微扫描式全息成像器制造技术

本发明专利技术涉及3D成像领域，公开了一种微扫描式全息成像器，包括分别设置于全息成像器内部的二维成像元件、至少一个振镜、成像镜组和焦深扫描机构；振镜的位置与二维显示元件相对应，用于对光线进行光学转化并形成有等效像面；成像镜组的位置与二维成像元件相对应，用于对光线进行光学转化并形成有二维画面；焦深扫描机构与振镜连接，用于控制振镜的空间位置变动，实现对二维画面的体扫描。本发明专利技术通过引入焦深扫描机构和多个振镜实现了投影画面周期性体扫描(布拉格周期扫描)，大大降低了体扫描的振幅，提高扫描频率，可以稳定的实现超高分辨率和超快帧频的3D成像/投影显示功能。

【技术实现步骤摘要】
微扫描式全息成像器
本专利技术涉及3D成像领域，尤其是涉及一种微扫描式全息成像器。
技术介绍
3D显示技术可以在传统的二维显示基础上提供额外的深度信息，因此被认为是下一代显示技术的发展方向。但是目前还没有比较有效的实现3D显示的方案，商用比较成功的案例大多是基于立体图像对的伪3D技术，不能够为用户提供真正有深度信息的3D画面。比如电影院的3D电影，其原理是使用投影仪在屏幕上投射两个二维的左右眼图像对，通过佩戴选择性滤光眼睛，使两只眼睛接收到不同的画面，从而给人造成一种看到3D画面的假象，但其实投射出去的画面只是2D画面。长时间观看还会引起眼睛不适。利用体扫描成像方式可以实现真正的3D效果，已是一种非常有潜力的3D解决方案。但是体扫描成像3D往往需要一个高速旋转/运动屏幕，系统存在较大的安全隐患，稳定性差，显示空间非常有限，无法直接触碰交互，显示画面程透明状，无法表达正确的遮挡关系。授权号为CN106773469B、CN207114903U和CN206431409U的专利公开了一种可以实现真实3D显示的方案。其关键部件为一个立体显示模块，立体显示模块通过景深扫描可以实现真实的3D画面重现。其工作原理是使一个焦平面在深度方向上往复扫描(景深扫描)形成一个连续的3D画面。这种方式，虽然可以实现3D画面的投射，但是依赖于单个焦平面的扫描成像，对显示系统的机械结构件的运动速度要求极高，系统的可靠性无法保证，对于画面的刷新速度和画面整体亮度无法实现最优化，同时就造成运算和控制系统及其复杂，难以实现稳定的画面显示，制造成本极高。这样系统的可靠性就难以保证，成像芯片本身的抗振动能力就非常有限，即使普通的碰撞或者跌落都有可能造成损坏，同样成像镜片的位置精度本身就需要非常难以稳定，一旦偏离理想装配位置太远都会严重影响成像质量。申请号为202010029144.5的一种全固态全息投影器，通过在一个投影器内设置多个分立的焦平面实现了一种全固态全息显示的效果。但是这种方式形成的3D画面不是连续的，而实空间中的一个一个切片式画面，不能完全实现连续的3D画面，同时存在显示空间有限、无法正确表现遮挡关系、存在安全隐患，系统可靠性差。此外，还存在设备笨重应用形式限制大等问题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题就在于：针对上述现有技术的不足，提供一种微扫描式全息成像器，通过引入焦深扫描机构和多个振镜实现了成像画面周期性体扫描，大大降低了体扫描的振幅，提高扫描频率，可以稳定的实现超高分辨率和超快帧频的3D成像/投影显示功能。为解决上述技术问题，本专利技术提出微扫描式全息成像器，包括分别设置于全息成像器内部的：二维成像元件；至少一个振镜，其位置与二维成像元件相对应，用于对光线进行光学转化并形成有等效像面；成像镜组，其位置与等效像面相对应，用于对光线进行光学转化并形成有二维画面；以及焦深扫描机构，与振镜连接，用于控制振镜的空间位置变动，实现对二维画面的体扫描。进一步地，所述焦深扫描机构还分别与二维成像元件和/或成像镜组连接，用于控制二维成像元件和/或成像镜组的空间位置变动，实现对二维画面的体扫描。进一步地，所述焦深扫描机构还与成像镜组连接，用于控制成像镜组有效焦距的变动，实现对二维画面的体扫描。进一步地，所述成像镜组至少包括液体变焦透镜或柔性变焦透镜。进一步地，所述振镜的数量为N，任意一个所述振镜的质量为MNg、振幅为A㎜，所述全息成像器最外侧镜片的质量为mg，满足：进一步地，所述焦深扫描机构的扫描频率大于6Hz。进一步地，所述二维成像元件为投影显示元件或者拍摄感光元件。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：1、本专利技术通过微扫描替代传统体扫描的高速大范围扫描设备，设备体积极小，有效显示空间极大，无高速运动部件带来的安全问题；2、扫描部件封装在内部，不与外界接触，不易损坏；3、本专利技术应用时，眼睛需要与观看真实事物一样进行焦深的动态调整，而不是普通2D显示画面的固定焦深，所以不会造成视觉疲劳，有助于保护视力；4、本专利技术可以同时实现投影和拍摄功能，方便实际应用时的同时输出图片信息和实时接收外界图像信息。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，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专利技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为二维成像元件1为投影显示元件的本专利技术成像器以及实施例1的系统示意图，图2是在图1的基础上，将投影显示元件替换成拍摄感光元件的本专利技术成像器的系统示意图，图3为实施例2的系统示意图，图4为实施例3的系统示意图，图5为实施例4的系统示意图，图6为等效像面3的一个振动周期的状态示意图，图7为成像镜组4进行机械变焦的原理示意图，图8为成像镜组4采用柔性变焦透镜的变焦原理示意图，图9为振镜2与二维成像元件1成45°角度时，二者振幅对应关系示意图，图10为振镜2数量为2个时，本专利技术的所述成像器的系统示意图，附图标记如下：二维成像元件1，振镜2，等效像面3，成像镜组4，二维画面5，焦深扫描机构6。具体实施方式为了使本领域技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合附图对本专利技术进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本专利技术的保护范围有任何的限制作用。参照图1至图10，本专利技术提供一种微扫描式全息成像器，包括分别设置于其内部的二维成像元件1、至少一个振镜2、成像镜组4以及焦深扫描机构6；振镜2设置的位置与二维成像元件1相对应，用于对光线进行光学转化并形成有等效像面3；成像镜组4的位置与等效像面3相对应，用于对光线进行光学转化并形成有二维画面5；焦深扫描机构6与振镜2连接，用于控制振镜2的空间位置变动，实现对二维画面5的体扫描；其中，本专利技术的二维成像元件1可以是投影显示元件也可以是拍摄感光元件：如图1，当二维成像元件1是投影显示元件时，投影显示元件的投射光线依次经过振镜2和成像镜组4光学转化后在空间投影出二维画面5，等效于一个等效像面3经过成像镜组4投影后的成像效果，焦深扫描机构6控制振镜2振动，使等效像面3与成像镜组4之间的相对位置发生变动，二维画面5随之也于焦深方向发生振动，实现对二维画面5的体扫描，最终达到3D显示的效果，上述二维画面5与等效像面3存在光学共轭的关系，因此对二维画面5进行体扫描时，等效像面3也同时在进行体扫描，上述二维画面5为光学转化后的实像面，等效像面3为通过光学转化得到的虚像面；如图2，当二维成像元件1是拍摄感光元件时，根据光路可逆，外部景物的光线依次经过成像镜组4和振镜2的光学转化后，在拍摄感光元件上生成实像的二维画面5并被记录下来，等效于外部景物的光线本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.微扫描式全息成像器，其特征在于，包括分别设置于全息成像器内部的：/n二维成像元件(1)；/n至少一个振镜(2)，其位置与二维成像元件(1)相对应，用于对光线进行光学转化并形成有等效像面(3)；/n成像镜组(4)，其位置与等效像面(3)相对应，用于对光线进行光学成像并形成有二维画面(5)；以及/n焦深扫描机构(6)，与振镜(2)连接，用于控制振镜(2)的空间位置变动，实现对二维画面(5)的体扫描。/n

【技术特征摘要】
1.微扫描式全息成像器，其特征在于，包括分别设置于全息成像器内部的：
二维成像元件(1)；
至少一个振镜(2)，其位置与二维成像元件(1)相对应，用于对光线进行光学转化并形成有等效像面(3)；
成像镜组(4)，其位置与等效像面(3)相对应，用于对光线进行光学成像并形成有二维画面(5)；以及
焦深扫描机构(6)，与振镜(2)连接，用于控制振镜(2)的空间位置变动，实现对二维画面(5)的体扫描。


2.根据权利要求1所述的微扫描式全息成像器，其特征在于：所述焦深扫描机构(6)还分别与二维成像元件(1)和/或成像镜组(4)连接，用于控制二维成像元件(1)和/或成像镜组(4)的空间位置变动，实现对二维画面(5)的体扫描。


3.根据权利要求1所述的微扫描式全息成像器，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：王广军，余为伟，
申请(专利权)人：荆门市探梦科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42