一种激光动画显示方法技术

本发明专利技术公开了一种激光动画的显示方法，显示系统包括激光源、衍射光学元件和机械驱动装置三部分，显示方法包括如下步骤：S1：首先由激光源发射传播方向与水平面平行的激光，该激光入射到衍射光学元件上的第一个微结构的图案上；S2：通过机械驱动装置驱动使衍射光学元件发生平移，使得激光照射在该衍射光学元件的第二个微结构的图案上，衍射光学元件上其他微结构上的图案依照此方法依次经过激光照射；S3：不断循环移动，从而在终端屏幕形成动画效果。本发明专利技术实现衍射光学元件和驱动装置的有机结合，在不额外添加运动控制单元和几乎不增加系统体积和成本的前提下，实现激光动画显示。造价低廉，容易推广。

【技术实现步骤摘要】
一种激光动画显示方法
本专利技术涉及一种动画显示方法，特别涉及一种激光动画显示方法。
技术介绍
激光灯主要由激光光源、机械运动装置和衍射光学元件三部分构成。衍射光学元件表面加工有微纳米尺度的台阶，利用台阶对光的衍射效应,衍射光学元件可以将入射的点状激光输出为需要的图像。由于激光的高亮度,高准直性特点,激光灯可以实现远距离、高亮度的图像显示，因而近年来在欧美和国内市场得到了快速的发展。激光灯虽然已经有10多年的历史，但目前市场上绝大多数激光灯产品只能显示静态图像。为了丰富表现内容和提高表现效果,激光灯需要实现图像的动态显示，也就是要实现任意的图像变换、图像平移和图像的旋转。激光灯作为大众消费品，如何在不显著增加成本和系统复杂性的前提下实现理想的动态显示效果是业界急需解决的问题.为了实现良好的动态图像显示效果,需要在衍射光学元件的光学设计、每一帧图像的排列方式和机械运动装置方面进行总体优化。目前的主流激光灯产品还是以静态图像或彼此没有内在联系的静态图像组合为主，虽然有少数产品可以实现一定的动态图像显示，但效果不理想。
技术实现思路
为了解决
技术介绍
中所提到的问题，本专利技术提供了一种激光动画的显示方法。本专利技术的激光动画的显示方法，其显示系统包括激光源、衍射光学元件和机械驱动装置三部分，其中所述衍射光学元件设置在机械驱动装置上，衍射光学元件上设置有多个相关联图案相位信息的微结构，每一个的微结构对应着一帧不同的图像，通过机械驱动装置的驱动使衍射光学元件相对于激光光源发射的激光束做相对的平移运动；所述机械驱动装置分为直线式驱动装置和圆周式驱动装置两种。激光动画的显示方法包括如下步骤：S1：首先由激光源发射激光，该激光入射到垂直于激光传播方向的平面放置的衍射光学元件上的第一个微结构的图案上，从而携带上此图案的相位信息，然后在终端屏幕形成一相应的静态图案。S2：通过机械驱动装置驱动使衍射光学元件发生平移，在衍射光学元件所处平面内使其相对于入射的激光光束位置发生改变，使得激光照射在该衍射光学元件的第二个微结构的图案上，从而使得激光照射产生的图案产生改变，衍射光学元件上其他的微结构上的图案依照此方法依次经过激光照射。S3：重复步骤S2，通过机械驱动装置的驱动，使衍射光学元件上的图案不断循环移动，从而在终端屏幕形成动画效果。本专利技术的衍射光学元件上设置有包含相位信息的微结构，这里的相关联图案是指不同图案的相关联，是指形成动画的图案之间具有关联性。例如，一个物体从一端移动到另一端，这样一个运动过程可以变成多幅静态图案的组合，每幅图案对应着不同的相位信息，可理解为一个动画中的连续不同的帧的图案。相位信息是指，激光的光波到达衍射光学元件的相位，该相位可被衍射光学元件改变，即到达衍射光学元件的光波的相位和透过衍射光学元件出来的光波的相位不同。经由准直过的激光器出射一束传播方向与水平面平行的激光。该激光入射到垂直于水平面放置的衍射光学元件上，携带上在终端屏幕可以形成特定单一图案的相位信息。通过机械驱动装置带动使衍射光学元件在其所处平面内相对于入射的激光光束位置发生改变，使得激光照射在该衍射光学元件包含另一幅图案相位信息的位置上，使得激光照射产生的图案发生了改变。这样一种衍射光学元件位置变化导致了显示的图案发生改变，由于人眼存在视觉暂留效应，所以形成了动画效果。本专利技术所述的衍射光学元件是一种由石英，塑料等材料制成的周期性的光学元件，其表面有着台阶状的三维结构，其单个台阶的几何尺寸约在纳米量级，每个台阶状结构的深度都有些许不同。当激光垂直入射到元件表面时，由于结构深度不同使得光携带了不同的信息，携带着这些信息的光不再沿着原方向传播，发生了偏折，经过一定的距离的传播后，形成特定的图案。优选本专利技术所述机械驱动装置为直线式驱动装置，其包括内框，中框以及转轴，所述内框上设置有衍射光学元件,衍射光学元件上并排有多个带有图案的微结构，所述内框开设有导向孔；所述中框内侧设置有导向槽，所述内框设置于所述中框的导向槽内；所述转轴的一端设置在所述导向孔内，所述转轴的另一端连接转动手柄，通过电机带动转动手柄使得转轴能够带动所述内框做直线平移运动，从而使微结构上的每一帧图案依次被激光束扫过。优选本专利技术所述机械驱动装置为圆周式驱动装置，其包括内框，钣金件，转轴；所述内框上设置有衍射光学元件，衍射光学元件上设置有两组微结构，每组微结构由多个带有图案的单个微结构组成；所述钣金件上至少设置有两个通孔，两束激光各通过其中一个通孔照射到衍射光学元件相应微结构组的图案上，所述转轴的一端与传动轴固定连接，转轴的另一端与内框转动连接，当所述转轴转动时，所述转轴能够带动所述内框平移运动；通过所述内框的平移运动，使得所述内框上微结构的图案相对于激光做圆周运动。优选本专利技术所述每个微结构的表面形状均为矩形，它是由多个纳米量级尺寸的矩形台阶组成，单个微结构的长和宽均大于激光的光斑直径。优选每个衍射光学元件上多个微结构的形状大小均相同,并且相邻的两个微结构之间均紧密排列。在本专利技术中，光源为半导体激光器，其出射的激光光斑是具有一定宽度的，直径在毫米量级。单个微结构尺寸不可小于光斑尺寸，否则在机械装置的运行过程中，激光光斑不仅覆盖了单个微结构，也覆盖了其他图案的微结构，造成了两帧动画的重叠显示。另外单个微结构尺寸不可过大，这会造成了在显示系统运行过程中，激光光斑扫过该图案的时间过长，无法形成动画的效果，还会导致机械装置的过大，使成本上升。如果通过改变机械驱动装置中电机的转动速度，会使得整个系统稳定性能下降，寿命缩短。因此需综合多方面因素考虑单个微结构尺寸的设计。另外，相邻微结构的相对位置也需考虑，两帧图像相邻过远会导致在运动过程中激光没有经过微结构直接出射到显示面上，由于激光光强较大，此种做法会有一定危险性。而两帧图像相邻过近则会导致如前文所述的动画的同时重叠显示。所以相邻两帧动画之间紧密排列，既没有部分重叠，两者之间也没有空隙。优选当所述衍射光学元件上的各微结构上的图案自身或图案的一部分是关于某点中心对称时，将整个图案的几何中心移到该点上；当图案为非中心对称或非部分中心对称的图形时，采取离轴设计的办法，使得非期望图案远离图案几何中心。在衍射光学元件的设计中要充分考虑原图案的形状。这是由于加工工艺所限，在终端屏幕不仅有所设计的期望的图形，还会有与该图形关于中心对称的强度弱的多的衍射图形。这是我们所不希望出现的。因此在设计的过程中，如果图形自身或图形的一部分是关于某点中心对称的，那么在设计的时候就需要将整个图形的几何中心移到该点上，这样使得上述所述非期望衍射图形对原图形的影响尽量减小甚至于没有。比如在风车图案中，四片扇叶沿中心点旋转对称，即风车几何中心为中心点，在设计过程中，要将风车中心点放在零级衍射处即激光光斑所在。此外，对于非中心对称或非部分中心对称的图形，为了减小非期望衍射图形对原图案的影响，需要采取离轴设计的办法，使得非期望图案远离图案几何中心，此时非期望衍射图形依旧存在，但二者已经远离了一定距离，确保了原图案不被干扰。激光传播方向就是轴。需要说明的是，衍射光学元件就是一种复杂的光栅，而光栅就是一种分光的光学器件，它将绝大部分能量的光分成了三个部分：1.零级衍射，即中心亮点，中心点与激本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光动画的显示方法，其特征是显示系统包括激光源、衍射光学元件和机械驱动装置三部分，其中所述衍射光学元件设置在机械驱动装置上，所述衍射光学元件上设置有多个相关联的图案的相位信息的微结构，每一个的微结构对应着一帧不同的图像，通过机械驱动装置的驱动使衍射光学元件相对于激光光源发射的激光束做相对的平移运动，所述机械驱动装置分为直线式驱动装置和圆周式驱动装置两种；激光动画的显示方法包括如下步骤：S1：首先由激光源发射激光，该激光入射到垂直于激光传播方向的平面放置的衍射光学元件上的第一个微结构的图案上，从而携带上此图案的相位信息，然后在终端屏幕形成一相应的静态图案；S2：通过机械驱动装置驱动使衍射光学元件发生平移，在衍射光学元件所处平面内使其相对于入射的激光光束位置发生改变，使得激光照射在该衍射光学元件的第二个微结构的图案上，从而使得激光照射产生的图案产生改变，衍射光学元件上其他微结构上的图案依照此方法依次经过激光照射；S3：重复步骤S2，通过机械驱动装置的驱动，使衍射光学元件上的图案不断循环移动，从而在终端屏幕形成动画效果。

【技术特征摘要】
1.一种激光动画的显示方法，其特征是显示系统包括激光源、衍射光学元件和机械驱动装置三部分，其中所述衍射光学元件设置在机械驱动装置上，所述衍射光学元件上设置有多个相关联的图案的相位信息的微结构，每一个的微结构对应着一帧不同的图像，通过机械驱动装置的驱动使衍射光学元件相对于激光光源发射的激光束做相对的平移运动，所述机械驱动装置分为直线式驱动装置和圆周式驱动装置两种；激光动画的显示方法包括如下步骤：S1：首先由激光源发射激光，该激光入射到垂直于激光传播方向的平面放置的衍射光学元件上的第一个微结构的图案上，从而携带上此图案的相位信息，然后在终端屏幕形成一相应的静态图案；S2：通过机械驱动装置驱动使衍射光学元件发生平移，在衍射光学元件所处平面内使其相对于入射的激光光束位置发生改变，使得激光照射在该衍射光学元件的第二个微结构的图案上，从而使得激光照射产生的图案产生改变，衍射光学元件上其他微结构上的图案依照此方法依次经过激光照射；S3：重复步骤S2，通过机械驱动装置的驱动，使衍射光学元件上的图案不断循环移动，从而在终端屏幕形成动画效果。2.如权利要求1所述的激光动画显示方法，其特征是所述机械驱动装置为直线式驱动装置，所述直线式驱动装置包括内框、中框以及转轴，所述内框上设置有衍射光学元件,衍射光学元件上并排有多个带有图案的微结构，所述内框开设有导向孔；所述中框内侧设置有导向槽，所述内框设置于所述中框的导向槽内；所述转轴的一端设置在所述导向孔内，所述转轴的另一端连接转动手柄，通过电机带动转动手柄使得转轴能够带动所述内框做直线平移运动，从而使微结构上的每一帧图案依次被激光束扫过。3.如权利要求1所述的激光动画显示方法，其特征是所述机械驱动装置为圆周式驱动装置，所述圆周式驱动装置包括内框、钣金件、转轴、电机；所述内框上设置有衍射光学元件，衍射光学元件上设置有两组微结构，每组微结构由多...

【专利技术属性】
技术研发人员：丛森，钟良，王豪，马平平，
申请(专利权)人：北京中新联科技股份有限公司，丛森，
类型：发明
国别省市：北京,11