[发明专利]用于悬浮成像的光学系统和方法

说明书

本发明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。本发明还提供一种悬浮成像的方法。本发明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。

技术领域

本发明大致涉及光学技术领域，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。

背景技术

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。

背景技术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。

发明内容

有鉴于现有技术的至少一个缺陷，本发明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。

根据本发明的一个方面，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。

根据本发明的一个方面，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。

根据本发明的一个方面，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。

根据本发明的一个方面，所述整形透镜包括准直镜、菲涅尔透镜中的一种或多种。

根据本发明的一个方面，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。

根据本发明的一个方面，所述特定图案包括掌纹、指纹中的一种或多种。

根据本发明的一个方面，所述特定图案包括立体图、平面图中的一种或多种。

根据本发明的一个方面，所述光学系统还包括：

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。

根据本发明的一个方面，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。

本发明还提供一种悬浮成像的方法，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；