非接触交互式显示设备对交互动作识别的准确率，又提高了用户的触控体验，给用户以类似于实体触摸屏的触感体验。更进一步地，交互模块40与像源30电气连接，当在交互模块限定的边界内进行交互时，像源30显示出对应于交互动作的GUI（Graphical User Interface，图形用户界面），从而进一步提高用户体验。

[0067] 根据可选的实施方式，信号400为红外波段的信号。可选地，交互模块40发出的信号400构成二维的检测平面，例如，红外光幕。在一些可选的实施方式中，交互模块40发出成的信号构成具有一定厚度的三维空间。当交互动作发生在该三维空间内时，即可触发交互。示例性地，沿垂直于显示基准面50的方向，信号400构成的交互空间的尺寸（即厚度）大于或等于0，并且小于或等于3.8毫米。

[0068] 在一种可选的实施方式中，如图2所示，交互模块40包括发射器401和接收器402。发射器401与接收器402在外壳10中相对设置。发射器401发出信号400，信号400沿平行于显示基准面50的方向传输后由接收器402接收。单个发射器401和其对应的接收器402组成一对检测模组。进一步地，交互模块40包括两对检测模组，且两对检测模组的信号传输路径在同一平面内正交，形成矩阵。不难理解，该矩阵中信号正交所成的网格越密集，触控的精度越高。示例性地，本申请实施例提供的交互模块40的触控分辨率为4096x4096。可选地，交互模块40可以识别多点触控。

[0069] 可选地，交互模块40为红外触摸框。红外触摸框的原理是采用密灯管无数轴斜角坐标系，通过一个发射器发射无数条不同角度射线和一个接收发射器发射的无数不同角度射线从而更加彻底缜密地填补触摸空间中的遮挡死角，实现精准触摸效果并引用数学理论加权计算出触摸点来实现基于实像60的互动。可选地，红外触摸框可以集成在第二壳体102上。例如，窗口1021的边框可以为红外触摸框。应理解，交互模块40的外部结构形状不做限制，可根据安装空间选择合适的形状，例如长方体形、立方体形或圆柱形等。可选地，沿垂直于显示基准面50的方向，交互模块40形成多个信号平面。

[0070] 根据本申请的实施方式，参考角度可以是固定值，也可以是可调节的。可选地，参考角度大于或等于0°，且小于或等于90°。优选地，参考角度大于或等于45°，且小于或等于90°。优选地，参考角度大于或等于60°，并且小于或等于75°。借此，能够提高实像60的显示效果。

[0071] 需要说明的是，参考角度的大小可以通过本领域内常用的技术手段（例如铰链、多连杆等）改变投射元件20和/或像源30的位置和/或姿态来实现。应理解，对投射元件20和/或像源30的位置和/或姿态的调节，可以是直接作用于投射元件20和/或像源30本体，也可以是间接作用于投射元件20和/或像源30。例如，可以将外壳10配置为部分可伸缩、折叠或旋转的结构，通过外壳10的伸缩、折叠或旋转带动投射元件20和/或像源30的位移或旋转。可选地，本申请实施例提供的非接触交互式显示设备还包括第一调节机构，用于调节投射元件20和/或像源30的位置和/或姿态，以调节参考角度的大小。第一调节机构直接或间接地作用于投射元件20和/或像源30上。

[0072] 根据本申请的实施方式，参照投射元件20的成像原理，显示基准面50的位置和/或姿态随参考角度的调节而变化。因此，根据观测和/或交互的需求，可以通过调节参考角度实现显示基准面50的位置和/或姿态的调节。可选地，该非接触交互式显示设备还包括第二调节机构，第二调节机构用于调节交互模块40的位置和/或姿态，以使沿垂直于显示基准面50的方向，信号400构成的交互空间的中心平面与显示基准面的间距始终小于或等于参考值。

[0073] 应理解，根据本申请的实施方式，信号400构成的交互空间的中心平面始终与显示基准面50保持平行。第二调节机构直接或间接地作用于交互模块40。应理解，第二调节机构的具体结构不做特殊限定，只要能够改变交互模块40的位置和/或姿态即可。例如，通过滑轨可以实现对交互模块的位置和/或姿态的改变。优选地，交互模块40的位置和/或姿态随参考角度的变化而变化，使得信号400构成的交互空间的中心平面的位置和/或姿态的变化与显示基准面50的变化同步。

[0074] 在一些可选的实施方式中，交互模块40还包括手势传感器403，用于增加交互的自由度。示例性地，手势传感器403安装在外壳10上。又示例性地，手势传感器403集成在交互模块40中。在一些示例性的实施方式中，交互模块40还包括投影装置404，用于向用户侧投射出观测区域。观测区域用于提示该非接触交互式显示设备的最佳观测位置，当用户位于观测区域时能够观察看到完整的实像。投影模块404可以安装在外壳10上，也可以集成在交互模块40中。

[0075] 综上所述，本申请实施例提供的非接触交互式显示设备，将投射元件与像源呈参考角度设置于外壳内，使所述通过投射元件将像源发出的光线投射成实像，将交互模块安装在外壳上，通过交互模块沿平行于显示基准面的方向传递信号，并且信号的中心平面与显示基准面的间距始终小于或等于参考值，从而将交互模块的检测范围限制在距离显示基准面参考值以内的空间中。因此排除了检测范围之外的交互，从而降低了误操作率。并且，本申请通过设置信号检测边界，限定了有效交互区域，提供了类似于触摸屏的触控体验，提高了用户体验。本申请实施例的参考角度可调节，并且信号的中心平面随参考角度的变化而变化，且保持与显示基准面的间距始终小于或等于参考值，进一步提高了非接触交互式显示设备的抗干扰能力，避免了实像位置应用户需求调节之后的误操作，提高了用户体验。

[0076] 以上所述，仅为本申请实施例的具体实施方式，但本申请实施例的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请实施例披露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请实施例的保护范围之内。因此，本申请实施例的保护范围应以权利要求的保护范围为准。