CN103309132B - 全息投影照明系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种全息投影照明系统，包括：将光源发出的光束调制到预设参数的光源整形器；与所述光源整形器耦合的空间光调制器，所述空间光调制器根据输入的全息图像调制所述光束，还原原图像；与所述空间光调制器相连的控制模块，所述控制模块向所述空间光调制器提供所述全息图像。本发明能够降低对光源亮度的要求，有利于降低设备成本。

Description

全息投影照明系统

技术领域

本发明涉及一种全息投影照明系统，尤其涉及一种应用于景观照明、舞台灯光及投影的全息投影照明系统。

背景技术

舞台灯光设备、景观照明设备应用于文艺表演及需要灯光效果展示的场合之中，能够产生绚丽的视觉效果。现有的舞台灯具分为图案灯、激光灯、扫描灯等数种类型，图案灯通过色轮与图案轮的结合可以投影出数十种图案及颜色。激光灯通过振镜扫描的原理投影预先编程的图案。然而上述灯具本身存在一定的局限，例如图案灯只能投影固定图案，激光灯由于振镜频率有限，因而最终效果频闪严重且分辨率很低无法和普通投影仪相比。而现有普通投影仪无论是采用液晶(LCD)、数字光处理(DLP)还是硅基液晶(LCoS)技术都是基于将不需要的光屏蔽的原理，若要应用于舞台投影及灯光效果展示的场合，则其所需光源亮度将非常高，致使成本过高而无法实现。

全息投影技术与现有投影技术在原理上截然不同，其利用干涉衍射原理将光引导至所需的地方，而非遮挡光，因而在投影特殊图案时亮度可以达到普通投影的数十倍甚至上千倍。将全息投影技术应用于舞台投影领域，可以用投影技术来实现照明，从而展现出比现有灯具更为震撼的视觉效果，且所需光源的亮度远低于普通投影，其成本也较为低廉。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种全息投影照明系统，能够降低对光源亮度的要求。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种全息投影照明系统，包括：

将光源发出的光束调制到预设参数的光源整形器；

与所述光源整形器耦合的空间光调制器(SLM，SpatialLightModulator)，所述空间光调制器根据输入的全息图像调制所述光束，还原原图像；

与所述空间光调制器相连的控制模块，所述控制模块向所述空间光调制器提供所述全息图像。

可选地，所述空间光调制器采用硅基液晶(LCoS)、数字微镜元件(DMD)、液晶投影芯片或其它光调制器实现，所述原图像为静态图像/动态图像。

可选地，所述全息投影照明系统还包括：与所述空间光调制器耦合、对所述空间光调制器还原的原图像进行放大的图像放大器。

可选地，所述控制模块包括：

与所述光源相连并对其进行控制的光源控制器；

与所述空间光调制器相连并对其进行驱动控制的空间光调制器驱动器；

与所述光源控制器和空间光调制驱动器相连并对其进行控制的主控芯片。

可选地，所述控制模块还包括：

与所述主控芯片相连的全息图生成器，将输入的图像信号转换为所述全息图像；

与所述全息图生成器相连的数据接口，从外部接收图像信号并将其转发至所述全息图生成器。

可选地，所述控制模块还包括：

与所述主控芯片相连的存储器，其中存储有所述全息图像；

与所述主控芯片相连的数据接口，从外部接收控制信号，所述主控芯片基于该控制信号从所述存储器中选择全息图像传输至所述空间光调制器驱动器。

可选地，所述控制模块还包括：

与所述主控芯片相连的存储器，其中存储有所述全息图像；

与所述主控芯片相连的数据接口，从外部接收控制信号，所述主控芯片基于该控制信号从所述存储器中选择全息图像；

与所述主控芯片相连的全息图生成器，将选择的全息图像做运算，再将运算后的全息图像传输至所述空间光调制器驱动器。

可选地，所述数据接口包括HDMI接口、DMX512接口、并行接口和/或USB接口。

可选地，所述控制模块还包括：与所述主控芯片相连、输入/输出人机交互信息的人机交互模块。

可选地，所述全息投影照明系统还包括所述光源以及与所述光源、空间光调制器、和控制模块相连并对其供电的电源。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明实施例的全息投影照明系统中，采用空间光调制器根据全息图像对光束进行调制，还原出原图像，输出的原图像可以是动态的影像，在相同的光源下可以实现更高的投影亮度，有利于降低成本，并且比常规灯具具有更为优秀的视觉效果。

附图说明

图1是本发明一个实施例的全息投影照明系统的结构框图；

图2是本发明一个实施例中的控制模块的结构框图；

图3是本发明另一个实施例中的控制模块的结构框图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

图1示出了本实施例的全息投影照明系统的结构框图，包括：光源11、光源整形器12、空间光调制器13、图像放大器14、控制模块15和电源16。

其中，光源11用于提供照明所需的光线，可以采用激光器、发光二极管(LED)等实现。光源11是可选的，全息投影系统中可以内部集成光源11，也可以使用外部的光源11。

光源整形模块12将光源11发出的光束调制到所需的预设参数，以满足全息照明的需求。光源整形模块12可以包括相互配合的透镜、棱镜等多个光学元件。

空间光调制器13接收光源整形模块12输出的光束，并可以根据输入至其中的全息图像对光源整形模块12输出的光束进行调制，从而还原出原图像，其中，该原图像为人眼可直接识别的影像，而该全息图像为该影像变换后的一种存储形式。本实施例中，空间光调制器13可以采用硅基液晶、数字微镜元件、液晶投影芯片或者其他适当的光调制器件来实现，可以通过电子调制的方式实时改变全息图像的内容，使得投影出去的原图像为动态图像，达到播放动画的目的。当然，在其他实施例中，空间光调制器13也可以投影静态图像。

控制模块15与空间光调制器13相连，向空间光调制器13提供全息图像，该全息图像可以是静态图像或动态图像。此外，控制模块15还与光源11相连，对光源11的亮度、色彩等进行控制和调节。例如，控制模块15中可以包括与光源11相连的光源控制器，用于调节光源11输出的光束的强弱，或者也可以控制输出光束的色彩，可以是单色光源，也可以是多色光源，例如RGB三色激光。

图像放大器14与空间光调制器13耦合，将其输出的原图像放大后投射出去。图像放大器14是可选的。

电源16与光源11、空间光调制器13以及控制模块15相连，对其进行供电。电源16是可选的，在其他具体实施例中，也可以采用外接的电源对各个部件进行供电。

图2示出了一个实施例中的控制模块的结构框图，包括：光源控制器151、空间光调制驱动器152、主控芯片153、数据接口154、用户界面接口155a、人机交互模块155、存储器控制模块156a、存储器156。

结合图1和图2，光源控制器151与光源11相连，对光源11进行控制，例如可以调节光源11发出的光束的光强、色彩等。空间光调制器驱动器152与空间光调制器13相连，对空间光调制器13进行驱动控制。主控芯片153与光源控制器151和空间光调制器驱动器152相连，向光源控制器151和空间光调制器驱动器152发送控制指令，以对光源11和空间光调制器13进行调节。主控芯片153可以采用各种通用的处理器来实现，例如微控制器(MCU)，也可以采用专用的硬件电路或者模块来实现。

主控芯片153还连接有数据接口154，并通过存储器控制模块156a与存储器156相连。数据接口154可以包括USB接口、DMX512接口、HDMI接口、并行接口中的一个或多个或者也可以是用户自己开发的接口，例如可以通过DMX512接口与灯光控制台相连，通过USB接口与专用的开发板、个人电脑等设备相连。

外部输入的全息图像可以通过数据接口154传输至主控芯片153中，并通过主控芯片153、存储器控制模块156a存储至存储器156中。在投影过程中，可以通过数据接口154接收控制信号，从存储器156中选择相应的全息图像输出至空间光调制器13，并相应输出光源控制信号至光源11，以将原图像投射出去。也可以在存储器156中选择相应的全息图像后再做相应运算处理后输出至空间光调制器(例如数张全息图像的叠加后形成的新全息图投射后形成的是相应原图像的叠加效果，全息图进行相移运算后投射图像为原图像位移了相应距离等)。

图2所示的实施例中，主控芯片153还通过用户界面接口155a与人机交互模块155相连，用于输入/输出人机交互信息，例如用户可以改变控制存储器156中的内容，编辑所需显示的图像、动画的内容等等。

图3示出了另一实施例中的控制模块的结构框图，与图2所示的实施例类似地，包括：光源控制器151、空间光调制驱动器152、主控芯片153、数据接口154、用户界面接口155a、人机交互模块155、存储器控制模块156a、存储器156，此外还包括全息图生成器157。

其中，光源控制器151、空间光调制驱动器152、主控芯片153、数据接口154、用户界面接口155a、人机交互模块155与图2所示的实施例类似，这里不再重复。

结合图2和图3，数据接口154可以包括USB接口、DMX512接口、HDMI接口中的一个或多个，其中HDMI接口可以直接连接视频输出设备(如台式计算机、平板设备等)，USB接口可以连接专用的开发板或者个人电脑，用于更改主控芯片153中的程序或者预设的参数。

例如，数据接口154可以包括HDMI接口，该HDMI接口接收外部的HDMI信号并对其进行解码，将其转换为图像/视频流信号后输出；全息图生成器157将该图像/视频流信号通过预设的运算转换为全息图像；之后通过空间光调制器驱动器152驱动空间光调制器13(例如LCoS显示芯片)，并根据图像计算得出光源11所需要的强度，通过光源控制器151将相应的光源控制信号输出至光源11，实现原图像的投射。

其中，全息图生成器157用于将接收到的图像信号转换为全息图像，可以采用现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)、单片机或者专用集成电路(ASIC)等来实现。具体的，图像信号至全息图像的转换方法可以采用申请号为201010595976.X的中国专利申请中所描述的方法，主要包括：对目标图像进行相位分布计算，以获得第一振幅相位分布；基于所述第一振幅相位分布进行全息变换，以获得第一全息图，其中通过衍射效应能从该第一全息图像获得第一还原图像；基于所述目标图像和第一还原图像之间的像差以及所述第一振幅相位分布来确定第二振幅相位分布；基于所述第二振幅相位分布进行全息变换，以获得第二全息图像。当然，全息图生成器157也可以采用现有技术中其他适当的方法将图像信号转换为全息图像。

在图3所示的实施例中，存储器控制模块156a和存储器156是可选的，存储器156可以被配置为存储从数据接口154接收到的图像信号，也可以存储全息图生成器157输出的全息图像，后续可以通过DMX512等接口选择预存在存储器156中的全息图像输出至空间光调制器13进行投影显示。当然，在其他具体实施例中，也可以并不包括存储器控制模块156a和存储器156。

综上，本实施例的全息投影照明系统中，采用空间光调制器对全息图像进行调制和投射，该空间光调制器可以采用硅基液晶、数字微镜元件、液晶投影芯片或其他光调制元件来实现，从而实现动态图像的投影，在同等投影亮度下对光源亮度的要求较小，有利于降低成本，改善投影显示效果。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (7)

1.一种全息投影照明系统，其特征在于，包括：

将光源发出的光束调制到预设参数的光源整形器；

与所述光源整形器耦合的空间光调制器，所述空间光调制器根据输入的全息图像调制所述光束，还原原图像；

与所述空间光调制器相连的控制模块，所述控制模块向所述空间光调制器提供所述全息图像；

所述控制模块包括：

与所述光源相连并对其进行控制的光源控制器；

与所述空间光调制器相连并对其进行驱动控制的空间光调制器驱动器；

与所述光源控制器和空间光调制器驱动器相连，并对所述光源控制器和空间光调制器驱动器进行控制的主控芯片；

与所述主控芯片相连的存储器，其中存储有所述全息图像；

与所述主控芯片相连的数据接口，从所述全息投影照明系统外部接收控制信号，所述主控芯片基于该控制信号从所述存储器中预存的全息图像选择相应的全息图像传输至所述空间光调制器驱动器；

其中，所述全息投影照明系统外部输入的全息图像通过所述数据接口传输至所述主控芯片，并通过所述主控芯片、存储器控制模块存储至所述存储器中。

2.根据权利要求1所述的全息投影照明系统，其特征在于，所述空间光调制器采用硅基液晶、数字微镜元件或液晶投影芯片实现，所述原图像为静态图像/动态图像。

3.根据权利要求1所述的全息投影照明系统，其特征在于，还包括：

与所述空间光调制器耦合、对所述空间光调制器还原的原图像进行放大的图像放大器。

4.根据权利要求1所述的全息投影照明系统，其特征在于，所述控制模块还包括：

与所述主控芯片相连的全息图生成器，将选择的全息图像做运算，再将运算后的全息图像传输至所述空间光调制器驱动器。

5.根据权利要求1所述的全息投影照明系统，其特征在于，所述数据接口包括HDMI接口、DMX512接口、并行接口和/或USB接口。

6.根据权利要求1所述的全息投影照明系统，其特征在于，所述控制模块还包括：

与所述主控芯片相连、输入/输出人机交互信息的人机交互模块。

7.根据权利要求1所述的全息投影照明系统，其特征在于，还包括所述光源以及与所述光源、空间光调制器和控制模块相连并对其供电的电源。