激光激发空气电离的立体显示成像装置及其方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种激光激发空气电离的立体显示成像装置及其方法。
【背景技术】
[0002]目前显示成像以有源发光的各种显示器以及需要屏幕的投影显示为主。立体显示技术以靠偏振或者电子开关眼镜，形成双眼不同图像的画面合成显示技术；还有就是将图像投影后反射在半透明的材料上的幻影立体显示技术。这些显示技术都需要以物理介质作为图像的承载，并不是直接在空气中进行成像。同时因为需要几个图像进行合成，变换观察角度也只能看到这些特定的图像，并不是真正的立体显示效果。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种激光激发空气电离的立体显示成像装置及其方法。
[0004]本发明的目的通过以下技术方案来实现:
[0005]激光激发空气电离的立体显示成像装置，特点是:激光器的光路输出端布置有扩束镜，扩束镜的光路输出端设有3D动态聚焦系统，3D动态聚焦系统的光路输出端布置有高速扫描系统，高速扫描系统的光路输出端布置远心扫描场镜，远心扫描场镜正对于成像区域，所述激光器、扩束镜、3D动态聚焦系统、高速扫描系统与控制系统控制连接。
[0006]进一步地，上述的激光激发空气电离的立体显示成像装置，其中，所述激光器是波长为266nm?10640nm、脉冲宽度为1ps?Ifs的超短脉冲激光器。
[0007]更进一步地，上述的激光激发空气电离的立体显示成像装置，其中，所述成像区域旁设有能量吸收冷却系统。
[0008]更进一步地，上述的激光激发空气电离的立体显示成像装置，其中，所述激光器与扩束镜之间光路设置有用于控制激光开关光的光闸。
[0009]更进一步地，上述的激光激发空气电离的立体显示成像装置，其中，所述3D动态聚焦系统由两片间距可调的透镜组成，通过变换两片透镜间的间距改变激光聚焦的高度位置。
[0010]更进一步地，上述的激光激发空气电离的立体显示成像装置，其中，所述高速扫描系统由两片可转动的反射镜片组成，通过改变反射镜片的旋转角度控制反射光束的水平位置。
[0011]更进一步地，上述的激光激发空气电离的立体显示成像装置，其中，所述远心扫描场镜由多片透镜组合形成一聚焦镜。
[0012]本发明激光激发空气电离的立体显示成像方法，控制系统控制激光器发出的激光经过光闸后经过扩束镜对光束进行同轴扩束，改善光束传播的发散角，达到光路准直的目的；扩束后的光束到达3D动态聚焦系统，通过改变发散角度控制成像的高度位置Z ;光束经3D动态聚焦系统调制后，输出光束射入高速扫描系统控制成像的XY方向位置，光束由远心扫描场镜聚焦后将焦点位置的空气电离发光，通过XYZ三轴快速联动扫描，在成像区域内形成外形轮廓，多余的能量由能量吸收冷却系统吸收。
[0013]再进一步地，上述的激光激发空气电离的立体显示成像方法，其中，所述激光器发出光波长为266nm?10640nm、脉冲宽度在1ps?Ifs的超短脉冲激光器。
[0014]本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在:
[0015]①本发明将超短脉冲激光聚焦在空气中，将空气电离而发光；使用3D动态聚焦扫描场镜快速扫描，将单个点通过视觉暂留原理形成立体的外形轮廓，从而实现在空气中直接成像；
[0016]②实现在空气中直接形成立体的轮廓，实际应用时可以根据体积大小，使用多个系统进行合成使用；或是根据不同激光电离不同气体而发出不同颜色，使用多种激光和气体合成进行彩色成像。
【附图说明】
[0017]下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明:
[0018]图1:本发明装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0019]如图1所示，激光激发空气电离的立体显示成像装置，激光器2是波长为266nm?10640nm、脉冲宽度为1ps?Ifs的超短脉冲激光器，激光器2的光路输出端依次布置有光闸3、扩束镜4，扩束镜4的光路输出端设有3D动态聚焦系统5，3D动态聚焦系统5的光路输出端布置有高速扫描系统6，高速扫描系统6的光路输出端布置远心扫描场镜7，远心扫描场镜7正对于成像区域8，成像区域8旁设有能量吸收冷却系统10，激光器2、扩束镜4、3D动态聚焦系统5、高速扫描系统6、能量吸收冷却系统10与控制系统I控制连接。
[0020]3D动态聚焦系统5由两片间距可以快速准确变化的透镜组成，通过变换两片透镜间的间距来改变激光聚焦的高度位置。
[0021]高速扫描系统6由两片可以转动的反射镜片组成，通过改变反射镜片的旋转角度控制反射光束的水平位置。
[0022]远心扫描场镜7由多片透镜组合形成一聚焦镜，能够对整个成像范围内的成像质量进行优化，保证最优的成像质量。
[0023]具体应用时，激光器2发出光波长为266nm?10640nm、脉冲宽度在1ps?Ifs的超短脉冲激光器，控制系统I控制激光器2发出的激光经过光闸3后经过扩束镜4对光束进行同轴扩束，改善光束传播的发散角，达到光路准直的目的；扩束后的光束到达3D动态聚焦系统5，通过改变发散角度控制成像的高度位置Z，对进入的光束进行Z方向调制，控制成像的高度位置；光束经3D动态聚焦系统5调制后，输出光束射入高速扫描系统6控制成像的XY方向位置，对成像XY方向位置的进行快速扫描；光束由远心扫描场镜7聚焦后将焦点位置的空气电离发光，通过XYZ三轴快速联动扫描，光点通过3D动态聚焦系统5和高速扫描系统6的联合调制在成像区域8内形成一个轮廓9 ;多余的能量由能量吸收冷却系统10吸收掉。
[0024]本发明将超短脉冲激光聚焦在空气中，将空气电离而发光；使用3D动态聚焦扫描场镜快速扫描，将单个点通过视觉暂留原理形成立体的外形轮廓，从而实现在空气中直接成像。
[0025]综上所述，本发明激光激发空气电离的立体显示成像方法及其装置，可实现在空气中直接形成立体的轮廓，实际应用时可以根据体积大小，使用多个系统进行合成使用；或是根据不同激光电离不同气体而发出不同颜色，使用多种激光和气体合成进行彩色成像。
[0026]需要理解到的是:以上所述仅是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.激光激发空气电离的立体显示成像装置，其特征在于:激光器(2)的光路输出端布置有扩束镜(4)，扩束镜(4)的光路输出端设有3D动态聚焦系统(5)，3D动态聚焦系统(5)的光路输出端布置有高速扫描系统(6)，高速扫描系统(6)的光路输出端布置远心扫描场镜(7)，远心扫描场镜(7)正对于成像区域(8)，所述激光器(2)、扩束镜(4)、3D动态聚焦系统(5)、高速扫描系统(6)与控制系统(I)控制连接。
2.根据权利要求1所述的激光激发空气电离的立体显示成像装置，其特征在于:所述激光器⑵是波长为266nm?10640nm、脉冲宽度为1ps?Ifs的超短脉冲激光器。
3.根据权利要求1所述的激光激发空气电离的立体显示成像装置，其特征在于:所述成像区域(8)旁设有能量吸收冷却系统(10)。
4.根据权利要求1所述的激光激发空气电离的立体显示成像装置，其特征在于:所述激光器(2)与扩束镜(4)之间光路设置有用于控制激光开关光的光闸(3)。
5.根据权利要求1所述的激光激发空气电离的立体显示成像装置，其特征在于:所述3D动态聚焦系统(5)由两片间距可调的透镜组成，通过变换两片透镜间的间距改变激光聚焦的高度位置。
6.根据权利要求1所述的激光激发空气电离的立体显示成像装置，其特征在于:所述高速扫描系统(6)由两片可转动的反射镜片组成，通过改变反射镜片的旋转角度控制反射光束的水平位置。
7.根据权利要求1所述的激光激发空气电离的立体显示成像装置，其特征在于:所述远心扫描场镜(7)由多片透镜组合形成一聚焦镜。
8.利用权利要求1所述装置实现激光激发空气电离的立体显示成像方法，其特征在于:控制系统(I)控制激光器(2)发出的激光经过光闸(3)后经过扩束镜(4)对光束进行同轴扩束，改善光束传播的发散角，达到光路准直的目的；扩束后的光束到达3D动态聚焦系统(5)，通过改变发散角度控制成像的高度位置Z ;光束经3D动态聚焦系统(5)调制后，输出光束射入高速扫描系统(6)控制成像的XY方向位置，光束由远心扫描场镜(7)聚焦后将焦点位置的空气电离发光，通过XYZ三轴快速联动扫描，在成像区域(8)内形成外形轮廓(9)，多余的能量由能量吸收冷却系统(10)吸收。
9.根据权利要求8所述的激光激发空气电离的立体显示成像方法，其特征在于:所述激光器(2)发出光波长为266nm?10640nm、脉冲宽度在1ps?Ifs的超短脉冲激光器。
【专利摘要】本发明涉及激光激发空气电离的立体显示成像装置及其方法，激光器的光路输出端布置有扩束镜，扩束镜的光路输出端设有3D动态聚焦系统，3D动态聚焦系统的光路输出端布置有高速扫描系统，高速扫描系统的光路输出端布置远心扫描场镜，远心扫描场镜正对于成像区域。将超短脉冲激光聚焦在空气中，将空气电离而发光；使用3D动态聚焦扫描场镜快速扫描，将单个点通过视觉暂留原理形成立体的外形轮廓，从而实现在空气中直接成像，实现在空气中直接形成立体的轮廓，实际应用时可以根据体积大小，使用多个系统进行合成使用；或是根据不同激光电离不同气体而发出不同颜色，使用多种激光和气体合成进行彩色成像。
【IPC分类】G02B27-22
【公开号】CN104849868
【申请号】CN201510282483
【发明人】赵裕兴, 益凯劼
【申请人】苏州德龙激光股份有限公司
【公开日】2015年8月19日
【申请日】2015年5月28日