激光激發(fā)空氣電離的立體顯示成像裝置及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種激光激發(fā)空氣電離的立體顯示成像裝置及其方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前顯示成像以有源發(fā)光的各種顯示器以及需要屏幕的投影顯示為主。立體顯示技術(shù)以靠偏振或者電子開關(guān)眼鏡,形成雙眼不同圖像的畫面合成顯示技術(shù);還有就是將圖像投影后反射在半透明的材料上的幻影立體顯示技術(shù)。這些顯示技術(shù)都需要以物理介質(zhì)作為圖像的承載,并不是直接在空氣中進行成像。同時因為需要幾個圖像進行合成,變換觀察角度也只能看到這些特定的圖像,并不是真正的立體顯示效果。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足,提供一種激光激發(fā)空氣電離的立體顯示成像裝置及其方法。
[0004]本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):
[0005]激光激發(fā)空氣電離的立體顯示成像裝置,特點是:激光器的光路輸出端布置有擴束鏡,擴束鏡的光路輸出端設(shè)有3D動態(tài)聚焦系統(tǒng),3D動態(tài)聚焦系統(tǒng)的光路輸出端布置有高速掃描系統(tǒng),高速掃描系統(tǒng)的光路輸出端布置遠心掃描場鏡,遠心掃描場鏡正對于成像區(qū)域,所述激光器、擴束鏡、3D動態(tài)聚焦系統(tǒng)、高速掃描系統(tǒng)與控制系統(tǒng)控制連接。
[0006]進一步地,上述的激光激發(fā)空氣電離的立體顯示成像裝置,其中,所述激光器是波長為266nm?10640nm、脈沖寬度為1ps?Ifs的超短脈沖激光器。
[0007]更進一步地,上述的激光激發(fā)空氣電離的立體顯示成像裝置,其中,所述成像區(qū)域旁設(shè)有能量吸收冷卻系統(tǒng)。
[0008]更進一步地,上述的激光激發(fā)空氣電離的立體顯示成像裝置,其中,所述激光器與擴束鏡之間光路設(shè)置有用于控制激光開關(guān)光的光閘。
[0009]更進一步地,上述的激光激發(fā)空氣電離的立體顯示成像裝置,其中,所述3D動態(tài)聚焦系統(tǒng)由兩片間距可調(diào)的透鏡組成,通過變換兩片透鏡間的間距改變激光聚焦的高度位置。
[0010]更進一步地,上述的激光激發(fā)空氣電離的立體顯示成像裝置,其中,所述高速掃描系統(tǒng)由兩片可轉(zhuǎn)動的反射鏡片組成,通過改變反射鏡片的旋轉(zhuǎn)角度控制反射光束的水平位置。
[0011]更進一步地,上述的激光激發(fā)空氣電離的立體顯示成像裝置,其中,所述遠心掃描場鏡由多片透鏡組合形成一聚焦鏡。
[0012]本發(fā)明激光激發(fā)空氣電離的立體顯示成像方法,控制系統(tǒng)控制激光器發(fā)出的激光經(jīng)過光閘后經(jīng)過擴束鏡對光束進行同軸擴束,改善光束傳播的發(fā)散角,達到光路準直的目的;擴束后的光束到達3D動態(tài)聚焦系統(tǒng),通過改變發(fā)散角度控制成像的高度位置Z ;光束經(jīng)3D動態(tài)聚焦系統(tǒng)調(diào)制后,輸出光束射入高速掃描系統(tǒng)控制成像的XY方向位置,光束由遠心掃描場鏡聚焦后將焦點位置的空氣電離發(fā)光,通過XYZ三軸快速聯(lián)動掃描,在成像區(qū)域內(nèi)形成外形輪廓,多余的能量由能量吸收冷卻系統(tǒng)吸收。
[0013]再進一步地,上述的激光激發(fā)空氣電離的立體顯示成像方法,其中,所述激光器發(fā)出光波長為266nm?10640nm、脈沖寬度在1ps?Ifs的超短脈沖激光器。
[0014]本發(fā)明技術(shù)方案突出的實質(zhì)性特點和顯著的進步主要體現(xiàn)在:
[0015]①本發(fā)明將超短脈沖激光聚焦在空氣中,將空氣電離而發(fā)光;使用3D動態(tài)聚焦掃描場鏡快速掃描,將單個點通過視覺暫留原理形成立體的外形輪廓,從而實現(xiàn)在空氣中直接成像;
[0016]②實現(xiàn)在空氣中直接形成立體的輪廓,實際應(yīng)用時可以根據(jù)體積大小,使用多個系統(tǒng)進行合成使用;或是根據(jù)不同激光電離不同氣體而發(fā)出不同顏色,使用多種激光和氣體合成進行彩色成像。
【附圖說明】
[0017]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明技術(shù)方案作進一步說明:
[0018]圖1:本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0019]如圖1所示,激光激發(fā)空氣電離的立體顯示成像裝置,激光器2是波長為266nm?10640nm、脈沖寬度為1ps?Ifs的超短脈沖激光器,激光器2的光路輸出端依次布置有光閘3、擴束鏡4,擴束鏡4的光路輸出端設(shè)有3D動態(tài)聚焦系統(tǒng)5,3D動態(tài)聚焦系統(tǒng)5的光路輸出端布置有高速掃描系統(tǒng)6,高速掃描系統(tǒng)6的光路輸出端布置遠心掃描場鏡7,遠心掃描場鏡7正對于成像區(qū)域8,成像區(qū)域8旁設(shè)有能量吸收冷卻系統(tǒng)10,激光器2、擴束鏡4、3D動態(tài)聚焦系統(tǒng)5、高速掃描系統(tǒng)6、能量吸收冷卻系統(tǒng)10與控制系統(tǒng)I控制連接。
[0020]3D動態(tài)聚焦系統(tǒng)5由兩片間距可以快速準確變化的透鏡組成,通過變換兩片透鏡間的間距來改變激光聚焦的高度位置。
[0021]高速掃描系統(tǒng)6由兩片可以轉(zhuǎn)動的反射鏡片組成,通過改變反射鏡片的旋轉(zhuǎn)角度控制反射光束的水平位置。
[0022]遠心掃描場鏡7由多片透鏡組合形成一聚焦鏡,能夠?qū)φ麄€成像范圍內(nèi)的成像質(zhì)量進行優(yōu)化,保證最優(yōu)的成像質(zhì)量。
[0023]具體應(yīng)用時,激光器2發(fā)出光波長為266nm?10640nm、脈沖寬度在1ps?Ifs的超短脈沖激光器,控制系統(tǒng)I控制激光器2發(fā)出的激光經(jīng)過光閘3后經(jīng)過擴束鏡4對光束進行同軸擴束,改善光束傳播的發(fā)散角,達到光路準直的目的;擴束后的光束到達3D動態(tài)聚焦系統(tǒng)5,通過改變發(fā)散角度控制成像的高度位置Z,對進入的光束進行Z方向調(diào)制,控制成像的高度位置;光束經(jīng)3D動態(tài)聚焦系統(tǒng)5調(diào)制后,輸出光束射入高速掃描系統(tǒng)6控制成像的XY方向位置,對成像XY方向位置的進行快速掃描;光束由遠心掃描場鏡7聚焦后將焦點位置的空氣電離發(fā)光,通過XYZ三軸快速聯(lián)動掃描,光點通過3D動態(tài)聚焦系統(tǒng)5和高速掃描系統(tǒng)6的聯(lián)合調(diào)制在成像區(qū)域8內(nèi)形成一個輪廓9 ;多余的能量由能量吸收冷卻系統(tǒng)10吸收掉。
[0024]本發(fā)明將超短脈沖激光聚焦在空氣中,將空氣電離而發(fā)光;使用3D動態(tài)聚焦掃描場鏡快速掃描,將單個點通過視覺暫留原理形成立體的外形輪廓,從而實現(xiàn)在空氣中直接成像。
[0025]綜上所述,本發(fā)明激光激發(fā)空氣電離的立體顯示成像方法及其裝置,可實現(xiàn)在空氣中直接形成立體的輪廓,實際應(yīng)用時可以根據(jù)體積大小,使用多個系統(tǒng)進行合成使用;或是根據(jù)不同激光電離不同氣體而發(fā)出不同顏色,使用多種激光和氣體合成進行彩色成像。
[0026]需要理解到的是:以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式,對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說,在不脫離本發(fā)明原理的前提下,還可以作出若干改進和潤飾,這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
【主權(quán)項】
1.激光激發(fā)空氣電離的立體顯示成像裝置,其特征在于:激光器(2)的光路輸出端布置有擴束鏡(4),擴束鏡(4)的光路輸出端設(shè)有3D動態(tài)聚焦系統(tǒng)(5),3D動態(tài)聚焦系統(tǒng)(5)的光路輸出端布置有高速掃描系統(tǒng)(6),高速掃描系統(tǒng)(6)的光路輸出端布置遠心掃描場鏡(7),遠心掃描場鏡(7)正對于成像區(qū)域(8),所述激光器(2)、擴束鏡(4)、3D動態(tài)聚焦系統(tǒng)(5)、高速掃描系統(tǒng)(6)與控制系統(tǒng)(I)控制連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光激發(fā)空氣電離的立體顯示成像裝置,其特征在于:所述激光器⑵是波長為266nm?10640nm、脈沖寬度為1ps?Ifs的超短脈沖激光器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光激發(fā)空氣電離的立體顯示成像裝置,其特征在于:所述成像區(qū)域(8)旁設(shè)有能量吸收冷卻系統(tǒng)(10)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光激發(fā)空氣電離的立體顯示成像裝置,其特征在于:所述激光器(2)與擴束鏡(4)之間光路設(shè)置有用于控制激光開關(guān)光的光閘(3)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光激發(fā)空氣電離的立體顯示成像裝置,其特征在于:所述3D動態(tài)聚焦系統(tǒng)(5)由兩片間距可調(diào)的透鏡組成,通過變換兩片透鏡間的間距改變激光聚焦的高度位置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光激發(fā)空氣電離的立體顯示成像裝置,其特征在于:所述高速掃描系統(tǒng)(6)由兩片可轉(zhuǎn)動的反射鏡片組成,通過改變反射鏡片的旋轉(zhuǎn)角度控制反射光束的水平位置。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光激發(fā)空氣電離的立體顯示成像裝置,其特征在于:所述遠心掃描場鏡(7)由多片透鏡組合形成一聚焦鏡。
8.利用權(quán)利要求1所述裝置實現(xiàn)激光激發(fā)空氣電離的立體顯示成像方法,其特征在于:控制系統(tǒng)(I)控制激光器(2)發(fā)出的激光經(jīng)過光閘(3)后經(jīng)過擴束鏡(4)對光束進行同軸擴束,改善光束傳播的發(fā)散角,達到光路準直的目的;擴束后的光束到達3D動態(tài)聚焦系統(tǒng)(5),通過改變發(fā)散角度控制成像的高度位置Z ;光束經(jīng)3D動態(tài)聚焦系統(tǒng)(5)調(diào)制后,輸出光束射入高速掃描系統(tǒng)(6)控制成像的XY方向位置,光束由遠心掃描場鏡(7)聚焦后將焦點位置的空氣電離發(fā)光,通過XYZ三軸快速聯(lián)動掃描,在成像區(qū)域(8)內(nèi)形成外形輪廓(9),多余的能量由能量吸收冷卻系統(tǒng)(10)吸收。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的激光激發(fā)空氣電離的立體顯示成像方法,其特征在于:所述激光器(2)發(fā)出光波長為266nm?10640nm、脈沖寬度在1ps?Ifs的超短脈沖激光器。
【專利摘要】本發(fā)明涉及激光激發(fā)空氣電離的立體顯示成像裝置及其方法,激光器的光路輸出端布置有擴束鏡,擴束鏡的光路輸出端設(shè)有3D動態(tài)聚焦系統(tǒng),3D動態(tài)聚焦系統(tǒng)的光路輸出端布置有高速掃描系統(tǒng),高速掃描系統(tǒng)的光路輸出端布置遠心掃描場鏡,遠心掃描場鏡正對于成像區(qū)域。將超短脈沖激光聚焦在空氣中,將空氣電離而發(fā)光;使用3D動態(tài)聚焦掃描場鏡快速掃描,將單個點通過視覺暫留原理形成立體的外形輪廓,從而實現(xiàn)在空氣中直接成像,實現(xiàn)在空氣中直接形成立體的輪廓,實際應(yīng)用時可以根據(jù)體積大小,使用多個系統(tǒng)進行合成使用;或是根據(jù)不同激光電離不同氣體而發(fā)出不同顏色,使用多種激光和氣體合成進行彩色成像。
【IPC分類】G02B27-22
【公開號】CN104849868
【申請?zhí)枴緾N201510282483
【發(fā)明人】趙裕興, 益凱劼
【申請人】蘇州德龍激光股份有限公司
【公開日】2015年8月19日
【申請日】2015年5月28日