CN207851430U - 采用准直激光照射衍射光学元件形成动画图像的光学系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种采用准直激光照射衍射光学元件形成动画图像的光学系统，包括用于发射准直平行光的激光照射光源以及可移动的衍射光学元件组合；所述衍射光学元件组合主要由按照设定顺序排列的具有预设图像的衍射光学元件组成；所述激光照射光源和衍射光学元件组合位置对应，随着所述衍射光学元件组合的移动，激光照射光源照射的准直平行光可照射到所述衍射光学元件组合实现所需光场动画成像组合。本实用新型光学元件少、尺寸小，光利用效率可达到90％以上。

Description

采用准直激光照射衍射光学元件形成动画图像的光学系统

技术领域

本实用新型涉及光学系统技术领域，具体涉及一种采用准直激光照射衍射光学元件形成动画图像的光学系统。

背景技术

传统的形成动画图像的光学系统设计有两种，一种是通过一面光源(例如LED光源)照射所需光场组合的空间光调制器组合(如掩膜片、液晶屏等)，该设计方式是通过遮挡的方法，对入射光场进行调制实现所需要光场的输出，要形成动画成像则需更换不同的空间光调制器组合。该设计方法的光学元件复杂、数量较多，机构尺寸大，光利用效率非常低下。同时传统的空间光调制器的光场产生方式，其光学器件尺寸大、成本很高，而且对应用环境要求很高，光学器件表面的细微灰尘都会造成异形光场的严重缺陷，上述因素为该产品的使用造成了很多不利的因素，严重的限制了产品的市场应用。

另一种是通过光学振镜实现，具体通过程序控制光学振镜的高速振动，对入射光场进行调制，从而达到动画成像。该设计方法的光学元件复杂、数量较多，机构尺寸大，易损坏，成本昂贵，投射距离近。例如对于广泛应用的舞台灯光、草坪灯、迷你灯LED动画成像，由于该动画成像光场的所需全幅覆盖面积大，但发光区域面积小，其光利用效率普遍低于50％，甚至低于10％。另外，振镜由于投射距离近及光利用效率低，成本昂贵及极易损坏的原因，市场上普及很少。

现代技术中，随着光电设备、系统的应用发展，户外景观灯对可实现动画成像激光光场的应用越来越需求，要求也不断提高，基于衍射光学和激光技术的发展，已经可以实现激光动画，例如户外激光草坪灯光场，激光迷你灯市场，舞台灯光市场。现有的LED动画成像系统及振镜成像系统复杂，尺寸很大，成本很高，光利用率低，投射距离近，无法满足很多应用领域的需要，如图1－2所示。其中11为LED照射光源，12为形成所需光场的空间光调制器，13为成像透镜或透镜系统。图2为空间光调制器的组成示意图，空间光调制器的宽度L0和长度L1、L2、L3、L4、L5、L6都很大，造成整个光学成像系统组合的结构复杂。如图1所示，市场上所使用的动画成像系统光学结构非常复杂，首先使用照明光源照射空间光调制器组合(掩膜版组合)，通过掩膜版的透光区域设计，实现所需光场的分布区域，然后使用成像系统对掩膜版进行远场成像。而形成动画成像则需要一组掩膜版进行更换。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型旨在提供一种采用准直激光照射衍射光学元件形成动画图像的光学系统，光学元件少、尺寸小，光利用效率可达到90％以上。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

采用准直激光照射衍射光学元件形成动画图像的光学系统，包括用于发射准直平行光的激光照射光源以及可移动的衍射光学元件组合；所述衍射光学元件组合主要由按照设定顺序排列的具有预设图像的衍射光学元件组成；所述激光照射光源和衍射光学元件组合位置对应，随着所述衍射光学元件组合的移动，激光照射光源照射的准直平行光可照射到所述衍射光学元件组合实现所需光场动画成像组合。

进一步地，所述衍射光学元件为菲涅尔衍射光学元件或夫琅禾费衍射光学元件。

进一步地，光场波前为平面波或近似平面波。

进一步地，所述衍射光学元件组合设于沿着其移动方向延伸的齿条上，所述齿条啮合于驱动齿轮。

利用上述采用准直激光照射衍射光学元件形成动画图像的光学系统形成动画图像的方法，包括如下步骤：

S1按需要形成的动画图像排列衍射光学元件组合中的各个衍射光学元件；

S2启动激光照射光源；

S3按照需要形成的动画图像中每帧图像的形成顺序移动所述衍射光学元件组合，激光照射光源发出的准直平行光依次照射到所述衍射光学元件组合的每个衍射光学元件，形成动画图像。

需要说明的是，步骤S3具体为：令驱动齿轮转动，驱动齿轮带动与之啮合的齿条移动，从而带动所述衍射光学元件组合移动。

本实用新型的有益效果在于：

衍射光学元件是通过对入射光场的波前调制，实现出射光场的光强分布设计，其所需光场的产生原理与空间光调制器有本质区别，使用一片衍射光学元件即可取代传统方法中的空间光调制器和成像镜头装置，光学元件少、尺寸小，光利用效率可达到90％以上。

本实用新型专利采用准直光照射，通过衍射光学元件的优化设计，配合衍射光学元件组合移动，可实现连续的动画成像，光利用效率达到90％以上；衍射光学元件组合具备体积小、安装简单、成本低的特点，可大幅度的缩小光学系统的体积，降低光学产品的成本；同时衍射光学元件组合的光学指标容差较大，相对于空间光调制器，其通光区域的细小灰尘、脏污对异形光场的影响很小，对应用环境的要求较低，可适应复杂多样的应用环境，完全实现了动画成像光场的高光利用效率、低成本、光学结构设计简单、尺寸小，极大的提升了光学系统的功能和可应用性。

本实用新型具备光学结构精炼、机械结构简单、光学效率极高、尺寸微型化、成本低廉等多项优点，处于迫切的需求状态。

附图说明

图1为现有的传统的形成动画图像的光学系统的组成示意图；

图2为图1中形成所需光场的空间光调制器的组成示意图；

图3为本实用新型实施例中光学系统的组成示意图；

图4为图3中衍射光学元件组合的组成示意图；

图5为图3中衍射光学元件组合的驱动结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图对本实用新型作进一步的描述，需要说明的是，以下实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围并不限于本实施例。

如图3－4所示，采用准直激光照射衍射光学元件形成动画图像的光学系统，包括用于发射准直平行光的激光照射光源0以及可移动的衍射光学元件组合1；所述衍射光学元件组合1主要由按照设定顺序排列的具有预设图像的衍射光学元件101组成；所述激光照射光源0和衍射光学元件组合1位置对应，随着所述衍射光学元件组合的移动，激光照射光源0照射的准直平行光可照射到所述衍射光学元件组合1实现所需光场成像组合。

上述光学系统使用一衍射光学元件组合，即取代传统方案的空间光调制器组合和成像透镜系统。衍射光学元件属于微光学器件，其尺寸小，功能强大，使得上述光学系统的尺寸可缩小为传统的光学系统(如图1所示)的1％。如图2所示，在本实施例的光学系统中，将衍射光学元件组合1放置于激光照射光源0之后，无需其它结构即能进行远距离投射成像。

进一步地，光场波前为平面波或近似平面波。

进一步地，所述衍射光学元件组合为通用的衍射光学设计元件，其设计光场由整个光学系统的最终目标决定。根据实际需要和工作面的位置，可设计为菲涅尔衍射光学元件或夫琅禾费衍射光学元件，准直平行光照射衍射光学元件则直接成像。

进一步地，如图5所示，可将所述衍射光学元件1组合设于沿着其移动方向延伸的齿条2上，所述齿条2啮合于驱动齿轮3。移动衍射光学元件组合时，令驱动齿轮转动，驱动齿轮带动与之啮合的齿条移动，从而带动所述衍射光学元件移动。可以采用电机驱动的方式驱动驱动齿轮转动。

对于本领域的技术人员来说，可以根据以上的技术方案和构思，给出各种相应的改变和变形，而所有的这些改变和变形，都应该包括在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (4)

1.采用准直激光照射衍射光学元件形成动画图像的光学系统，其特征在于，包括用于发射准直平行光的激光照射光源以及可移动的衍射光学元件组合；所述衍射光学元件组合主要由按照设定顺序排列的具有预设图像的衍射光学元件组成；所述激光照射光源和衍射光学元件组合位置对应，随着所述衍射光学元件组合的移动，激光照射光源照射的准直平行光可照射到所述衍射光学元件组合实现所需光场动画成像组合。

2.根据权利要求1所述的采用准直激光照射衍射光学元件形成动画图像的光学系统，其特征在于，所述衍射光学元件为菲涅尔衍射光学元件或夫琅禾费衍射光学元件。

3.根据权利要求1所述的采用准直激光照射衍射光学元件形成动画图像的光学系统，其特征在于，光场波前为平面波或近似平面波。

4.根据权利要求1所述的采用准直激光照射衍射光学元件形成动画图像的光学系统，其特征在于，所述衍射光学元件组合设于沿着其移动方向延伸的齿条上，所述齿条啮合于驱动齿轮。