本发明专利技术提供了一种用于悬浮成像的光学系统，其特征在于，包括：光源，配置成发射出发散光束；整形透镜，位于所述光源的光路下游，配置成接收所述光源发出的光束，调整后出射；衍射光学元件，位于所述整形透镜的光路下游，配置成接收所述出射光束，并在空间中的预设位置投射出悬浮的具有特定图案的光场，其中衍射光学元件包括微结构面，微结构面上设置有一个或多个微结构图案单元，所述微结构图案单元配置成将入射光进行调制，以投射出所述具有特定图案的光场。本发明专利技术还提供一种悬浮成像的方法。本发明专利技术的实施例提出了一种空中悬浮成像的实现方案。通过对准直光设计的衍射光学元件利用发散光光源进行照明的方式，来实现在空中特定位置成悬浮实像。置成悬浮实像。置成悬浮实像。
【技术实现步骤摘要】
用于悬浮成像的光学系统和方法
[0001]本专利技术大致涉及光学
，尤其涉及用于悬浮成像的光学系统和用于悬浮成像的方法。
技术介绍
[0002]在日常生活、工业生产、科学研究中，悬浮成像是一种新型的显示方式。这种技术的出现，给各个领域的创造性应用带来了很多可能。在广告行业，可以代替传统的广告版，更加吸引人们的眼球。在工业的作业现场，这种悬浮成像的显示方式可以使工人在带着手套的前提下进行各种安全的操作。在车载领域，可以将汽车的各项数据信息呈现到人眼的前方，带来更加安全的驾驶体验。除了这些方面，悬浮成像技术更可以在娱乐，安全，医疗等各个领域带来便利。特别是在新冠疫情期间，隔空的3D指纹或掌纹识别需求越来越大。通过3D悬浮成像方式可对人的指纹或手掌悬停位置进行光场指示。
[0003]
技术介绍
部分的内容仅仅是公开人所知晓的技术，并不当然代表本领域的现有技术。
技术实现思路
[0004]有鉴于现有技术的至少一个缺陷，本专利技术提供一种用于悬浮成像的光学系统，包括：光源，配置成发射出发散光束；整形透镜，位于所述光源的光路下游，配置成接收所述光源发出的光束，调整后出射；衍射光学元件，位于所述整形透镜的光路下游，配置成接收所述出射光束，并在空间中的预设位置投射出悬浮的具有特定图案的光场，其中所述衍射光学元件包括微结构面，所述微结构面上设置有一个或多个微结构图案单元，所述微结构图案单元配置成将入射光进行调制，以投射出所述具有特定图案的光场。
[0005]根据本专利技术的一个方面，所述光源为点光源，所述点光源设置在沿光传播方向远离所述整形透镜焦平面的位置处。
[0006]根据本专利技术的一个方面，通过调节所述点光源与所述整形透镜的焦平面的距离，以使得所述光学系统在所述预设位置处投射出所述具有特定图案的光场。
[0007]根据本专利技术的一个方面，所述点光源包括半导体激光器、发光二极管中的一种或多种。
[0008]根据本专利技术的一个方面，所述整形透镜包括准直镜、菲涅尔透镜中的一种或多种。
[0009]根据本专利技术的一个方面，所述衍射光学元件以平行光作为光源、以所述具有特定图案的光场作为目标光场进行设计。
[0010]根据本专利技术的一个方面，所述特定图案包括掌纹、指纹中的一种或多种。
[0011]根据本专利技术的一个方面，所述特定图案包括立体图、平面图中的一种或多种。
[0012]根据本专利技术的一个方面，所述光学系统还包括：
[0013]光栅单元，位于所述衍射光学元件的光路下游，配置成将所述具有特定图案的光场在空间中的所述预设位置进行复制。
[0014]根据本专利技术的一个方面，所述光栅单元包括二维光栅，配置成将所述具有特定图案的光场在空间中的所述预设位置以阵列形式进行扩展。
[0015]本专利技术还提供一种悬浮成像的方法，包括：
[0016]通过光源发射出发散光束；
[0017]通过整形透镜接收所述光源发出的光束，调整后出射；
[0018]通过衍射光学元件接收所述出射光束，并在空间中的预设位置投射出具有特定图案的光场，其中所述衍射光学元件包括微结构面，所述微结构面上设置有一个或多个微结构图案单元，所述微结构图案单元配置成将入射光进行调制，以投射出所述具有特定图案的光场。
[0019]根据本专利技术的一个方面，所述方法进一步包括：
[0020]通过调节所述光源与所述整形透镜的焦平面的距离，以使得所述光学系统在所述预设位置处投射出所述具有特定图案的光场。
[0021]根据本专利技术的一个方面，所述方法进一步包括：
[0022]通过光栅单元将所述具有特定图案的光场在所述预设位置进行复制。
[0023]根据本专利技术的一个方面，所述光栅单元包括二维光栅，所述方法进一步包括：通过所述二维光栅将所述具有特定图案的光场在所述预设位置以阵列形式进行扩展。
[0024]本专利技术还提供一种用于悬浮成像的光学系统，包括：
[0025]光源，配置成发射出发散光束；和
[0026]衍射光学元件，位于所述光源的光路下游，配置成接收所述光源发出的光束并进行整形，并在空间中的预设位置投射出悬浮的具有特定图案的光场，其中所述衍射光学元件包括微结构面，所述微结构面上设置有一个或多个微结构图案单元，所述微结构图案单元配置成将入射光进行整形和调制，以投射出所述具有特定图案的光场。
[0027]根据本专利技术的一个方面，所述光学系统还包括：
[0028]光栅单元，位于所述衍射光学元件的光路下游，配置成将所述具有特定图案的光场在空间中的所述预设位置进行复制。
[0029]根据本专利技术的一个方面，所述光栅单元包括二维光栅，配置成将所述具有特定图案的光场在空间中的所述预设位置以阵列形式进行扩展。
[0030]本专利技术还提供一种悬浮成像的方法，包括：
[0031]通过光源发射出发散光束；
[0032]通过衍射光学元件接收所述出射光束，进行整形调制，并在空间中的预设位置投射出具有特定图案的光场，其中所述衍射光学元件包括微结构面，所述微结构面上设置有一个或多个微结构图案单元，所述微结构图案单元配置成将入射光进行整形和调制，以投射出所述具有特定图案的光场。
[0033]根据本专利技术的一个方面，所述方法进一步包括：
[0034]通过二维光栅将所述具有特定图案的光场在所述预设位置以阵列形式进行扩展。本专利技术的实施例提出了一种空中悬浮成像的实现方案。通过对准直光设计的衍射光学元件(DOE)利用发散光光源进行照明的方式，来实现在空中特定位置成悬浮实像。基于准直光设计的衍射光学元件会将像成在无穷远处，在衍射光学元件之前加入发散光光源(LD或者单色LED)及准直透镜(或菲涅尔透镜)后，根据几何光学中透镜的物像关系来调节光源到准直
透镜的距离，可实现在空中特定位置处成像。DOE的物理尺寸越大，人眼观察悬浮像的可视角范围(FOV)也越大。通常，DOE的尺寸会受到装置结构的尺寸限制。为了进一步提高悬浮像的可视角范围(FOV)，可在DOE之后加入光栅，用于悬浮像的阵列拓展，这样人眼可在更大的FOV范围内看到悬浮像，视觉效果更佳。
附图说明
[0035]附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例一起用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中：
[0036]图1示出了根据本专利技术实施例的用于悬浮成像的光学系统；
[0037]图2示出了图1实施例的光路参数的示意图；
[0038]图3示出了根据本专利技术另一个实施例的用于悬浮成像的光学系统；
[0039]图4示出了根据本专利技术一个实施例的悬浮成像的方法；和
[0040]图5示出了根据本专利技术另一个实施例的用于悬浮成像的光学系统。
具体实施方式
[0041]在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本专利技术的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于悬浮成像的光学系统，其特征在于，包括：光源，配置成发射出发散光束；整形透镜，位于所述光源的光路下游，配置成接收所述光源发出的光束，调整后出射；衍射光学元件，位于所述整形透镜的光路下游，配置成接收所述出射光束，并在空间中的预设位置投射出悬浮的具有特定图案的光场，其中所述衍射光学元件包括微结构面，所述微结构面上设置有一个或多个微结构图案单元，所述微结构图案单元配置成将入射光进行调制，以投射出所述具有特定图案的光场。2.如权利要求1所述的光学系统，其中所述光源为点光源，所述点光源设置在沿光传播方向远离所述整形透镜焦平面的位置处。3.如权利要求2所述的光学系统，其中，通过调节所述点光源与所述整形透镜的焦平面的距离，以使得所述光学系统在所述预设位置处投射出所述具有特定图案的光场。4.如权利要求1
‑
3中任一项所述的光学系统，其中所述点光源包括半导体激光器、发光二极管中的一种或多种。5.如权利要求1
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3中任一项所述的光学系统，其中所述整形透镜包括准直镜、菲涅尔透镜中的一种或多种。6.如权利要求1所述的光学系统，其中所述衍射光学元件以平行光作为光源、以所述具有特定图案的光场作为目标光场进行设计。7.如权利要求6所述的光学系统，其中所述特定图案包括掌纹、指纹中的一种或多种。8.如权利要求6所述的光学系统，其中所述特定图案包括立体图、平面图中的一种或多种。9.如权利要求1
‑
3中任一项所述的光学系统，还包括：光栅单元，位于所述衍射光学元件的光路下游，配置成将所述具有特定图案的光场在空间中的所述预设位置进行复制。10.如权利要求9所述的光学系统，其中所述光栅单元包括二维光栅，配置成将所述具有特定图案的光场在空间中的所述预设位置以阵列形式进行扩展。11.一种悬浮成像的方法，其特征在于，包括：通过光源发射出发散光束；通过整形透镜接收所述光源发出的光束，调整后出射；通过衍射光学元件接收所述出射光束，并在空间中的预设位置投射出具有...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈鹏，
申请(专利权)人：嘉兴驭光光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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